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应用PV技术研究包头市12种园林树种的耐旱性

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  摘要 应用PV技术研究了金叶裂叶接骨木等12种园林绿化树种的耐旱性,结果表明:根据被试树种的初始失膨点总体渗透势(πp)值大小可将12种树种耐旱性由强到弱排序为:紫叶稠李>金叶复叶槭>金边复叶槭>紫叶矮樱>西府海堂>金叶山梅花>金叶风箱果>金叶裂叶接骨木>水腊>花叶复叶槭>紫叶锦带>花叶锦带。隶属函数分析只起辅助分析作用。
中国论文网 /8/view-12021564.htm
  关键词 PV技术;耐旱性;园林树种
  中图分类号 S601 文献标识码A文章编号1007-5739(2008)16-0007-02
  
  水分是树木生长的重要生态因子之一,影响树木的生长发育及地理分布范围。在温度允许植物生长的地球表面, 树木的生存主要是受水分供应的控制(世界上有1/3地区、我国有52%的国土面积属于干旱、半干旱地区)[1],土壤水分条件严重制约造林绿化工作。研究树种抗旱能力是实现干旱、半干旱地区造林绿化的重要前提。当植物水势下降时,组织细胞膨压的保持对细胞的伸长、植物的生长以及许多有关的生物化学、生理和形态过程都是至关重要的,这是植物处于低水势状态时抗干旱的一种重要机理。在干旱胁迫下,树木膨压的保持一般通过2个方面来实现:一是渗透调节;二是高的组织弹性。通过PV技术可以获得多项水分参数,这些参数具有各自的生理、生态意义,但又是相互联系的,对这些参数进行综合分析,可较好地反映树木保持膨压和渗透调节的能力。研究证明,运用PV技术所获得的水分生理指标对树木抗旱性评价是一个可行的方法,水饱和状态总体渗透势、初始失膨点总体渗透势、初始失膨点总体相对含水量和相对渗透水含量、膨压与水势总体最大变化率以及总体水分活化能等指标都可以反映树木耐旱性的特征,特别是初始失膨胀点总体渗透势具有种的稳定性高、种间可比性强等特点,在树木耐旱性评价中已被广泛应用[2]。
  包头市区位于半干旱地区,近年来园林绿化事业发展迅速,为了改善绿化树种单一,群落结构简单的现状,引进了较多的树种,但是在引进的树种中,中生树种占大多数,而适应于干旱的旱生、旱中生树种较少[3]。选择耐旱性强的树种成为干旱缺水的包头市城市绿化亟待解决的一个问题。为此本文应用PV技术对包头市园林科研所引种的金叶裂叶接骨木等12种园林树种的耐旱性进行研究。
  
  1材料与方法
  
  1.1试验地概况
  包头市地处中纬度地带,包头的地理坐标是东经109°50′~111°25′北纬41°20′~42°40′,面积为27 691km2。其主要特点是:冬长而寒,夏短而燥,少雨雪,多大风,降水量少而集中,且年际变化大。年蒸发量大于降水量,积温有效性高,光能较丰富。包头市区平均气温6.5℃。气温变化较大,日较差为28.9℃,全年10℃以上有效积温为2 965℃,平均降水量在240~400mm之间,属于半干旱中温带大陆性季风气候类型。
  1.2试验材料
  包头市园林科研所引种的12种园林树种(表1)。
  1.3研究方法
  每种试验树选定3株测定树,从树冠中部向阳方向的健康枝条上截取一年生小枝枝端10~15cm作为测试材料。将小枝切口周围0.5cm长的皮层剥掉,之后把小枝切口插入盛有清水的烧杯,置于阴暗高湿环境下进行吸水处理,小枝达到吸水饱和状态时取出,称取其饱和重,然后立即装入压力室,在室温条件下(20~25℃),使用Richards自然干燥法绘制压力―容积曲线(PV曲线)。借助PV曲线可以计算出每个供试小枝的有关水分参数。
  
  2结果与分析
  
  2.1π0和πp
  π0和πp是反映植物渗透调节能力的重要指标,π0是植物充分吸水后植物细胞的总体渗透压,π0的大小说明了树木保持最大膨压的能力的大小;πp则是在植物细胞失去膨压(膨压为零)时,即发生质壁分离时的渗透压。膨压的变化直接影响到植物体的生理生化过程,影响到生长发育乃至整个生命活力进[4],植物组织的渗透势变化都在π0和πp之间。在这个范围内植物的各种生命活动都能够正常进行,在受到逆境胁迫时渗透势的值高于π0或低于πp,其正常的生理活动就要受到限制,只有当渗透势在π0和πp变化范围内,树木才具有渗透调节能力,超出这一变化范围,树木的渗透调节功能便消失[5]。所以用π0和πp的差值可以表示某一植物一定时期的渗透调节能力的大小。π0和πp差值越大,该植物的渗透调节能力就越强。对π0和πp差值做方差分析(表2)可知:12种树种之间差异显著(P<0.05),其中调节能力最强的为金叶复叶槭,最小的为紫叶锦带。对π0和πp做方差分析可知π0和πp值树种之间有明显的差异(p<0.1)。根据多重均值检验(P<0.05)树种间有明显差异,组内差异不显著。其中以πp和π0所指示的抗旱能力上排序相同最强的为紫叶稠李、最小的为花叶锦带。
  2.2rowcπp和rwcπp
  组织细胞初始质壁分离时的相对渗透水含量(rowcπp)是判断植物耐旱性的重要指标,一般认为rowcπp值越低表明组织细胞在很低的渗透水含量下才发生质壁分离,因此可以在一定程度上反映植物组织细胞忍耐脱水能力。初始失膨点总体相对含水量(rwcπp)也是判断植物耐旱性的重要指标,rwcπp值越低,表明其植物组织保持膨压的能力越强,其抗旱性亦强,反之则愈弱。对12树种的初始失膨点总体相对含水量(rwcπp)和相对渗透水含量(rowcπp)做多重比(p<0.05)(表2),结果表明:树种间有明显差异,组内差异不显著。其中以rowcπp所指示的耐脱水能力最强的为金叶风箱果,最弱为水蜡;以rwcπp所指示的抗旱性最强为金叶山梅花,最弱的为水蜡。
  根据我们的研究,评价植物的抗旱性应以初始失膨点渗透势(πp)为主,对应的含水量指标测定误差较大,在评价中只起辅助分析作用[3]。
  2.3膨压与水势的最大变化率
  膨压与水势的最大变化率是反应树木渗透调节能力的一个指标,根据PV技术原理,当温度和细胞渗透物质含量不变时,在失膨状态下水势与组织内水分含量呈直线性相关。可用方程ψp=a+bψw表示,即随着叶水势下降膨压降低,各直线方程相关系数均在0.98以上(表3),这与其他研究结果是一致的[6]。在叶水势下降时,组织细胞维持一定的膨压对维持其生存、生长及正常生理功能具有非常重要的作用。在直线方程中ψw为水势,ψp为膨压,a值表示苗木充分膨胀时叶片细胞所能达到的最大膨压;b值表示随叶水势下降,膨压下降的速度,能反映植物保持膨压能力的大小。由于在一定的水势范围内,叶水势与其膨压呈直线性关系,且在该区域膨压和水势关系曲线的变化率最大,所以使用直线方程参数b可近似反映膨压和水势关系曲线的最大变化率。由表3可知,12种树种种间的差异显著(p<0.1),组内差异不显著。对b值的排序看,金叶山梅花的b值最小(0.705 60),紫叶矮樱的b值最大(0.834 55)。
  2.4树种耐旱性综合评价
  根据以上对各水分参数分析可以看出,当受到干旱胁迫时,各树种都有提高一定幅度的渗透调节和维持膨压能力,从而使树木在一定叶水势下降范围内维持膨压基本稳定,但树种间存在较大差异。需要说明的是,由于植物的渗透调节能力都有一定限度,上述各水分参数的变化趋势,仅是在试验范围内的结论,当水分胁迫超过一定限度时其变化趋势可能发生改变。然而树木的耐旱性又受到多个水分参数的影响并且用不同的水分参数对其进行评价得出的结论不同[7]。为了作出准确的评价,需要从多角度,采用多个指标,综合评价[8]。为了对树种耐旱性进行准确比较,选用π0、πp、rowcπp、rwcπp及膨压与叶水势直线方程中的b 值作为参评指标。评定方法采用模糊数学反隶属函数进行定量转换[5],计算公式为:Uijk = 1-(Xijk-Xkmin)/(Xkmax-Xkmin),式中,Uijk为第i树种第j个水分胁迫强度对于第k项指标的隶属函数值;Xijk为第i个树种第j个水分胁迫强度第k个指标测定值;Xkmin、Xkmax为12种树种第k项指标的最小值和最大值。Uijk值越大,耐旱性越强。表4为12种树种5个水分参数隶属度平均值,12种树种耐旱性最弱为西府海棠、最强为金叶风箱果。
  
  3结论
  
  根据Turner和Kramer对植物耐旱机理的讨论[9],对于大多数植物而言,植物的抗旱性即是其耐旱性,把耐旱性分为延迟脱水(高水势耐旱)和忍耐脱水(低水势耐旱)2种类型,并指出自然界中2种类型之间没有明确的界限,对某一种植物的各种能力,如减少水分散失的能力、吸收水分的能力以及忍耐脱水能力等是并存的,在适应干旱变化中仅仅是强弱之分。根据目前对PV技术所获耐旱性水分生理指标
  运用的研究结果和本研究结果分析,初始失膨点总体渗透势在树木耐旱性评价中占有最重要的地位。πp具有树种的稳定性高、种间可比性强的特点,在树木耐旱性评价中得到广泛应用。表2中研究结果指出,把初始失膨点总体渗透势作为树木耐旱性强的特征,对研究树木耐旱性由强到弱进行排序分别为:紫叶稠李>金叶复叶槭>金边复叶槭>紫叶矮樱>西府海堂>金叶山梅花>金叶风箱果>金叶裂叶接骨木>水腊>花叶复叶槭>紫叶锦带>花叶锦带。
  隶属函数分析提供了一条在多指标测定基础上对树种抗旱性进行综合评价的途径,避免了单一指标的片面性。不同树种质资源其耐旱机制可能不同,因此,利用多指标对种质资源的抗旱性进行综合评价,能更好的揭示树种对水分胁迫的适应机制,提高抗旱鉴定的准确性。本试验选择了5个主要指标进行隶属函数分析,使试验结果更加可靠。通过对5个水分参数隶属度平均值由大到小的排序,可知对被评树种耐旱性由强到弱排序如下:金叶风箱果>金叶山梅花>花叶锦带>金叶复叶槭>金叶裂叶接骨木>金边复叶槭>花叶复叶槭>紫叶锦带>紫叶稠李>水腊>紫叶矮樱>西府海棠。由上可以看出,2种方法的排序结果有差别,在评价中隶属函数分析只起辅助分析的作用。
  
  4参考文献
  
  [1] 全国干旱、半干旱地区生物学、地学青年学术讨论会.对干旱、半干旱地区自然资源和生态环境合理利用与保护的建议[J].干旱区研究,1998 (1):59-62.
  [2] 田有亮,郭连生.应用PV技术对7种针阔叶幼树抗旱性的研究[J].应用生态学报,1990,1(2):114-119.
  [3] 韩轶,李吉跃,高润宏,等.包头市城市绿地现状评价[J].北京林业大学学报,2005,27(1):64-69.
  [4] CANNELL M G R,LAST F T,树木生理与遗传改良[M]. 熊文愈,译.北京:中国林业出版社,1976.
  [5] 杨敏生,裴保华,于冬梅.水分胁迫对毛白杨杂种无性系苗木维持膨压和渗透调节能力的影响[J].生态学报,1997,17(4):364-370.
  [6] 李吉跃,张建国,姜金璞.京西山区人工林水分参数的研究(Ⅱ)[J].北京林业大学学报,1994,16(2):1-9.
  [7] 良厚,贾志英,付祥健.土壤水分胁迫下苗木水分参数变化的研究[J].河南农业大学学报,1999,33(1):92-99.
  [8] 刘友良.植物水分逆境生理[M].北京:农业出版社,1992.
  [9] TURNER N C.Adaptation to water deficits:A changing perspect ive[J].Australian J. Plantphysiology,1983(13):175-190.

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