3種枸杞的枝系構型特征比較

石學剛，劉世增,2

3種枸杞的枝系構型特征比較

石學剛1，劉世增1,2

（1.甘肅農業(yè)大學林學院，甘肅蘭州730070；2.甘肅省治沙研究所，甘肅蘭州730070）

以引自甘肅臨夏的寧杞1號和民勤青土湖的黑果枸杞以及野生枸杞為研究對象，應用枝系構型理論與方法對三者的枝系構成指標進行測定與分析，結果表明：1）3種枸杞的分枝長和分枝角從1級到3級呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，而逐步分枝率（SBR）呈增大趨勢；2）生境對野生枸杞與寧杞1號、黑果枸杞的枝徑比（RBD2∶1）和逐步分枝率（SBR1∶2）影響顯著，但對三者的枝徑比（RBD3∶2）和總體分枝率（OBR）的影響不顯著；3）野生枸杞對惡劣的環(huán)境有更好的適應策略，而在同一生長環(huán)境中，黑果枸杞較寧杞1號更占優(yōu)勢。

寧杞1號；黑果枸杞；野生枸杞；枝系構型

構型是樹木的總體外貌特征，包括樹形、冠形、分枝結構及樹體組成部分（芽、枝、葉等）的空間分布格局、內在生物量構造組成及其配比結構和樹體組成單位的數(shù)量動態(tài)變化等方面的內容，是植物內部遺傳信息在一定時間內外部的形態(tài)表現(xiàn)[1-2]。一個完整的植物體就是由不同構件構成的集合體[3]。植物構型決定了植株各個構件在空間上分配方式的不同，同時也反映了植物對不同資源環(huán)境條件的適應和響應。所以，不同樹種間由于環(huán)境因子（如：溫度、濕度、光照、風力等）的差異，都會導致其產生不同的樹冠構型。風力作用和光照強度的加強都會增加植物對環(huán)境的脅迫性，促使植物構型隨著植物群落的演變和環(huán)境條件的改變而發(fā)生變化?；哪参镒鳛槲覈珊蛋敫珊瞪鷳B(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建過程中扮演著不可替代的作用與功能。因此，通過對植物枝構件的研究，進一步探究植物與環(huán)境間相互作用的關系，了解植物對周圍空間、光、熱、水、氣等資源的利用效率，這對于研究植物對變化環(huán)境的適應機制和植物多樣性保護具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

枸杞Lycium barbarum和黑果枸杞Lycium ruthenicum均屬茄科Solanaceae枸杞屬Lycium，屬落葉小灌木。枸杞原產于青海、甘肅、新疆、寧夏、內蒙古等地；黑果枸杞產于柴達木盆地，生于海拔2 700～2 900 m的格爾木河岸階地的鹽化荒漠土上，另外在新疆和甘肅民勤青土湖等地也有分布。枸杞和黑果枸杞具有耐干旱、風蝕的特征，可作為水土保持的灌木樹種，也是鹽堿地的先鋒樹種，具有很高的經(jīng)濟和生態(tài)利用價值，對維護脆弱荒漠生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。過去對于枸杞的研究主要集中于其種子萌發(fā)特性、生理生態(tài)特性以及經(jīng)濟利用價值等方面，而對于其枝系構型的研究很少見。本文通過分析寧杞1號Lycium barbarum ‘Ningqi 1’、野生枸杞Lycium barbarum、黑果枸杞Lycium ruthenicum的枝構件特征，以期探討它們在形態(tài)建成上有不同的生態(tài)適應策略，旨在為荒漠地區(qū)挑選優(yōu)良經(jīng)濟樹種，并使其發(fā)揮良好的生態(tài)經(jīng)濟效益提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省民勤西沙窩的沙生植物園附近，地理位置處于巴丹吉林沙漠東南緣，海拔1 180～1 500 m，氣候干旱，降水稀少，氣溫變幅大，屬于典型的大陸干旱荒漠氣候。年平均氣溫7.6 ℃，最熱月7月的平均氣溫22.4 ℃，最冷月1月的平均氣溫-10.3 ℃，平均年較差達32.7 ℃，年平均極端最高氣溫39.4 ℃，極端最低氣溫-30.8℃。年平均降水量113.8 mm，年降水量不均勻，多集中在7～9月，占年均降水量的73%。年均蒸發(fā)量2 604.3 mm，是降水量的24倍，5～6月蒸發(fā)最劇烈，占全年的16%。干燥度5.15，無霜期175 d，年平均風速2.45 m/s，多年平均瞬時最大風速22.35 m/s，年平均8級以上大風日數(shù)37.7 d，沙塵暴日數(shù)26.8 d，多集中在2～5月。地帶性土壤為灰棕荒漠土和風沙土，土壤有機質含量1.5～8.0 g/kg，pH值8.5左右，地下水位16 m。

2 材料與方法

2.1 樣地和標準木的選取

樣地設在民勤沙生植物園以北約2 km處的苗圃地及周圍，在苗圃地里選取人工栽培的3年生寧杞1號和黑果枸杞的標準木各12株，并在盡可能距離苗圃地近的地方選取3年生野生枸杞的標準木12株作為觀測樣本。標準木的選擇遵循以下標準：（1）生長旺盛，沒有病蟲害，沒有遭受自然和人為破壞；（2）生長環(huán)境的光熱資源和水肥條件充足；（3）標準木與其它同種或不同種植物保持一定的距離，以減少種間或種內由于對空間資源競爭而對樹木構件產生的影響。

2.2 調查指標及其統(tǒng)計計算方法

用鋼卷尺（精度0.1 cm）測定每個標準木的樹高、樹冠和枝長等參數(shù)；用量角器測定枝條分枝角（與垂直線的夾角）；用游標卡尺（精度0.02 mm）測定枝條基部直徑。

枝序是按植株分枝發(fā)育順序的離心法[4]即枝條由內到外，由下到上確定的，下層的第1枝為第1級，2個第1級相遇為第2級，2個第2級相遇為第3級，以此類推。分枝率主要依據(jù)各級分枝數(shù)量來計算總體分枝率和逐步分枝率。

（1）總體分枝率（OBR）：OBR ＝（NT-NS）/（NT-N1）

式中：NT表示所有枝級中枝條總數(shù)，NS為最高級枝條數(shù)，N1為第1級的枝條數(shù)。

（2）逐步分枝率（SBR）：SBR=Ni/Ni+1

式中：Ni和Ni+1分別是第i和第i+1級的枝條總數(shù)。

（3）枝徑比（RBD）：RBD=Di+1/Di

式中：Di+1和Di分別是第i+1和i級枝條的枝徑[5]。

實驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行整理，并用SPSS22.0對實驗數(shù)據(jù)進行差異性檢驗。

3 結果與分析

3.1 3種枸杞的分枝長特征研究

寧杞1號、黑果枸杞和野生枸杞所處的環(huán)境條件存在差異，因此它們的枝條伸展能力也存在著差異。由表1可知，3種枸杞的樹高和樹冠均是：寧杞1號＞黑果枸杞＞野生枸杞，這說明寧杞1號和黑果枸杞在人為因素的干擾下，可以有一個更加適宜的生長環(huán)境，水分條件更加充足，而野生枸杞長期受到干旱和風力的侵蝕，得不到充足的養(yǎng)分，生長受到抑制。3種枸杞的枝條伸展從1級到3級呈現(xiàn)逐漸變短減弱的趨勢，這是因為它們向空間伸展的能力有一個界限，隨著每一級枝條的向外伸展，其伸展能力下降，這是由每一級枝條的承載能力所決定的，也表現(xiàn)出了枸杞自身生長的冠型特點。寧杞1號和黑果枸杞的1級分枝長顯著高于野生枸杞（P＜0.05），而寧杞1號和野生枸杞的2、3級分枝長均顯著地高于黑果枸杞（P＜0.05）說明了不同生境的枸杞對環(huán)境的適應性存在著差異，不同種的枸杞對環(huán)境的適應策略也存在差異。

表1 3種枸杞的分枝長度

3.2 3種枸杞的分枝角特征研究

植物構型中，枝條的分枝角是衡量植物的生物量在空間分布能力的一個重要指標，植物向空間擴展的能力影響著枝葉對光照、溫度及CO2的利用以及不同構件生物量的空間分布[6]。由表2可知，3種枸杞的分支角度從1級到3級呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢，這是因為隨著枝條的不斷生長，枝系不斷向空間擴展，使枝構件對空間資源的利用產生重疊，隨著枝條逐漸生長，生物量也逐漸增加，受重力的影響增大，枝條開始有下垂的趨勢，也說明了它們在生理生態(tài)上對空間環(huán)境的適應和伸展能力以及對光照、水分、養(yǎng)分等的競爭[7]。另外，3種枸杞的1級分枝角度差異不顯著（P＞0.05），2、3級分枝角度，寧杞1號與野生枸杞、黑果枸杞均差異不顯著（P＞0.05），而野生枸杞的2、3級分枝角顯著的高于黑果枸杞（P＜0.05）。說明野生枸杞向空間擴展的能力較黑果枸杞的強，這是由野生枸杞長期所處的自然環(huán)境所決定的，也是其自身遺傳性狀的外在表現(xiàn)。

表2 3種枸杞的分枝角度

3.3 3種枸杞的枝徑比（RBD）、分枝率（SBR）特征研究

枝條的枝徑比和分枝率是植物枝構件研究過程中的2個重要指標。枝徑比是一個表征不同級別枝條之間承載能力的指標，而分枝率則表示植物構型中枝條產生分枝的能力[8]。從表3可見，寧杞1號和黑果枸杞的枝徑比呈增加的趨勢，而野生枸杞在減小。三者的枝徑比RBD2∶1野生枸杞＞寧杞1號＞黑果枸杞，且野生枸杞顯著地高于其它二者（P＜0.05），說明隨著植株的不斷生長發(fā)育，野生枸杞枝條間的承載力越大，但受到惡劣的自然環(huán)境的影響，其實際所發(fā)生的枝條數(shù)卻低于寧杞1號和黑果枸杞，這種現(xiàn)象是其對環(huán)境適應性的策略，也是由其自身遺傳物質所決定的。3種枸杞的枝徑比RBD3∶2差異不顯著（P＞0.05），但寧杞1號和黑果枸杞略高于野生枸杞，說明二者的2、3級分枝能力強，進行光合作用的葉片也主要分布在2、3級枝條上，這也與二者所處的良好的人工培育環(huán)境是分不開的。

3種枸杞的逐步分枝率均呈增大的趨勢，其中，野生枸杞的逐步分枝率SBR1∶2顯著的高于另外二者（P＜0.05），這與其枝徑比RBD2∶1是一致的，而黑果枸杞的逐步分枝率SBR2∶3顯著高于寧杞1號和野生枸杞（P＜0.05），是因為黑果枸杞在生長后期，其枝條以拓展空間為主，而萌發(fā)的新枝條較少，于是在生長后期表現(xiàn)出較高的逐步分枝率SBR2∶3。3種枸杞的總體分枝率OBR差異不顯著（P＞0.05），但黑果枸杞＞野生枸杞＞寧杞1號。說明黑果枸杞的當年生新枝數(shù)量較少，這與其較高的逐步分枝率SBR2∶3是相一致的，也說明黑果枸杞、寧杞1號對環(huán)境的適應性及其環(huán)境對植株的影響有所不同，同時也說明在不同生境下黑果枸杞、野生枸杞對空間資源合理利用的一種策略。

表3 3種枸杞的枝徑比、分枝率

4 結論與討論

1）3種枸杞的分枝格局呈規(guī)律性變化，主要表現(xiàn)為分枝長度、分枝角、枝徑比以及逐步分枝率變化明顯。分枝長和分枝角從1級到3級均呈現(xiàn)逐漸變短減弱的趨勢；寧杞1號和黑果枸杞的枝徑比呈增加的趨勢，而野生枸杞在減??；三者的逐步分枝率均呈增大趨勢。可見3種枸杞對生境的適應策略不同，不同枝級間光熱資源的分配和利用存在較大差異。

2）生境對三者的一級分枝長影響顯著；對野生枸杞與寧杞1號、黑果枸杞的枝徑比RBD2∶1和逐步分枝率SBR1∶2影響顯著；但對三者的一級分枝角、枝徑比RBD3∶2和總體分枝率OBR影響不顯著。

3）通過分枝特征分析，認為野生枸杞對其所處的惡劣的自然環(huán)境有更好的適應策略，具有較強的抗風蝕性。在相同人工培育條件下，黑果枸杞對環(huán)境的適應性較寧杞1號的好，在二者競爭激烈的生長環(huán)境中，黑果枸杞更占優(yōu)勢。

荒漠植物的枝系構型的影響因素包括各級分枝角度、各級分枝長度、枝徑比、逐步分枝率和總體分枝率、樹冠分維數(shù)、分枝分維數(shù)和計盒維數(shù)等17個指標[9]。研究者們已經(jīng)從植物體各個枝構件進行討論并分析它們之間的關系，孫書存[10]等認為木本植物地上部分存在2種尺度的整合，即各構件單元在枝條水平上的整合及各枝條構成的冠幅復合體。也有研究發(fā)現(xiàn)，植物存在分枝格局的變化，且枝條的重復性特征可導致分枝格局發(fā)生變化[11]。本文僅從分枝格局（分枝角、分枝長、枝徑比、分枝率）出發(fā)，對3種枸杞的構型進行了探討和研究，發(fā)現(xiàn)3種枸杞的構型由于自身遺傳性狀和生境條件的不同表現(xiàn)出了差異?？梢姡参飿嬓蜁S著資源環(huán)境的變化發(fā)生變異，它是植物與環(huán)境相互作用、相互適應的最終產物。這與Steingraeber D A[12]等的研究結果是一致的。然而，對于3種枸杞構型的研究只限于這些指標是遠遠不夠的，還要對其樹冠分維數(shù)、分枝分維數(shù)和計盒維數(shù)等指標以及根系構型進行深入的研究，進而對樹冠和根系的形狀特征進行大致的描述，以探明其防風固沙的功能，這將對揭示3種枸杞的生長機制以及進行沙區(qū)經(jīng)濟樹種的選種也具有重要的意義。

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Compare the Branching Architecture Characteristic among Three Species Lycium barbarum

SHI Xue-gang1, LIU Shi-zeng1,2
(1.College of Forestry of Gansu Agriculture University, Lanzhou 730070, China; 2.Gansu Desert Control Research Institute, Lanzhou 730070, China)

Using Lycium barbarum ‘Ningqi 1’, Lycium ruthenicum and wild Lycium barbarum as study subjects, the branching formation index of the three had been measured and analyzed with the theory and method of branching architecture. The result showed that: 1) The branch length and branch angle of the three species showed a gradual decrease from 1 class to 3 class, while the stepwise bifurcation ratio (SBR) showed an increasing tendency. 2) The effects of habitat on the ratio of branch diameter (RBD2∶1) and the stepwise bifurcation ratio (SBR1∶2) were significant between the wild Lycium barbarum and Lycium barbarum‘Ningqi 1’, Lycium ruthenicum, while the effects on the ratio of branch diameter (RBD3∶2) and the overall bifurcation ratio (OBR) of the threewere not significant. 3) Wild Lycium barbarum had better adaptation strategy to the harsh environment, while in the same growing environment; the Lycium ruthenicum was more dominant than the Lycium barbarum ‘Ningqi 1’.

Lycium barbarum ‘Ningqi 1’; Lycium ruthenicum; wild Lycium barbarum; branching architecture

Q949.777.704

A

10.3969/j.issn. 1006-0960.2016.03.004

1006-0960（2016）03-0014-04

2016-08-01

國家自然基金項目（41061030）；甘肅省工程技術研究中心建設計劃項目（1206FTGA006）。

石學剛（1989—），男，甘肅武威人，在讀碩士，主要從事水土保持與荒漠化防治研究。E-mail: 972963060@qq.com

劉世增，男，研究員，博士，主要從事荒漠化防治與沙區(qū)資源利用技術研究。E-mail: shzliu@126.com