專利名稱：：一種樹木灌溉方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種樹木灌溉方法。
背景技術：
：樹木在攔蓄降水、涵蓄水源、減少地表水土流失、提高土壤蓄水和降水利用率等方面具有巨大的水文效益。以樹木為主體的城市園林綠地是維持和改善城市生態(tài)環(huán)境重要的生物屏障，具有調節(jié)氣候、減緩溫室效應、提高空氣濕度、降低噪音、吸附粉塵和其它有害大氣成分等廣泛的生態(tài)功能，同時還在改善城市景觀、提供游憩空間和體現城市文化內涵等方面發(fā)揮著不可替代的作用。但是，樹木作為城市生態(tài)系統(tǒng)的生物有機體，在發(fā)揮自身巨大生態(tài)功能的同時，為了維持其正常的生存和更新，需要一定的水量以支持生態(tài)系統(tǒng)物質和能量的正常循環(huán)。樹木通過葉片散失的水量是驚人的，據觀測，一株ioo年生的水青岡，一個夏季通過蒸騰消耗的水分高達180000kg。北京為嚴重缺水城市，目前，北京市人均水資源量只有300ra3，僅相當全國人均水平的1/8，世界人均水平的1/30，遠遠低于國際公認的人均1000n^的下限，屬重度缺水地區(qū)，北京是世界上最缺水的城市之一。為了改善北京的生態(tài)環(huán)境，實現綠色奧運的目標，北京市已建成龐大的綠地系統(tǒng)，至2005年底止，北京建成區(qū)(指城八區(qū))園林綠地總面積為30611.05hm2，年灌溉用水量為1.92億m3，2005年北京全年總用水量約為35億m3，綠地灌溉用水量占總用水量的5.5%?？梢姡本﹫@林綠地灌溉用水量是非常巨大的，加劇了城市水資源供求矛盾。就全世界范圍來說，缺水也是全球化的重大問題，節(jié)約水資源刻不容緩。對園林樹木實行節(jié)水灌溉是節(jié)約水資源的重要途徑，但長期以來，我國在節(jié)水灌溉方面主要停留在先進灌溉設施和集水技術的采用上，如引進灌溉設備進行噴灌、滴灌和收集雨水、中水用于灌溉等，有的城市不惜花費巨資引進先進的灌溉設備，雖取得了一定的成績，但并未從根本上解決水資源浪費和綠地水分利用效率低下的問題。原因是未從源頭上7搞清楚植物的水分需求，因為只有在了解植物需水量的前提下，采取先進的灌溉技術進行有的放矢的灌溉，才能真正達到節(jié)水的目的。要實現灌溉量的精準核算就必須掌握樹木的耗水量，樹木主要是通過葉片蒸騰耗水的，但直接測定喬木大樹整株蒸騰量是非常困難的，只能尋找替代辦法。樹木蒸騰的水分是通過樹干邊材傳輸的，樹干邊材液流量的99.8%被葉片蒸騰所消耗(武維華，2003)。因此，可以用木質部邊材液流量代替整株葉片的蒸騰用水量。目前測定邊材液流量最先進的儀器是熱擴散式邊材液流探針(Thermaldissipationsapflowvelocityprobe,TDP)，它的原理是將同時內置有熱電偶的一對探針插入樹干邊材中，通過檢測熱電偶之間的溫差，計算液流熱耗散(液流攜帶的熱量)，建立溫差與液流速率的關系，確定液流速率的大小，再根據被測部位的邊材橫斷面積求得單木整株液流量。但該測定需要的儀器價格昂貴，無法在生產上廣泛應用。因此，要觀測樹木群體的耗水量，關鍵是找到一個容易調查的純量，建立起該純量與樹木耗水量之間的關系模型，然后沿該純量的值域展開。
發(fā)明內容本發(fā)明找到了樹木耗水量觀測的理想純量一一胸徑，研究了側柏(/VW7C/a&s0,/e/^s/750、油松(/7/2iW^6//7ae/or肌.力、元寶諷(Jeer/rMcafw邊)、束lj槐(WoW//a;wew必scac/a)、銀杏(67"1《0^7fe)的胸徑與天氣、季節(jié)之間的關系，可根據具體的氣候條件對這些植物實施灌溉，實現節(jié)約用水的目的。樹木主要通過葉片上的氣孔蒸騰消耗水分，但在目前的技術條件下，無法直接測定整株大樹葉片的蒸騰量。樹木蒸騰的水分是通過樹干邊材傳輸的，樹干邊材液流量的99.8%被葉片蒸騰所消耗。因此，可以用木質部邊材液流量代替整株葉片的蒸騰用水量。但樹千邊材液流的測定需要一套價格昂貴的儀器，無法在生產上廣泛應用。因此，要觀測樹木群體的耗水量，關鍵是找到一個容易調查的純量，建立起該純量與樹木耗水量之間的關系模型，然后沿該純量的值域展開。本研究找到了胸徑這樣一個理想的純量，胸徑容易觀測，它與樹干邊材面積和邊材液流量關系非常密切。通過邊材液流量和邊材面積的觀測，找到樹木胸徑與整株耗水量的統(tǒng)計關系，建立雙方的數學模型，在生產上只需對樹木的胸徑進行觀測，就能推算整株樹木的耗水量。本發(fā)明建立了樹木耗水量模型、實現了樹木耗水的尺度擴展。根據側柏、油松、元寶楓、刺槐和銀杏等樹種不同直徑樹木的邊材液流速率的觀測結果，可建立不同樹種直徑與日耗水量的模型。建模方法是在SPSS12.0軟件上進行11種曲線類型模型擬合，11種曲線類型分別為線性函數型、二次多項式型、復合模型、生長模型、對數模型、3次多項式型、S形曲線型、指數模型、雙曲線型、冪指函數型和邏輯模型。以耗水量(kgO為因變量y，以直徑(cm)為自變量，置信度為95%，以相關系數R最大值為最佳模型，結果，樹木直徑與耗水量關系的優(yōu)化模型側柏、油松、元寶楓和銀杏為二次多項式，刺槐為冪函數式。通過耗水模型，可實現單一胸徑樹木耗水量向任意胸徑樹木耗水量的轉換，即實現耗水量的尺度擴展，這是建立耗水量查詢表的技術基礎。在樹木耗水量尺度擴展過程中考慮天氣因素，建立的查詢表不僅可以查詢不同胸徑樹木的耗水量，而且可以查詢不同天氣的耗水量，從而提高了該查詢表在生產中的應用價值。圖l為說明樹干直徑與日耗水量關系的曲線圖。具體實施例方式1.試驗材料選擇、試驗設計和試驗方法1.1試驗材料選擇本試驗選擇北京城市綠化常見樹種，分別為側柏(尸/az^c/ac/船on'e/ttofo)、油松(尸z'"twto6w/a^/^7m's)、元寶楓"ce〃m"c"f,)、剌槐(/。6/m.(2戸ewcoaca".a)、銀杏(GVwA:goM6a)。樣木基本情況見表l。9表1樣木基本情況表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>1.2試驗設計和試驗方法要求被測樣木樹干通直圓滿，樹形勻稱，不偏心，不偏冠，樹冠與周邊樹木不重疊。實測樣木探針安裝處的直徑，探針安裝部位為樹干1.3m處；探針統(tǒng)一安裝在樹干的南向。在選定的安裝部位刮去樹干的粗皮，用特定規(guī)格的鉆頭沿樹干橫切向垂直鉆取直徑1.2mm、深30mm的孔洞，插入TDP-30探針，用儀器附帶的包裝材料固定探針并進行密封包扎，將TDP的饋線與數采器(DataLogger)連接，進行樹干液流的自動監(jiān)測，數據采集間隔期為10min。對樹種進行全年連續(xù)觀測。試驗完成后，用生長錐實測探針安裝處的邊材和心材長度，計算邊材面積。在試驗點安裝自動氣象站，記錄氣溫、風速、空氣相對濕度、降雨量、太陽輻射強度等指標。將氣象傳感器與數采器連接，設置數據采集間隔期為10min，實現液流和氣象數據的同步自動采集。2.數據處理根據Grannier(1996)定義的公式K=(dTmax-dT)/dT計算無量剛參數K(其中dT是測定期間各測點TDP探頭兩個探針之間的瞬時溫差(。C)，dTmax為測定期間的最高探針溫差)。在此基礎上，計算邊材液流速率(cm.s"):V=0.0119K1231。利用公式FS=3.6AS.V，計算邊材液流通量(Fs為液流通量(cm3^1),As為測定部位樹干邊材面積(cm2))。3.試驗結果3.1樹木耗水量模型的建立根據側柏、油松、元寶楓、刺槐和銀杏等樹種不同直徑樹木的邊材液流速率的觀測結果，可建立不同樹種直徑與日耗水量的模型。建模方法是在SPSS12.0軟件上進行11種曲線類型模型擬合，11種曲線類型分別為線性函數型、二次多項式型、復合模型、生長模型、對數模型、3次多項式型、S形曲線型、指數模型、雙曲線型、冪指函數型和邏輯模型。以耗水量(kg.d")為因變量y，以直徑(cm)為自變量，置信度為95%，以相關系數R最大值為最佳模型，結果，樹木直徑與耗水量關系的優(yōu)化模型側柏、油松、元寶楓和銀杏為二次多項式，刺槐為冪函數式。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)元寶楓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)銀杏W=AV'T/1000=0.362D+0.027D2-1.694R=0.99(3-5)式中A為邊材面積(cm2)、V為液流速率(cnvs")、T為Id的時間(s)、D為樹干直徑(cm)，W為日耗水量(kg),R為相關系數。二次多項式的特點是當自變量(D)較小時，因變量(W)隨D的增加而快速增加，D值增加到某一點時，W達到最大值，然后隨D值的增加W值緩慢下降，這一變化特點符合樹木邊材的生長規(guī)律，在樹木個體生長的初期，邊材生長迅速，邊材率(邊材面積與心材面積的比率)大，隨著樹齡的增長，邊材增速減緩，邊材率下降，到達一定年齡后隨著更多的邊材轉化為心材，樹木的邊材面積開始減少(沈國舫，2001)。圖1A、B、C、D、E是根據側柏、油松、元寶楓、刺槐和銀杏樹干直徑與日耗水量的觀測數據分別繪制的，也是式3-l、3-2、3-3、3-4和3-5的圖面表達形式。從圖1A、B、C可看出，當樹千直徑較小時，耗水量隨直徑的增加而快速增加，然后增加的趨勢放緩，由于本次測定的樹木直徑不是足夠大，從圖上看不出W的最大值和曲線下降的趨勢，但根據式3-l、3-2和3-3可以預領d，側柏、油松和元寶楓單株耗水量最大時的樹干直徑將分別為48cm、34cm、70cm，超過此值，單株日耗水量將緩慢下降。從圖1D、E可以看到，刺槐和銀杏樹干直徑與日耗水量關系的發(fā)展趨勢與前面3個樹種有所差別，樹木耗水量將隨直徑的增加而快速增加，由于本試驗觀測的大徑階株數有限，這是否說明了刺槐和銀杏耗水量與樹干直徑關系的發(fā)展趨勢還有待進一步研究。但由于園林中大多數刺槐和銀杏的直徑在30cm以內，故用式3-4和3-5進行尺度擴展不會對實際耗水量的計算誤差產生大的影響。3.2氣象因子觀測結果在城市綠地水分管理實踐中，人們往往更習慣于用天氣去描述樹木和綠地水分的供求關系，因此，有必要根據天氣進行耗水量的統(tǒng)計。根據北京的氣候特點，可將天氣分為3種類型，晴天(天空晴朗無云、太陽不被遮擋)、陰天(天空被云層覆蓋，基本上見不著太陽)、雨天(天氣陰沉，降雨量為小雨以上)。根據自動氣象站一個生長期的觀測，可對各月的氣象數據進行歸類統(tǒng)計(見表2)。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表3側柏不同胸徑樹木日耗水量查詢表(kg)月<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表5元寶楓不同胸徑樹木日耗水量查詢表(kg)月<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>權利要求1.一種樹木灌溉方法，包括如下步驟a.樹種選擇選擇樹干通直圓滿，樹形勻稱，不偏心，不偏冠，樹冠與周邊樹木不重疊的城市綠化常見樹種；實測樣木探針安裝處的直徑；b.蒸騰量測定將邊材液流探針安裝在南向樹干距地面1.3m處，在選定的安裝部位刮去樹干的粗皮，沿樹干橫切向垂直鉆取直徑1.2mm、深30mm的孔洞，插入TDP-30探針，將TDP的饋線與數采器連接，進行樹干液流的自動監(jiān)測，數據采集間隔期為10min，對樹種進行全年連續(xù)觀測；用生長錐實測探針安裝處的邊材和心材長度，計算邊材面積；c.數據處理用公式K＝(dTmax-dT)/dT計算無量剛參數K，dT是測定期間各測點TDP探頭兩個探針之間的瞬時溫差，dTmax為測定期間的最高探針溫差；計算邊材液流速率(cm·s-1)V＝0.0119K1.231，最后計算邊材液流通量FS＝3.6AS.V，其中AS為測定部位樹干邊材面積；d.建立樹木耗水量模型在SPSS12.0軟件上進行11種曲線類型模型擬合，11種曲線類型分別為線性函數型、二次多項式型、復合模型、生長模型、對數模型、3次多項式型、S形曲線型、指數模型、雙曲線型、冪指函數型和邏輯模型，以耗水量為因變量y，以胸徑為自變量，置信度為95％，以相關系數R最大值為最適模型，為所測定樹種建立最適模型；e.氣象因子統(tǒng)計晴天——天空晴朗無云、太陽不被遮擋，陰天——天空被云層覆蓋，基本上見不著太陽，雨天——天氣陰沉，降雨量為小雨以上；f.建立樹木耗水量查詢表根據各個樹種的耗水量模型，編制不同天氣狀況下不同胸徑單株日耗水量查詢表，利用該表可以方便地查找任意直徑大小樹木在各月不同天氣里的耗水量；根據得到的查詢表的耗水量對樹木進行定量灌溉，實現節(jié)水目的。2.—種如權利要求1所述的方法，其特征在于所述樹種為側柏或油松或元寶楓或刺槐或銀杏。3.—種如權利要求1所述的方法，其特征在于樹種為側柏時參照下表進行灌溉(單位公斤)<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>f晴天；d陰天；r雨天。4.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于樹種為油松時參照下表進行灌溉(單位公斤/天)5.—種如權利要求1所述的方法，其特征在于樹種為元寶楓時參照下表進行灌溉(單位公斤/天)6.—種如權利要求1所述的方法，其特征在于樹種為刺槐時參照下表進行灌溉(單位公斤/天)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>7.—種如權利要求1所述的方法，其特征在于樹種為銀杏時參照下表進行灌溉(單位公斤/天)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>f晴天;d陰天;r雨天。全文摘要本發(fā)明涉及一種灌溉方法，研究了側柏(Platycladusorientalis)、油松(Pinustabulaeformis)、元寶楓(Acertruncatum)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、銀杏(Ginkgobilba)的耗水量與胸徑、天氣、季節(jié)之間的關系，可根據具體的氣候條件對這些植物實施灌溉，實現節(jié)約用水的目的。文檔編號A01G23/00GK101653091SQ20081018835公開日2010年2月24日申請日期2008年12月25日優(yōu)先權日2008年12月25日發(fā)明者奚如春,王瑞輝,馬履一申請人:北京林業(yè)大學