下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
由图3.1看出，滴灌核桃树在全生育期日平均茎流速率变化规律明显，全生育期内的日均茎流速率由萌芽期开始都小于0.1mL/（cm 2 ·min），随着核桃树叶片的展开，在开花结果期核桃树日均茎流速率最大值接近0.1mL/（cm 2 ·min），从图3.2看到萌芽期与开花结果期两个生育期日平均茎流速率接近；在果实膨大期日均的茎流速率迅速地增大，最大的日均茎流速率为0.159mL/（cm 2 ·min）；到了硬核期内有一阶段日均茎流速率出现明显降低，生育期的平均茎流速率也是同时降低，略低于果实膨大期的平均茎流速率，通过气象数据可知，这段时间内，长期处于阴雨天气和沙尘较严重时期，导致这段时间的日均茎流速率出现明显降低趋势；在油脂转化期，根据生育期对水分养分的需求以及气象的关系，日均茎流速率及生育期平均茎流速率增长到了全生育期的最高峰，最大值为0.241mL/（cm 2 ·min）。然而在8月初开始，日均茎流速率开始缓慢下降，这是因为在7月底对核桃树进行了控水，从而日均茎流速率开始降低，在最后的成熟期以及落叶期日均茎流速率明显变小。由图3.1、图3.2中的茎流速率累积量曲线看出，在不同生育期内茎流速率增长的大小（斜率）不一样，在萌芽期和开花结果期增长缓慢，在果实膨大期、硬核期和油脂转换期增长的速率较快，在最后的成熟阶段增长缓慢。
图3.1 核桃树全生育期茎流速率的日平均值与累积量
图3.2 核桃树各生育期日平均茎流速率与全生育期日平均茎流速率累积量
由图3.3看出茎流速率日变化的波动最大的在白天，时间段为 8:30—22:00,夜间变化较小，时间段为22:00—8:30。从8:30左右开始，茎流速率开始缓慢变大，到了9:00左右就迅速增长，持续增长到13:00前后达到一天当中的第一个峰值，之后缓缓下降到15:00左右又开始增大，到了16:00左右增长到全天之中第二次高峰，之后就开始快速地降低，直到22:00,茎流速率处于极小值。从图 3.3 中看出,4—9 月茎流速率的峰值有先增大后减小的规律。
图3.3 核桃树茎流速率的日变化图
通过SF—G液流传感器对茎流的数据采集和Watchdog全自动小型气象站对气象数据的采集，得到了核桃树在晴天（8月19日）、多云（8月29日）和雨天（8月31日）天气下的茎流变化规律。
由图3.4可知，在晴天（8月19日）的条件下，茎流速率日变化呈双峰曲线。茎流速率从8:30前后开始缓慢地增长，到了9:30左右茎流速率快速增长,11:00前后气温上升较高，茎流速率缓慢增长，在12:00左右达到日变化中第一个峰值，之后缓缓降低又缓慢升高，至16:00前后，茎流速率增长达到了日变化的第二峰值0.438mL/（cm 2 ·min）。16:00以后，随着气温的下降，茎流速率也是缓慢下降，直到24:00左右达到日变化的最小值。
在多云天气条件下，茎流速率日变化呈多峰曲线。由于阳光的辐射被云间断遮挡，使接收到的太阳辐射具有间断性，核桃树茎流速率也在随之变化；而在雨天时，茎流速率日变化平均值[0.064mL/（cm 2 ·min）]小于晴天[0.206mL/（cm 2 ·min）]和多云天气[0.101mL/（cm 2 ·min）]，雨天时茎流速率日变化也是多峰形，在雨天相邻前后日之间茎流速率跳动较大，这是由于雨天时大气温度和太阳辐射低以及叶面湿度所引起。
图3.4 晴天、多云、雨天核桃茎流速率的变化过程
对于大田试验，气象是影响植物茎流速率日变化的重要因素 [200,201] 。为探究茎流速率日变化在气象因子综合效应下的变化规律，在灌水处理相同的条件下，分析茎流速率日变化分别与太阳辐射、大气温度和大气相对湿度等重要气象因子的关系，如图3.5所示。
从图3.5 （a）和（b）可以看出，茎流速率日变化曲线与太阳辐射日变化曲线相近，变化趋势一致，茎流速率日变化规律与太阳辐射日变化呈正相关。从8:30开始，随着太阳辐射量的增强，大气温度也在太阳出现后快速上升的同时，茎流速率快速增大，在13:30左右达到茎流速率一天中的第一个峰值，而此时的太阳辐射继续增强，大气温度持续上涨，但是，此时的茎流速率则缓慢变小，这是由于气温的持续增长，作物叶片上气孔本能的反应要保护作物，关闭了部分的气孔，减少水分流失 [202—204] 。缓慢下降在15:00左右到达低谷，这时的太阳辐射和大气温度也上升到了一天当中的最大值。之后在16:00左右茎流速率上升到了日变化中第二个峰值，而随着太阳辐射和大气温度下降，茎流速率也随之降低，到24:00降到日变化中的最低值。
由图3.5 （c）可以看出，早晚时间段气温较低，没有太阳辐射，大气相对湿度较高，而茎流速率处于较低的状态,14:00—16:00时间段内大气相对湿度是全天当中最低的时间段，茎流速率反而处在日变化的最高值，从而看出茎流速率的变化规律与大气相对湿度呈负相关。
图3.5 8月19日茎流速率与太阳辐射、大气温度和大气相对湿度的变化曲线
为阐明核桃树茎流速率与气象因子之间的关系，本书通过SPSS19.0分析气象各因子与茎流速率以及参数之间的相关性，得出在茎流速率跟气象因子之间的回归方程（表3.1）。
表3.1核桃树茎流速率与气象因子的回归方程
注 P <0.01水平（双侧）上显著相关。
表3.1表明，三种气象因子都与核桃树茎流速率有较高的相关性，对茎流速率影响最大的气象因子是太阳辐射，其次是大气温度和大气相对湿度。三种气象因子在 P <0.01 水平上都是显著相关。大气相对湿度系数为负数（-0.007），表明大气相对湿度对茎流速率是负相关。
为了更实际地说明茎流速率与气象因子之间关系，对同步测定的太阳辐射、大气温度和大气相对湿度、风速、降雨量等气象因子对核桃茎流速率进行逐步回归分析，最终筛选出对茎流速率影响最大的因子是太阳辐射、大气温度和大气相对湿度，通过回归分析得到太阳辐射（ PAR ）、大气温度（ T ）和大气相对湿度（ RH ）与核桃茎流速率的回归方程式（3.2）具有显著性的意义，说明了太阳辐射（ PAR ）、大气温度（ T ）和大气相对湿度（ RH ）是影响该试验区核桃茎流速率日变化的主要影响因子。鉴于其具有高度相关性，可以根据气象因子参数对试验核桃树的茎流速率日变化规律值进行预测。
李就好等 [205] 、李国臣等 [206] 、赵自国等 [207] 、王华田等 [208] 研究分析了不同作物在不同土壤水分情况下茎流速率的变化规律，一致认为土壤水分是影响茎流速率变化的一个重要因素。经过分析，核桃树每次滴灌灌水前后，核桃树干茎流速率有着明显的变化规律。以6月12日的一次灌水为例，试验中测定了0~120cm土壤层含水量（体积含水率，下文未说明的含水率均为体积含水率），分析出茎流速率与土壤层含水率的关系（图3.6）。
图3.6 6月12日灌水后茎流速率日变化图
由图3.7看出，在6月12日灌水后，随着水分的下渗，核桃树树根也在吸收土壤中的水分，在灌后13日、14日、15日土壤中的含水率趋于稳定，此时的核桃树得到充足的水分，在图3.6中每天的日变化以及图3.7中的日均速率变化中都趋于稳定上涨的趋势，特别是由日均的茎流速率看到，茎流速率开始增大。在6月15日之后，土壤中的下渗水分无外界补给，而此时的核桃树树根仍然在持续吸收土壤中的水分，致使土壤中含水量在逐渐地降低，同时核桃树根系周围的含水量在降低，在根系受到水分胁迫的情况下，根系吸收水分需要更大的动力 [209—212] ，因此核桃根系吸收水分能力在减小，由树干向上运输水分的速度减小，最后是日均茎流速率也呈现出的是缓慢降低的趋势。随着根系不间断地吸收土壤中的水分，消耗了土壤中的水量，促使土壤含水率持续降低，日均茎流速率也伴随着在减小。
图3.7 6月12日灌水后日均茎流速率与土壤含水率
通过分析120cm内土壤层平均含水率与日均茎流速率在双侧检验下的相关性，得到相关系数 R 2 =0.96,在双侧检验 P <0.01水平上显著性相关。相应回归方程为： f =-0.049+0.013 θ 。
对0~120cm土层分 0~20cm、20~40cm、40~60cm、60~80cm、80~100cm、100~120cm 6段设置6个土壤含水率测定点（以下土层表述用20cm代表0~20cm段，其他以此类推），测得不同深度的土层含水率，并分别与日均茎流速率变化进行分析。
不同土层含水率对核桃树茎流速率的影响是不同的。在不同土壤层深度的土壤含水率大小和变化规律都不相同。从图3.8中可以看出,120cm土层土壤含水率最高,80cm土层最低，两者不论在灌水前还是灌水后都处于最高和最低，这是因为80cm土层以沙土较多，保水性较差。在灌水后，土层中含水率变化最大的是20cm、40cm和100cm。20cm的土壤含水率变化大是由于土壤表层的蒸发量较大引起的,40cm和100cm处的土壤含水率变化快是核桃根系分布引起的，根据王磊 [213] 、赵经华等 [214] 对干旱区内滴灌核桃树根系空间分布的研究可知，水平方向上0~120cm内为核桃根系主要的分布范围，占总根系分布的90.84%；在垂直方向上，主要分布深度在0~90cm范围内，占总根长分布的78.75%。根系分布较多，对土壤水分的消耗就大，所以土壤水分变化明显。对各层土壤含水率与日均茎流速率进行相关分析，得出的结论见表3.2。
图3.8 6月12日灌水后的日均茎流速率和各层土壤含水率
由表3.2可知，土壤含水率与核桃树日均茎流速率的相关关系较好，在0.01水平（双侧）上都显著相关。从相关系数上看，在20cm和40cm土层的土壤含水率与日均茎流速率的相关系数为0.963,在其他土壤层深度中处于最高的，表明了20cm和40cm土壤深度层的土壤含水率对核桃树日均茎流速率影响最大，同时20cm和40cm土壤深度层的土壤含水率变化值也是最大。
表3.2核桃树日均茎流速率与各土壤层含水率的相关分析
** 在0.01水平（双侧）上显著相关。
在对核桃树进行滴灌试验时，对核桃树滴灌设计了三个梯度的灌水定额，处理1 （C1）灌水定额15mm、处理2 （C2）灌水定额30mm和处理3 （C3）灌水定额45mm,得到了不同灌水定额处理下茎流速率变化，如图3.9所示。
在核桃树一年生长周期内，不同灌水定额下的日均茎流速率整体上具有一致性。4月中下旬C1、C2和C3相近；在5月初,C2的日均茎流速率就开始快速增长，且在5月初至8月10日最后一次灌水期间，一直处于最大的日均茎流速率，从9月中旬开始C2和C1的日均茎流速率在快速降低,C3的日均茎流速率还有上涨的趋势，这是由于C3处理灌水量较大，土层还含有较多富余水量供给核桃树根系吸收，向上输送水分。从全生育期看出，核桃树日均茎流速率在三个处理间的关系是:C2>C3>C1。
图3.9 不同灌水定额处理下全生育期日均茎流速率变化
分析对比三个处理下核桃树各生育期内日平均茎流速率的变化关系，如图3.10、图3.11所示。
图3.10 不同灌水定额下各生育期茎流速率变化及累积茎流速率
作物各生育期的生长特性及需求不同，在各生育期内耗水强度也不一样 [215,216] ，核桃树也是如此。由图3.10 （a）看出，虽然灌水定额不同，但是三种处理下的核桃树在各生育期内茎流速率变化规律相似。在萌芽期时，处理间茎流速率相差甚微，而在萌芽期之后,C2的茎流速率的增长明显要比C1和C3 快;C1和C3在萌芽期、开花结果期和果实膨大期前期没有较大区别，到了果实膨大期后期开始,C3的茎流速率增大快于C1。从图3.10 （b）可以明显看出C1、C2、C3之间的关系，从最终的茎流速率累积量来看:C2>C3>C1。在成熟期和落花期可以看出,C3的茎流速率的降低速度比C1和C2要小，这就是与土壤含水量有着较大的关系，由于C3灌水量最大，在最后时段,C3土壤中的含水量较高，核桃树能够吸收到较多的水分，因此茎流速率较高。
图3.11 不同灌水定额下茎流速率的日变化过程
从图3.9和图3.10可以看出，三个处理下核桃树全生育期的茎流速率变化规律，在C1、C2、C3三个处理中，整体上茎流速率大小顺序是:C2>C3>C1。为了更充分地说明不同灌水定额下的茎流速率变化的特征，从核桃树茎流速率日变化过程进行了详细分析，如图3.11所示。
由图3.11看出，三个处理下的茎流速率日变化既有共同性又有差异性。共同性是茎流速率变化每日开始点、上升点、下降点的时间相同。C1、C2、C3三个处理的茎流速率日变化在白天有着较大的差异，特别是从峰值看到:C2>C3>C1。从茎流速率日变化可以明显看出,C1、C2、C3三个不同灌水定额的茎流速率是:C2>C3>C1。
本试验对比了滴灌（灌水定额30mm）和涌泉灌（灌水定额30mm）两种灌水方式下核桃树的茎流速率。
在这两种灌水方式下核桃树茎流速率在全生育期内变化趋势相近（图3.12），在萌芽期、开花结果期、果实膨大期和硬核期，两者的日平均茎流速率相对值在10%左右，而在油脂转化期和成熟期，涌泉灌灌水方式下的茎流速率相对于滴灌小了21.11%和18.59%。在累积茎流速率最终值上，滴灌灌水方式大于涌泉灌灌水方式。由图3.13就能看到，在两种灌水方式下茎流速率日变化中有着明显的差异，滴灌和涌泉灌灌水方式下茎流速率开始点、增长点、下降点时间相同，然而涌泉灌的茎流速率峰值要小于滴灌。
图3.12 不同灌水方式下全生育期日均茎流速率及累积量
图3.13 不同灌水方式下茎流速率日变化过程
参考作物蒸发蒸腾量 ET 0 （reference crop evapotranspiration）由联合国粮农组织（FAO）1977年定义为在不缺水条件下，生长旺盛，高度统一，地面全部覆盖,8~15cm高度开阔草地的蒸散量 [217] 。由于参考作物高度有8~15cm变化范围，这会引起冠层表面阻力和空气动力学特性的变化，进而对计算结果有影响。另外，规定的同一种参考作物，在不同区域、不同气候下，其生长的长势特征不同也会影响计算结果。因此FAO （1994）根据彭曼—蒙特斯（Penman—Monteith）公式的基本要求，重新定义了参考作物蒸发蒸腾量 ET 0 , ET 0 是一种假设的作物冠层的蒸发蒸腾量，假定作物叶面阻力为 70s/m,作物高度为0.12m,反射率为0.23,非常相近于不缺水条件下，高度一致、表面开阔、生长旺盛，地面完全被绿叶草地覆盖的蒸发蒸腾速率 [218] 。参照作物一般就是指苜蓿草，因为气象条件是影响苜蓿草蒸发蒸腾量变化的主要因素，所以参考作物蒸发蒸腾量都是由该地区气象条件进行分阶段（月或旬）来计算。
本试验采用的是Penman—Monteith公式进行计算。
式中： ET 0 为参考作物蒸发蒸腾量,mm/d; G 为土壤热通量,MJ/（m 2 ·d）； R n 为净辐射量,MJ/（m 2 ·d）； U 2 为2m高处的平均风速,m/s; t 为平均气温，℃； e a 为饱和水汽压,kPa; e d 为实际水汽压,kPa; Δ 为饱和水汽压与温度曲线的斜率,kPa/℃； γ 为干湿表常数,kPa/℃。
在试验区安装自动气象站，自动监测试验区范围内的气象参数，如太阳辐射（ PAR ）、大气温度（ T ）、大气相对湿度（ RH ）、风速（ W ）、降雨量（ R ）等。根据Penman—Monteith公式和试验区气象数据计算出各阶段的 ET 0 。
由图3.14看出,4—9月的参考作物蒸发蒸腾量有着非常明显的变化规律，随着太阳辐射、大气温度等气候条件的上升， ET 0 也在随之上升，在6—8月是整个生育期内 ET 0 最大的时段，在8月中期开始快速减小。在遇到降雨或者是阴天的天气时， ET 0 明显下降
图3.14 4—9月参考作物蒸发蒸腾量
由图3.15可知，核桃树在全生育期内蒸腾速率变化总体上呈由低到高，再由高到低变化。在4月中上旬和5月上旬时处于核桃萌芽期和开花结果期，此时的蒸腾速率为0.49mm/d,5月中下旬至6月中旬是核桃的果实膨大期，此时的蒸腾速率达到了1.13mm/d,在硬核期蒸腾速率为1.10mm/d,到7月中旬至8月下旬是核桃的油脂转化期，这时的蒸腾速率为全生育期中最大值1.46mm/d,之后9月的成熟期蒸腾速率只有1.00mm/d。从表3.3中各生育期内的蒸腾量及占蒸腾量总量百分数看到，在果实膨大期、硬核期和油脂转化期内的蒸腾量占的百分数分别为14.96%、18.62%和43.98%，这表明了此阶段的耗水量最大，此阶段为核桃需水关键期，对这阶段的水分控制需要加强。
图3.15 4—9月核桃树日均蒸腾速率变化
表3.3各生育期内核桃树平均蒸腾速率及蒸腾量表
由气象关系以及Penman—Monteith公式计算得到参考作物蒸发蒸腾量，通过茎流速率及核桃树边材面积计算得到核桃树蒸腾速率，将两者进行分析得出以下结论。
从图3.16能够看出，核桃树蒸腾速率（ T r ）与 ET 0 的变化规律相似，在波峰和波谷具有同步性。核桃树蒸腾速率永远都低于 ET 0 。将核桃树蒸腾速率与 ET 0 采用逐步法进行回归分析，得到蒸腾速率（ T r ）与 ET 0 相关方程为 T r =1.96+1.04 ET 0 ,相关系数 R 2 =0.49,在 P <0.01水平（双侧）上显著相关。
对不同灌水定额下的茎流数据及使用生长锥测出的各处理核桃树边材面积进行计算分析，得到了在不同灌水定额条件下核桃树的蒸腾速率和生育期内的蒸腾量。
由图3.17可以看出，在不同灌水定额下核桃树蒸腾量最大的是C2,最小的是C1。C1、C2、C3和C4四个处理下的最大蒸腾速率都在油脂转化期，蒸腾速率分别为0.69mm/d、1.46mm/d、1.20mm/d和1.30mm/d。在成熟期和落花期时，四个处理的蒸腾量都降低时,C3的蒸腾速率下降最少，这是由于这个阶段处于控水阶段，最后一次灌水中,C3灌水量最大，所以土壤中水分充足，给核桃树蒸腾提供了足够的水分，因此蒸腾速率较高。对比四个处理蒸腾总量值看出，处理C2最大。
图3.16 核桃树蒸腾速率与参考作物蒸发蒸腾量（ ET 0 ）的变化
图3.17 不同灌水处理下各生育期内蒸腾速率及蒸腾总量
根据茎流数据能够计算出不同灌水处理滴灌核桃树各生育期内的蒸腾速率，从而分析出单棵核桃树在不同灌水处理下的日耗水量，见表3.4。
从表3.4可以看出，单棵核桃树在一天内的耗水量。在各生育期内单棵核桃树耗水量不同，日耗水量最大的是油脂转化期；不同灌水处理（C1、C2、C3和C4）下平均耗水量分别为2.36kg/d、5.42kg/d、4.18kg/d和4.54kg/d。
表3.4各生育期内单棵核桃树的日耗水量表
