文摘

实现合理配置有限的水资源,并制定一个适当的灌溉系统,本研究研究茎含水量的变化特征(StWC)在植物及其对环境因子的响应。在这项研究中,StWC和环境因素Lagerstroemia籼在北京被BD-IV不断观察植物茎含水量传感器和森林小气候监测站从2017年到2018年。StWC的变化及其与环境因素的相关性进行了分析。结果表明,StWCLagerstroemia籼昼夜变化规律的生长周期。与此同时,不断上升的时候,山谷,下降时间StWC不同生长阶段的不同Lagerstroemia籼。StWC和环境因素之间的相关性分析的结果表明,StWCLagerstroemia籼空气相对湿度呈正相关,而与总辐射和空气温度负相关。StWC和环境因素的多重回归方程Lagerstroemia籼是 ,和方程的确定系数为0.87。此外,结果表明灌溉应注意及时补充灌溉高峰期间生长季节水果。

1。介绍

阀杆的两个主要结构轴的维管植物,在植物中扮演各种各样的角色,如机械支持的叶子,鲜花,水果,水根与芽”在木质部和韧皮部之间的运输,和蓄水1,2]。蒸汽含水量的变化(StWC)是一个重要环节的水运soil-plant-atmosphere连续也会影响营养物质的运输和存储的碳水化合物。StWC是不同器官之间的相互作用和反馈的结果和他们的环境。很好地理解StWC有助于解决林业研究的热点地区,如耐寒性(3],抗旱性[4),和健康评估5]。此外,准确掌握StWC及其环境耦合机制的特点制定合理的灌溉系统具有重要意义和有效利用水资源6]。

抗旱和抗污染树种,Lagerstroemia籼(紫薇)已广泛应用于苗圃种植和景观的城市在中国。水是一种限制的生长和产量的主要因素Lagerstroemia籼;保证的存活率Lagerstroemia籼,灌溉策略可以制定更精确地根据StWC树木在不同生长阶段的模式,应对不同的环境,也可以改善灌溉的利用率。近年来,研究StWC在树上的变化主要集中在水果树种如枣、核桃、葡萄(7- - - - - -9]。然而,研究用于景观绿化树种是罕见的。此外,StWC和环境因素之间的关系在植物的整个生长周期尚未进行过彻底的探索。

研究人员已经提出了很多方法来测量植物的StWC。烘干法是一种传统的方法估计茎的水含量。StWC可以直接通过测量计算重量的区别原湿式阀杆和阀杆通过烤箱干。这种方法是最精确的,但破坏性的方式,也不能用于原位检测和测量成本很长一段时间。因此,烘干是常用的校准测量。实现无损和原位测量,介绍了一些图像分析方法,包括伽马射线测密度术(10),x射线计算机断层摄影(11)和磁共振成像(MRI) (12]。γ射线测密度术和x射线计算机断层摄影都是高度敏感,可以准确获得StWC植物,而他们(的潜在安全风险限制了进一步的应用13]。尽管植物的核磁共振成像系统可以安全地获得StWC准确地说,它仍然不能实现原位、实时检测,这是在一个固定的站点不适合长期监测。随着电子探测技术的发展,介电常数方法已广泛应用于StWC实时、原位监测,包括时域反射(TDR)技术(14- - - - - -16)和频域(FD) [17- - - - - -19)技术,热带病研究和培训特别规划方法是最常用的。热带病研究和培训特别规划方法的基础上,使用Constantz和墨菲一个平行波导探针检测体积含水率的松树干(20.]。Wullschleger和汉森用双针平行不锈钢探针监测水含量的季节性变化的四个落叶阔叶的树种。校准公式适用于体积含水量之间的关系的阀杆和有效介电常数的树种进行了综述(21]。通过总结之前的研究结果的研究人员,这是可行的检测StWC基于植物介电常数,但TDR探针的长度限制的检测效果。短探针可以减少破坏植物和水的不同造成的错误分布,但系统分辨率将减少。另一方面,如果探针太长,信号衰减将非常大。此外,TDR技术要求高,生产成本高。因此,我们使用一个无损和实时检测方法的StWC驻波率原则。

在这篇文章中,Lagerstroemia籼生长在北京被选中为研究对象。面积受寒潮影响,冬天又冷又长,年日照时数明显低于其他地区。北京的环境条件千差万别,灌溉管理树的要求高。我们的研究的目的是监控的StWCLagerstroemia籼树木原位连续基于驻波比的理论(SWR)和分析StWC及其响应的变化特征在不同尺度的气象因素。此外,我们研究了StWC与气象因素之间的相关性通过使用互相关,路径分析方法和建模,提供更多的经验数据Lagerstroemia籼树木的种植和管理揭示StWC变化的模式。我们的结果将指导意义的管理的科学灌溉苗圃合理和有效地提供科学依据生态和水文过程的综合评价及影响因素的园林树种在北京,中国。

2。材料和方法

2.1。研究网站

研究站点位于Sanqingyuan苗圃在海淀区,北京,中国(40^°0N, 116^°20.E)。该地区的特点是semihumid暖温带大陆季风气候区,每年温度为12.6°C和年降水量620毫米,而降雨发生主要从6月到8月的80%。月度百分比可能阳光从7月份的47%到65%在1月和2月,该地区每年收到2671小时的阳光灿烂。这个地区的年平均蒸发量1800毫米,而大于降水的3倍。研究气候信息网站收集的森林小气候监测站(技术学院、北京林业大学、北京、中国)。托儿所的高度是海拔约50米,地形平坦,占地面积约31200²。网站是粘壤土的土壤pH值之间7和8。植被在现场由落叶阔叶树木为主Lagerstroemia籼,胡桃效果,海棠。

2.2。树材料制备

我们选择12Lagerstroemia籼树和样品类似的胸径(DBH)茎含水量监测,决心是健康的,直,相应的,每年和发育标本,实验周期。胸径是一个标准的方法表达树干的直径或站树的树干,这是测量地面1.3米(22,23]。树的胸径范围从约样品 ,和平均树高 。灌溉在该网站是由小管流出,每月1 - 2天。持续的高温和干旱天气,灌溉了每月1 - 2次。灌溉的数量取决于工人的经验。杂草控制和及时进行农药喷洒。的发展阶段Lagerstroemia籼树木如表所示1。实验进行了在现有的条件下,执行和监控从2017年11月到2018年11月。

2.3。茎含水量传感器

BD-IV植物茎含水量传感器(研究和开发的技术学院,北京林业大学、中国)衡量的StWC实施Lagerstroemia籼样本。基于SWR BD-IV,由一个100 MHz正弦波振荡器,同轴传输线,高频检波器电路,和一对平行不锈钢金属电极(2,24]。电极是为了环绕茎像一个上部和更低的带环(图1)。正弦振荡器提供的电磁波沿同轴传输线传播到带戒指,因为带环的阻抗与传输线的不同,入射波的比例会反射回来沿线振荡器。由于入射波的反射波干扰电压驻波在传输线上设置。据SWR的测量原理、差动电压和作为传感器的输出转换电路,它可以表示为一个函数的带环阻抗(25,26]: 在哪里是电磁波的振幅(V),阻抗( )带环的阻抗( )输电线路。在这项研究中,等于50 。当和是常量,潜在的区别吗两端的传输线的阻抗有关 。StWC可以影响干细胞的阻抗的变化,导致皮带环阻抗的变化( ),和输出电压( )传感器将被改变。换句话说,是由StWC衡量生活的树。因此,生活StWC站树可以量化测量输电线路的输出电压差( )。

2.4。数据收集

StWC传感器(BD-IV)安装在树干上的12个选择Lagerstroemia籼树样本。的安装位置BD-IV接近第一分叉树的主干样本。128年自行设计多通道数字收集器基于AVR用于连接每个箱子的StWC传感器。一个监测站实验如图2。收集器自动收集并存储数据包每10分钟,收集144数据包在一天之内。因此,收集器可以记录144 StWC每个样本的每一天。在整个实验过程中,采用相同的培养和管理模式,以确保所有样品的水分和养分的供应。同时,StWC的变化过程的样品被记录。

在这项研究中,一个森林小气候监测站(研发技术学院,北京林业大学,中国)建于micrometeorological因素的测量参数实时生态微环境,包括空气温度、空气相对湿度、全球辐射和风速。车站测量并收集了micrometeorological因素每10分钟。此外,土壤温度传感器DS18B20(达拉斯半导体,达拉斯,德克萨斯,美国)和土壤体积含水率传感器HYSWR-ARC(研究和开发的技术学院,北京林业大学、中国)被安装在四个不同的地点在研究网站监测土壤温度和土壤体积含水量,分别。

2.5。数据处理

的StWCLagerstroemia籼样本计算 在哪里是输出电压差的输电线路和圣的StWC吗Lagerstroemia籼样本。它是一个线性的StWC之间的关系Lagerstroemia籼与高灵敏度传感器的输出等于1022.1 mV(厘米³·厘米³)¹。的价值确定系数( )表明,该传感器能够精确测量StWC树。

Microsoft Excel(美国微软公司,微软)是用于整理和计算的StWC数据Lagerstroemia籼样品;SPSS 19.0(美国芝加哥SPSS Inc .)和MATLAB 2015 b (MathWorks公司,纳蒂克,MA)被用来分析方差,回归,StWC和气象因素和相关性;和起源(美国OriginLab Inc .)软件被用来绘制图表和图形。

3所示。结果与讨论

3.1。茎含水量的日变化特征

StWC数据选择的典型晴天。图3说明了StWC的日变化特征Lagerstroemia籼在其开花阶段(2017.5.26)、水果生长阶段(2017.7.1),水果成熟度阶段(2017.10.2)和休眠时期(2017.12.3)。它可以发现StWC遵循的昼夜变化的总体趋势先降低,然后增加。StWC 10月2日的数据,2017年,作为一个例子:StWC 6点开始迅速下降;在11点到达第一个槽后,StWC是相对稳定的,直到三点到达最小值;然后,它开始增加顺利。StWC的上升过程持续了近16个小时,直到第二天五点,然后,StWC下降过程中再次发生。在不同的发展阶段Lagerstroemia籼,谷时间、上升下降时间,时间的StWC也变体。从表可以看出2硅谷StWC到达时间早,StWC的下降时间在7月和10月起步较晚。然而,StWC 3月和12月的模式是相反的。这种现象可能与气象因素的变化在生长期间的样本树。的昼夜变化的主要气象因素对观测天在不同生长时期如图4。结果表明,下降时间的StWC水果生长阶段和水果成熟阶段早期,StWC迟到的上升时间,有利于光合作用的产物的积累,而相反的被发现在落叶休眠和萌发阶段时期。图5显示了上升时间、下降时间,山谷StWC生长周期的时间Lagerstroemia籼,这说明成长阶段StWC大大影响了倍。StWC的谷值是10月7月> > > 12月5月,最大StWC是10月份的57.23%,最低StWC是去年12月的39.79%。此外,StWC的意思是7月10月> > > 12月5月,最大StWC是10月份的59.78%,最低StWC是去年12月的46.18%。因此,StWCLagerstroemia籼是最水果阶段,至少在落叶休眠周期。

3.2。干水分的反应环境因素

的StWCLagerstroemia籼在不同生长阶段显著不同的外部环境因素的影响下。我们选择StWC和气象因素的数据连续7天(2017年7月24日至30日)分析StWC和环境因素之间的关系Lagerstroemia籼。StWC和气象因素的变化曲线Lagerstroemia籼如图6。可以得出结论,StWC有很强的相关性与总辐射,空气温度、空气相对湿度、风速、与土壤温度和土壤含水量,但不是。此外,StWC相反的总辐射、风速、和空气温度和相对空气湿度的变化趋势类似,这表明,空气相对湿度的增加会增加StWC和负面影响果树蒸腾,虽然总辐射和空气温度的增加会减少茎的水含量,从而促进蒸腾Lagerstroemia籼。光合作用的产物的速率受到辐射的变化和空气温度在合理范围内27- - - - - -29日]。因为树样本在水果增长阶段,光合作用的产物的积累会增加辐射的增加,空气温度在合理范围内27- - - - - -29日]。

StWC和环境因素之间的相关性的分析结果Lagerstroemia籼如表所示3。可以看出StWCLagerstroemia籼明显与总辐射、空气温度、空气相对湿度、风速、土壤温度和15厘米土壤含水量水平0.01。StWC空气相对湿度呈负相关,15厘米土壤含水量,但与其他因素呈正相关。StWC与总辐射最强的相关性,相关系数为0.732。相互关联的程度> > >>>(重要双边相关性为0.01级)。

3.3。定量茎含水量和环境因素之间的相关性分析

3.3.1。多重回归分析

实验的StWCLagerstroemia籼作为因变量和环境因素作为独立变量,建立了一个全面的StWC和环境因素之间的关系模型基于多元回归分析。模型是最优的StWC反映环境因素的影响Lagerstroemia籼。StWC和环境因素的多重回归方程Lagerstroemia籼如下: 圣的StWC是哪里Lagerstroemia籼。确定方程的系数是0.87 ( )。环境因素可以解释StWC变化的87.0%Lagerstroemia籼。剩余的确定系数的因素是0.49 ( ),这说明还有其他因素对StWC产生一定的影响Lagerstroemia籼,如气孔导度和叶面积指数。

此外,路径分析是实现学习的影响及其环境因素对StWC大小Lagerstroemia籼(表4)。环境因素的直接影响StWC是Rn (-0.411) >(-0.305)> Ws圣(0.224)(-0.230)> > RH (0.137) > Hs(-0.074),以及环境因素的间接影响对StWC RH (0.689) >(0.625)> Hs (0.573) > Ws Rn(0.522)(0.572) > >圣(0.394)。作为一个结果,它表明,总辐射(Rn)的直接影响是最大的,而15厘米的土壤含水量(SMC)是最小的。空气温度主要影响StWC通过联合行动的总辐射、相对湿度,土壤温度。总辐射主要影响StWC通过空气的温度、风速、相对湿度。

4所示。结论

本研究证实,环境因素可以日常茎含水量的重要预测因子(StWC)Lagerstroemia籼在北京。根据实验结果,可以得出以下结论:(1)的StWCLagerstroemia籼昼夜变化规律,遵循先上升然后下降的总体趋势,这显示了一个典型的谷曲线。上升时间、谷时间和下降时间的StWC不同生长阶段的不同Lagerstroemia籼。具体来说,水果的下降时间增长阶段和水果成熟阶段的其他阶段,而果实生长阶段的上升时间和水果成熟阶段后比其他阶段(2)的StWCLagerstroemia籼呈正相关,空气相对湿度和15厘米土壤含水量与总辐射呈负相关,风速、空气温度和土壤温度影响StWC的最重要的因素是什么Lagerstroemia籼。此外,StWC和环境因素的多重回归方程Lagerstroemia籼是 ,和方程的确定系数是0.87(3)的蒸腾作用Lagerstroemia籼在该地区的北京,在可能更大。蒸腾是高度受太阳辐射和风速等环境因素。太阳辐射较强的7月和8月在这个地区,和空气温度较高。因此,灌溉应注意及时补充灌溉高峰期间生长季节水果,例如期间,水果的扩张,特别是7月和8月的连续的晴天。灌溉频率保证Lagerstroemia籼不受水分胁迫影响增长的关键时期,和灌溉时间应选择在日出之前或日出之后减少灌溉用水由蒸发引起的损失吗

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

本文研究、郝梁和Yandong赵的构思和设计实验;王濛张和圯进行实验;孟张和赵高分析数据;郝梁、张濛圯王写的论文;郝梁和Yandong赵审查和编辑。

确认

这项研究是由中央大学的基础研究基金(批准号BLX201717),北京常见的建筑项目的专项基金,科技项目的内蒙古自治区(批准号201802085)。