专利名称：：一种树木灌溉方法
技术领域：
：本发明涉及一种树木灌溉方法。
背景技术：
：树木在拦蓄降水、涵蓄水源、减少地表水土流失、提高土壤蓄水和降水利用率等方面具有巨大的水文效益。以树木为主体的城市园林绿地是维持和改善城市生态环境重要的生物屏障，具有调节气候、减缓温室效应、提高空气湿度、降低噪音、吸附粉尘和其它有害大气成分等广泛的生态功能，同时还在改善城市景观、提供游憩空间和体现城市文化内涵等方面发挥着不可替代的作用。但是，树木作为城市生态系统的生物有机体，在发挥自身巨大生态功能的同时，为了维持其正常的生存和更新，需要一定的水量以支持生态系统物质和能量的正常循环。树木通过叶片散失的水量是惊人的，据观测，一株ioo年生的水青冈，一个夏季通过蒸腾消耗的水分高达180000kg。北京为严重缺水城市，目前，北京市人均水资源量只有300ra3，仅相当全国人均水平的1/8，世界人均水平的1/30，远远低于国际公认的人均1000n^的下限，属重度缺水地区，北京是世界上最缺水的城市之一。为了改善北京的生态环境，实现绿色奥运的目标，北京市已建成庞大的绿地系统，至2005年底止，北京建成区(指城八区)园林绿地总面积为30611.05hm2，年灌溉用水量为1.92亿m3，2005年北京全年总用水量约为35亿m3，绿地灌溉用水量占总用水量的5.5%。可见，北京园林绿地灌溉用水量是非常巨大的，加剧了城市水资源供求矛盾。就全世界范围来说，缺水也是全球化的重大问题，节约水资源刻不容缓。对园林树木实行节水灌溉是节约水资源的重要途径，但长期以来，我国在节水灌溉方面主要停留在先进灌溉设施和集水技术的采用上，如引进灌溉设备进行喷灌、滴灌和收集雨水、中水用于灌溉等，有的城市不惜花费巨资引进先进的灌溉设备，虽取得了一定的成绩，但并未从根本上解决水资源浪费和绿地水分利用效率低下的问题。原因是未从源头上7搞清楚植物的水分需求，因为只有在了解植物需水量的前提下，采取先进的灌溉技术进行有的放矢的灌溉，才能真正达到节水的目的。要实现灌溉量的精准核算就必须掌握树木的耗水量，树木主要是通过叶片蒸腾耗水的，但直接测定乔木大树整株蒸腾量是非常困难的，只能寻找替代办法。树木蒸腾的水分是通过树干边材传输的，树干边材液流量的99.8%被叶片蒸腾所消耗(武维华，2003)。因此，可以用木质部边材液流量代替整株叶片的蒸腾用水量。目前测定边材液流量最先进的仪器是热扩散式边材液流探针(Thermaldissipationsapflowvelocityprobe,TDP)，它的原理是将同时内置有热电偶的一对探针插入树干边材中，通过检测热电偶之间的温差，计算液流热耗散(液流携带的热量)，建立温差与液流速率的关系，确定液流速率的大小，再根据被测部位的边材横断面积求得单木整株液流量。但该测定需要的仪器价格昂贵，无法在生产上广泛应用。因此，要观测树木群体的耗水量，关键是找到一个容易调查的纯量，建立起该纯量与树木耗水量之间的关系模型，然后沿该纯量的值域展开。
发明内容本发明找到了树木耗水量观测的理想纯量一一胸径，研究了侧柏(/VW7C/a&s0,/e/^s/750、油松(/7/2iW^6//7ae/or肌.力、元宝讽(Jeer/rMcafw边)、束lj槐(WoW//a;wew必scac/a)、银杏(67"1《0^7fe)的胸径与天气、季节之间的关系，可根据具体的气候条件对这些植物实施灌溉，实现节约用水的目的。树木主要通过叶片上的气孔蒸腾消耗水分，但在目前的技术条件下，无法直接测定整株大树叶片的蒸腾量。树木蒸腾的水分是通过树干边材传输的，树干边材液流量的99.8%被叶片蒸腾所消耗。因此，可以用木质部边材液流量代替整株叶片的蒸腾用水量。但树千边材液流的测定需要一套价格昂贵的仪器，无法在生产上广泛应用。因此，要观测树木群体的耗水量，关键是找到一个容易调查的纯量，建立起该纯量与树木耗水量之间的关系模型，然后沿该纯量的值域展开。本研究找到了胸径这样一个理想的纯量，胸径容易观测，它与树干边材面积和边材液流量关系非常密切。通过边材液流量和边材面积的观测，找到树木胸径与整株耗水量的统计关系，建立双方的数学模型，在生产上只需对树木的胸径进行观测，就能推算整株树木的耗水量。本发明建立了树木耗水量模型、实现了树木耗水的尺度扩展。根据侧柏、油松、元宝枫、刺槐和银杏等树种不同直径树木的边材液流速率的观测结果，可建立不同树种直径与日耗水量的模型。建模方法是在SPSS12.0软件上进行11种曲线类型模型拟合，11种曲线类型分别为线性函数型、二次多项式型、复合模型、生长模型、对数模型、3次多项式型、S形曲线型、指数模型、双曲线型、幂指函数型和逻辑模型。以耗水量(kgO为因变量y，以直径(cm)为自变量，置信度为95%，以相关系数R最大值为最佳模型，结果，树木直径与耗水量关系的优化模型侧柏、油松、元宝枫和银杏为二次多项式，刺槐为幂函数式。通过耗水模型，可实现单一胸径树木耗水量向任意胸径树木耗水量的转换，即实现耗水量的尺度扩展，这是建立耗水量查询表的技术基础。在树木耗水量尺度扩展过程中考虑天气因素，建立的查询表不仅可以查询不同胸径树木的耗水量，而且可以查询不同天气的耗水量，从而提高了该查询表在生产中的应用价值。图l为说明树干直径与日耗水量关系的曲线图。具体实施例方式1.试验材料选择、试验设计和试验方法1.1试验材料选择本试验选择北京城市绿化常见树种，分别为侧柏(尸/az^c/ac/船on'e/ttofo)、油松(尸z'"twto6w/a^/^7m's)、元宝枫"ce〃m"c"f,)、剌槐(/。6/m.(2戸ewcoaca".a)、银杏(GVwA:goM6a)。样木基本情况见表l。9表1样木基本情况表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>1.2试验设计和试验方法要求被测样木树干通直圆满，树形匀称，不偏心，不偏冠，树冠与周边树木不重叠。实测样木探针安装处的直径，探针安装部位为树干1.3m处；探针统一安装在树干的南向。在选定的安装部位刮去树干的粗皮，用特定规格的钻头沿树干横切向垂直钻取直径1.2mm、深30mm的孔洞，插入TDP-30探针，用仪器附带的包装材料固定探针并进行密封包扎，将TDP的馈线与数采器(DataLogger)连接，进行树干液流的自动监测，数据采集间隔期为10min。对树种进行全年连续观测。试验完成后，用生长锥实测探针安装处的边材和心材长度，计算边材面积。在试验点安装自动气象站，记录气温、风速、空气相对湿度、降雨量、太阳辐射强度等指标。将气象传感器与数采器连接，设置数据采集间隔期为10min，实现液流和气象数据的同步自动采集。2.数据处理根据Grannier(1996)定义的公式K=(dTmax-dT)/dT计算无量刚参数K(其中dT是测定期间各测点TDP探头两个探针之间的瞬时温差(。C)，dTmax为测定期间的最高探针温差)。在此基础上，计算边材液流速率(cm.s"):V=0.0119K1231。利用公式FS=3.6AS.V，计算边材液流通量(Fs为液流通量(cm3^1),As为测定部位树干边材面积(cm2))。3.试验结果3.1树木耗水量模型的建立根据侧柏、油松、元宝枫、刺槐和银杏等树种不同直径树木的边材液流速率的观测结果，可建立不同树种直径与日耗水量的模型。建模方法是在SPSS12.0软件上进行11种曲线类型模型拟合，11种曲线类型分别为线性函数型、二次多项式型、复合模型、生长模型、对数模型、3次多项式型、S形曲线型、指数模型、双曲线型、幂指函数型和逻辑模型。以耗水量(kg.d")为因变量y，以直径(cm)为自变量，置信度为95%，以相关系数R最大值为最佳模型，结果，树木直径与耗水量关系的优化模型侧柏、油松、元宝枫和银杏为二次多项式，刺槐为幂函数式。側柏W=A'V.T/1000=0.542D-0.006D2-3.488R=0.99(3-1)油松W=AV'T/1000=0.594D-0.009D2-3.685R=0.98(3-2)元宝枫W=A.V.T/1000=0.93lD-0.007D2-6.996R=0.95(3-3)刺槐W=A'V.T/1000=0.118D1533R=0.95(3-4)银杏W=AV'T/1000=0.362D+0.027D2-1.694R=0.99(3-5)式中A为边材面积(cm2)、V为液流速率(cnvs")、T为Id的时间(s)、D为树干直径(cm)，W为日耗水量(kg),R为相关系数。二次多项式的特点是当自变量(D)较小时，因变量(W)随D的增加而快速增加，D值增加到某一点时，W达到最大值，然后随D值的增加W值缓慢下降，这一变化特点符合树木边材的生长规律，在树木个体生长的初期，边材生长迅速，边材率(边材面积与心材面积的比率)大，随着树龄的增长，边材增速减缓，边材率下降，到达一定年龄后随着更多的边材转化为心材，树木的边材面积开始减少(沈国舫，2001)。图1A、B、C、D、E是根据侧柏、油松、元宝枫、刺槐和银杏树干直径与日耗水量的观测数据分别绘制的，也是式3-l、3-2、3-3、3-4和3-5的图面表达形式。从图1A、B、C可看出，当树千直径较小时，耗水量随直径的增加而快速增加，然后增加的趋势放缓，由于本次测定的树木直径不是足够大，从图上看不出W的最大值和曲线下降的趋势，但根据式3-l、3-2和3-3可以预领d，侧柏、油松和元宝枫单株耗水量最大时的树干直径将分别为48cm、34cm、70cm，超过此值，单株日耗水量将缓慢下降。从图1D、E可以看到，刺槐和银杏树干直径与日耗水量关系的发展趋势与前面3个树种有所差别，树木耗水量将随直径的增加而快速增加，由于本试验观测的大径阶株数有限，这是否说明了刺槐和银杏耗水量与树干直径关系的发展趋势还有待进一步研究。但由于园林中大多数刺槐和银杏的直径在30cm以内，故用式3-4和3-5进行尺度扩展不会对实际耗水量的计算误差产生大的影响。3.2气象因子观测结果在城市绿地水分管理实践中，人们往往更习惯于用天气去描述树木和绿地水分的供求关系，因此，有必要根据天气进行耗水量的统计。根据北京的气候特点，可将天气分为3种类型，晴天(天空晴朗无云、太阳不被遮挡)、阴天(天空被云层覆盖，基本上见不着太阳)、雨天(天气阴沉，降雨量为小雨以上)。根据自动气象站一个生长期的观测，可对各月的气象数据进行归类统计(见表2)。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表3侧柏不同胸径树木日耗水量查询表(kg)月<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表5元宝枫不同胸径树木日耗水量查询表(kg)月<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>权利要求1.一种树木灌溉方法，包括如下步骤a.树种选择选择树干通直圆满，树形匀称，不偏心，不偏冠，树冠与周边树木不重叠的城市绿化常见树种；实测样木探针安装处的直径；b.蒸腾量测定将边材液流探针安装在南向树干距地面1.3m处，在选定的安装部位刮去树干的粗皮，沿树干横切向垂直钻取直径1.2mm、深30mm的孔洞，插入TDP-30探针，将TDP的馈线与数采器连接，进行树干液流的自动监测，数据采集间隔期为10min，对树种进行全年连续观测；用生长锥实测探针安装处的边材和心材长度，计算边材面积；c.数据处理用公式K＝(dTmax-dT)/dT计算无量刚参数K，dT是测定期间各测点TDP探头两个探针之间的瞬时温差，dTmax为测定期间的最高探针温差；计算边材液流速率(cm·s-1)V＝0.0119K1.231，最后计算边材液流通量FS＝3.6AS.V，其中AS为测定部位树干边材面积；d.建立树木耗水量模型在SPSS12.0软件上进行11种曲线类型模型拟合，11种曲线类型分别为线性函数型、二次多项式型、复合模型、生长模型、对数模型、3次多项式型、S形曲线型、指数模型、双曲线型、幂指函数型和逻辑模型，以耗水量为因变量y，以胸径为自变量，置信度为95％，以相关系数R最大值为最适模型，为所测定树种建立最适模型；e.气象因子统计晴天——天空晴朗无云、太阳不被遮挡，阴天——天空被云层覆盖，基本上见不着太阳，雨天——天气阴沉，降雨量为小雨以上；f.建立树木耗水量查询表根据各个树种的耗水量模型，编制不同天气状况下不同胸径单株日耗水量查询表，利用该表可以方便地查找任意直径大小树木在各月不同天气里的耗水量；根据得到的查询表的耗水量对树木进行定量灌溉，实现节水目的。2.—种如权利要求1所述的方法，其特征在于所述树种为侧柏或油松或元宝枫或刺槐或银杏。3.—种如权利要求1所述的方法，其特征在于树种为侧柏时参照下表进行灌溉(单位公斤)<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>f晴天；d阴天；r雨天。4.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于树种为油松时参照下表进行灌溉(单位公斤/天)5.—种如权利要求1所述的方法，其特征在于树种为元宝枫时参照下表进行灌溉(单位公斤/天)6.—种如权利要求1所述的方法，其特征在于树种为刺槐时参照下表进行灌溉(单位公斤/天)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>7.—种如权利要求1所述的方法，其特征在于树种为银杏时参照下表进行灌溉(单位公斤/天)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>f晴天;d阴天;r雨天。全文摘要本发明涉及一种灌溉方法，研究了侧柏(Platycladusorientalis)、油松(Pinustabulaeformis)、元宝枫(Acertruncatum)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、银杏(Ginkgobilba)的耗水量与胸径、天气、季节之间的关系，可根据具体的气候条件对这些植物实施灌溉，实现节约用水的目的。文档编号A01G23/00GK101653091SQ20081018835公开日2010年2月24日申请日期2008年12月25日优先权日2008年12月25日发明者奚如春,王瑞辉,马履一申请人:北京林业大学