关键词:
橙子树
树干直径微变化
降雨
环境响应
水分胁迫诊断
高温诊断
摘要:
中国西南干热河谷地区干季和雨季交替,植被生长环境存在明显的季节性变化,高温和干旱在植物生长期里长期并存。植物对降雨的高效利用有助于其安全应对当地的环境胁迫条件。此外,环境胁迫诊断研究有助于指导科学的灌溉管理,促进大规模经济林的高效和可持续发展。为揭示干热并存条件下典型经济林木——橙子树的直径微变化机制,并基于此开展环境胁迫诊断,本研究于2020-2022年连续监测了树干直径微变化数据,并同步监测了树干液流、叶片湿度、气象条件和土壤含水量数据。分析了橙子树树干直径生长规律,探究了不同直径生长类型与降雨和干旱的对应关系,对比了不同降雨指标对直径变化的控制作用。同时在无降雨情况下,探究了树干直径微变化指标最大树干日收缩量(MDS)、日增长量(DI)、日早期收缩量(EDS)、日直径恢复时间(RT)与环境因子的关系,并利用树干直径微变化SI信号强度指标进行环境胁迫诊断,找到了适宜高温和干旱条件的诊断指标。取得的主要结果如下:
(1)橙子树生长分为稳定生长期、缓慢生长期和快速生长期,其中稳定生长期的生长量最多,占总生长量的68%,快速生长期的生长速率最快。以DI累积频率5%和95%为界限将橙子树直径日变化划分为普通和剧烈两种情形,再以直径收缩和增长区分,得四组直径生长类型:直径普通增长、直径剧烈增长、直径普通收缩和直径剧烈收缩,其中具有高频率的普通直径增长贡献了约30%的总增长,而低频率的剧烈直径增长贡献约70%,直径剧烈增长与降雨有明显关系。降雨对直径生长有较大贡献,研究期里雨天仅占总天数的25.6%,但雨天直径生长量却占总生长量的66%。叶片湿润时间是影响雨天直径生长的主要特征因子,降雨增加土壤含水量和缓解干燥空气,促进了平均生长,同时抑制了降雨后树干直径的负增长。
(2)因降雨因素影响,考虑所有天气条件下树干直径微变化指标与环境因子的相关性均不高。而在无降雨条件下,平均气温Ta和土壤体积含水量VWC与树干直径微变化指标的关系较为密切,是影响树干直径生长的主要环境因子。当平均温度高于32℃或土壤体积含水量低于20%时,树干直径都会出现大量负增长现象,因此可将这两个阈值分别作为该区橙子树高温胁迫和水分胁迫的划分依据。
(3)树干直径在高温环境(Ta>32℃)下波动更为剧烈,收缩量更大。同时,树干直径值在高水分条件下(VWC>20%)高于低水分条件(VWC<20%)。低水分条件下树干直径波动更为剧烈。信号强度指标SI与环境因子间的相关关系能够很好地反映树干直径微变化指标对环境因子间的响应关系。相比树干直径微变化指标,信号强度指标SI与土壤含水量和气温的关系更密切。从信噪比、敏感性和诊断稳定性三个角度综合对比,SIMDS1更适合作为水分亏缺诊断指标,而SIRT2更适合作为高温胁迫诊断指标。