干旱脅迫對榆樹幼苗生物量分配的影響

張偉

(遼寧省阜新市彰武縣林業(yè)局四合城林場，遼寧 阜新 123200)

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干旱脅迫對榆樹幼苗生物量分配的影響

張偉

(遼寧省阜新市彰武縣林業(yè)局四合城林場，遼寧 阜新 123200)

干旱是主要的環(huán)境脅迫因子之一，嚴(yán)重影響植物的分布與生長發(fā)育。通過選取遼寧阜新章古臺沙地1年生榆樹幼苗為材料，采用盆栽控水方法，設(shè)置田間持水量80%、60%、40%和20%等4個(gè)水分處理梯度，研究干旱脅迫對榆樹幼苗株高、基徑及葉片、莖和根系生物量分配的影響。結(jié)果表明：隨著干旱脅迫程度增加，幼苗莖和根系的生物量逐漸降低；但輕度干旱脅迫增加了株高和基徑的生長，提高了葉片生物量，以抵御干旱脅迫的影響。中度干旱脅迫下，增加了根系生物量分配的比例，從而更利于獲取水分資源適應(yīng)干旱環(huán)境；重度干旱脅迫下幼苗無法存活。在科爾沁沙地，栽植榆樹幼苗保證存活生長的最低田間持水量為40%。

干旱脅迫；抗旱性；榆樹；科爾沁沙地

榆樹(Ulmuspumila)樹干通直，樹體高大，綠蔭較濃，適應(yīng)性強(qiáng)，生長快，是城市綠化、庭院綠化、工廠綠化及營造防護(hù)林的重要樹種。在干瘠、嚴(yán)寒之地常呈灌木狀，常被用作綠籬樹種栽植。又因其老莖殘根萌芽力強(qiáng)，可自野外掘取制作盆景。在林業(yè)上也是營造防風(fēng)林、水土保持林和鹽堿地造林的主要樹種之一[1]。干旱脅迫影響植物的存活、生長及發(fā)育。一般認(rèn)為，干旱促進(jìn)根生物量積累，根莖比增大，促進(jìn)側(cè)根表面積增加，側(cè)根長增加。但有的研究認(rèn)為，水分脅迫使根質(zhì)量下降，根的伸長與分生能力減弱，根條數(shù)減少，根長縮短[2]。然而，不同學(xué)者、不同植物的研究結(jié)論之間差異較大[3]。本研究以北方主要綠化樹種榆樹幼苗為對象，探討其在不同水分梯度下生物量分配規(guī)律，為榆樹苗木栽培及抗旱性研究提供理論基礎(chǔ)。

1　研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省阜新市彰武縣林業(yè)局四合城林場。該區(qū)位于科爾沁沙地東南部，海拔高度345.1 m，年平均氣溫6.82 ℃，極端最低氣溫-33.4 ℃，極端最高氣溫43.2 ℃；年均降水量450 mm，年均蒸發(fā)量為1 590 mm，降水主要集中在6—8月。土壤以風(fēng)沙土為主，植被屬內(nèi)蒙古植物區(qū)系，以抗旱性較強(qiáng)的沙生植物為主。

1.2供試材料

試驗(yàn)材料來源于遼寧省阜新市彰武縣章古臺鎮(zhèn)，選取株高、基徑一致的1年生榆樹幼苗20株。移栽于直徑20 cm、高30 cm的塑料盆中，盆中試驗(yàn)用土為章古臺沙土。在自然狀態(tài)下生長2個(gè)月后，進(jìn)行水分脅迫處理。設(shè)置適宜(田間持水量的80%)、輕度(田間持水量的60%)、中度(田間持水量的40%)和重度(田間持水量的20%)干旱脅迫。水分脅迫處理過程中，為了降低水分通過土壤表面蒸發(fā)，在盆土表面覆蓋保鮮膜。在處理過程中，定期移動植物的位置，使每個(gè)植物呈隨機(jī)排列，并在植物之間保持有一定的距離，使冠層不互相接觸?？厮囼?yàn)開始后，為防止漏水漏土，盆底用透明膠帶密封。

1.3研究方法

用游標(biāo)卡尺和卷尺測定地徑和苗高，計(jì)算其生長量。干旱脅迫結(jié)束后，將榆樹幼苗從土中取出，用蒸餾水快速沖洗根部，并及時(shí)用吸水紙吸干表面水分，區(qū)分根、莖、葉并迅速進(jìn)行烘干稱質(zhì)量。

2　結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫對榆樹幼苗成活的影響

干旱脅迫試驗(yàn)15 d后，不同水分梯度的榆樹幼苗在生長上表現(xiàn)出顯著的差異，在整個(gè)干旱脅迫試驗(yàn)過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加及脅迫時(shí)間延長，各脅迫處理的榆樹幼苗生長均受到了不同程度的抑制(表1)。在80%和60%田間持水量下，榆樹幼苗能保持較旺盛生命力，生長情況良好；在40%田間持水量下，榆樹幼苗幾天后開始出現(xiàn)枯黃落葉現(xiàn)象，但部分葉片仍保持正常生理活動；在20%田間持水量下，榆樹幼苗出現(xiàn)枯萎死亡。所以，在章古臺沙地栽植榆樹幼苗，必須保證土壤含水量達(dá)到田間持水量的40%以上，才能有效提高榆樹幼苗成活率。

表1　干旱脅迫下榆樹成活狀況

2.2干旱脅迫對榆樹幼苗苗高和地徑生長的影響

由圖1和圖2可知，在整個(gè)脅迫試驗(yàn)中，幼苗苗高和地徑的變化規(guī)律基本一致。在適宜水分和輕度脅迫下，榆樹幼苗保持正常的生長狀況；中度脅迫下，榆樹幼苗生理活動減弱，幼苗的苗高與地徑生長緩慢。在整個(gè)試驗(yàn)期間，與干旱脅迫前相比，80%、60%和40%田間持水量下苗高分別增長了1.6、2.0、1.0 cm，地徑分別增長了0.22、0.46和0.02 mm。由此可見，適宜水分和輕度脅迫條件對榆樹幼苗苗高和地徑生長的影響相對較小，中度脅迫條件下對榆樹幼苗苗高和地徑的抑制作用明顯，重度脅迫下導(dǎo)致榆樹幼苗停止生長甚至死亡。

圖1干旱脅迫對榆樹幼苗苗高的影響

2.3干旱脅迫對榆樹幼苗葉片生物量的影響

由圖3可知，在干旱脅迫期間，榆樹幼苗葉片積累生物量在80%田間持水量下為2.57 g，60%田間持水量下為3.0 g，40%田間持水量下為0.65 g。80%和60%田間持水量下葉片積累生物量是40%田間持水量下的4～5倍，說明榆樹幼苗在適宜水分條件下生長良好，葉片積累了正常的生物量，以維持植株的生長；在輕度脅迫下，增加了葉片生物量積累，獲取了更多的光能，從而增加了碳吸收用于抵御干旱脅迫；在中度脅迫下，幼苗出現(xiàn)落葉現(xiàn)象，葉片生長受到抑制，生物量積累下降。

2.4干旱脅迫對榆樹幼苗莖生物量的影響

由圖4可知，榆樹幼苗莖部生長量在80%田間持水量下為5.17 g，60%田間持水量下為3.46 g，40%田間持水量下為 3.92 g。說明榆樹幼苗隨著土壤含水量的下降，莖生物量表現(xiàn)為下降趨勢。適宜水分條件下生長良好，維持正常生長；在輕度和中度脅迫下，幼苗出現(xiàn)生長緩慢現(xiàn)象，生物量積累下降。

2.5干旱脅迫對榆樹幼苗根系生物量的影響

由圖5可知，榆樹幼苗根系生長量在80%田間持水量下為4.64 g，60%田間持水量下為4.26 g，40%田間持水量下為3.40 g。說明榆樹幼苗隨著土壤含水量下降，根系生物量表現(xiàn)為下降趨勢。適宜水分條件下生長良好，維持正常生長；在輕度和中度脅迫下，幼苗出現(xiàn)生長緩慢現(xiàn)象，生物量積累下降。

2.6干旱脅迫對榆樹幼苗不同器官生物量分配的影響

由圖6可知，榆樹幼苗在80%田間持水量下各部分生物量分配比例為：葉片14.71%、莖部58.73%、根系26.56%；在60%田間持水量下各部分生物量的分配比例為：葉片17.24%、莖部58.28%、根系24.48%；在40%田間持水量下各部分生物量的分配比例為：葉片7.04%、莖部56.12%、根系36.84%。在適宜和輕度脅迫條件下，榆樹幼苗地上部分的生物量比例較大，榆樹生長較為良好；在中度脅迫下，榆樹為保存水分，減少蒸騰，使得地上部分的生物量有所降低；同時(shí)根系生物量比例顯著提高，說明榆樹幼苗為了汲取更多土壤水分，增加了對根系的投入；對干旱環(huán)境有自我適應(yīng)調(diào)節(jié)的能力，這是榆樹適應(yīng)干旱環(huán)境的重要策略。

3　結(jié)論與討論

在科爾沁沙地，榆樹幼苗隨著干旱脅迫程度增加，莖和根系的生物量逐漸降低。幼苗在輕度干旱脅迫下增加了株高和基徑的生長，提高了葉片生物量，以抵御干旱脅迫的影響。中度干旱脅迫下，幼苗的株高、基徑和葉片生物量顯著下降，說明對幼苗生長產(chǎn)生一定的影響；幼苗增加了根系生物量分配的比例，有利于獲取水分資源，這是適應(yīng)干旱環(huán)境的表現(xiàn)。重度干旱脅迫下幼苗出現(xiàn)死亡，所以，栽植榆樹幼苗保證存活生長的最低田間持水量為40%。

[1] 徐士印.水分脅迫對白榆樹種生化特性影響[J].防護(hù)林科技,2015(4):13-15

[2] 單長卷,梁宗鎖.土壤干旱對冬小麥幼苗根系生長及生理特性的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,15(5):38-41

[3] 王凱,雷虹,劉建華.春季遼寧西北部主要綠化樹種根葉抗旱生理性狀評價(jià)[J],應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2016,27(6): 1853-1860

Effects of Drought Stress on Biomass Allocation ofUlmuspumilaSeedlings

Zhang Wei

(Sihecheng Forest Farm,Bureau of Forestry in Zhangwu County,Fuxin City,Liaoning Province,Fuxin 123200,China)

Drought is the main environmental stress factor that affects plant growth,development and distribution. Taking one-year-oldU.pumilaseedlings in Zhanggutai sand land in Fuxin City of Liaoning Province as research objects,adopting water-controlled in pot,four water gradient of field capacity (80%,60%,40% and 20%) were set;the effects of drought stress on tree height,basal diameter and biomass allocation of leaf,stem and root ofUlmuspumilaseedlings were studied. Result shows that the biomass of stem and root declined with the increase of degree of drought stress. Mild drought stress increase the growth of tree height and basal diameter,increase leaf biomass under to prevent drought stress. The distribution proportion of root biomass increased under moderate drought stress to adapt drought environment. The seedlings were dead under severe drought stress. Therefore,the lowest field capacity for survival and growth ofU.pumilaseedlings should be 40% in Horqin sand land.

drought stress;drought resistance;Ulmuspumila;Horqin sand land

1005-5215(2016)09-0027-03

2016-07-06

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31400613)

張偉(1981-)，女，遼寧阜新人，大學(xué)，工程師，從事防護(hù)林與生態(tài)恢復(fù)研究.

S792.19

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.09.008