不同干旱脅迫對榆樹幼苗根葉形態的影響

白國華

(國有彰武縣四合城林場，遼寧 阜新 123200)

?

不同干旱脅迫對榆樹幼苗根葉形態的影響

白國華

(國有彰武縣四合城林場，遼寧 阜新 123200)

以科爾沁沙地1年生榆樹幼苗為材料，采用盆栽控水方法，設置適宜條件、輕度、中度和重度干旱脅迫等4個水分處理梯度，研究干旱脅迫對榆樹幼苗含水量、水分利用效率以及葉片面積、比葉面積和比根長的影響。結果表明：隨著干旱脅迫程度增加，幼苗葉片含水量逐漸降低，莖含水量先升高后降低，根系含水量在輕度和中度脅迫下大于適宜條件；葉片面積在適宜條件和輕度脅迫下顯著增加，在中度脅迫下下降；比根長和水分利用效率隨著干旱脅迫程度增加而增加；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土壤含水量為7.15%。

干旱脅迫；榆樹；科爾沁沙地

榆樹具有適應性強、生長快、耐瘠薄干旱等優良特性，是我國北方地區營造防風固沙林、水土保持林和荒山綠化的主要樹種之一[1]。水分是半干旱區植物存活生長的主要限制因子，干旱脅迫影響植物的分布及生長發育[2]。不同植物在干旱環境下采用不同的生長策略[3]。本研究以科爾沁沙地主要造林綠化樹種榆樹幼苗為對象，探討其在不同水分梯度下葉片和細根形態的適應策略，為榆樹苗木栽培及抗旱性研究提供理論基礎。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

研究區位于遼寧省阜新市彰武縣林業局四合城林場。該區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，年均蒸發量為1 590 mm，降水主要集中在6—8月。土壤以風沙土為主，植被屬內蒙古植被區系，以抗旱性較強的沙生植物為主。

1.2 供試材料

試驗材料來源于遼寧省阜新市彰武縣章古臺鎮，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，盆中試驗用土為風沙土。在自然狀態下生長2個月后，進行水分脅迫處理。設置適宜4個水分梯度，即80%、60%、40%和20%田間持水量，土壤含水量分別為14.30%、10.72%、7.15%和3.57%。采用稱重法監測各處理土壤含水量，使之保持相應的土壤濕度。每天18:00對盆稱重，并按設計要求澆水，補充當天失去的水分，使各處理保持設定的含水量。每天所有盆均放置于室外環境，下雨時將植物搬回室內，防止天然降雨影響。

1.3 研究方法

干旱脅迫30 d后，將榆樹幼苗取出，用蒸餾水快速沖洗根部，并及時用吸水紙吸干表面水分，分別收集根、莖、葉并迅速進行烘干稱重。用數碼相機照相后，將圖像導入電腦中，用Photoshop 7.0軟件處理后，計算出葉面積。之后放入烘箱中烘至恒量，計算比葉面積。測量根系長度，計算比根長。用電子秤每天定時稱重，水分利用效率為生物量增量與總耗水量之比，試驗結束時苗木的總干重減去栽前干重。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對榆樹幼苗組織器官含水量的影響

干旱脅迫30 d后，榆樹幼苗在80%和60%田間持水量下生長情況良好，在40%田間持水量下出現枯黃落葉現象，但維持生命活動；在20%田間持水量下，榆樹幼苗死亡。

圖1 干旱脅迫對榆樹幼苗組織含水量的影響

由圖1可知，榆樹幼苗在80%、60%和40%田間持水量下葉片含水量分別為65.73%、63.55%和60.45%，呈逐漸降低的趨勢，這說明榆樹幼苗為適應干旱環境降低了葉片含水量，從而減少蒸騰損失。榆樹幼苗在80%、60%和40%田間持水量下莖部含水量分別為49.61%、56.02%和24.32%，呈先增加后顯著降低的趨勢，這說明輕度干旱脅迫下葉片將水分轉移到莖和根系，中度干旱下植株水分運輸減少，將更多的水分轉移到根系以增加其生理代謝活動，維持生命。榆樹幼苗在80%、60%和40%田間持水量下根系含水量分別為58.05%、68.72%和62.76%，輕度和中度脅迫比適宜條件增加了根系含水量，這可能由于干旱環境促使根系主動尋找新的水源，增加了根系的生長和代謝活動。

2.2 干旱脅迫對榆樹幼苗葉面積的影響

由圖2可知，在80%田間持水量下，榆樹幼苗脅迫后比脅迫前葉面積增加了349.17 cm2；在60%田間持水量下，脅迫后比脅迫前葉面積增加了233.52 cm2；在40%田間持水量下，脅迫后比脅迫前葉面積減少了169.96 cm2。這說明在適宜條件和輕度脅迫下，榆樹幼苗的葉面積有顯著增加，從而可以進行正常的生理活動，為積累更多生物量，增加葉面積，提高光合效率，使榆樹幼苗能夠正常生長。然而，輕度干旱脅迫在一定程度上減少了葉片面積的增加。在中度干旱脅迫下，榆樹幼苗葉面積顯著降低，這說明榆樹幼苗為保證其植株通過減少葉片數量和降低葉面積的方式適應干旱環境，這樣更能夠降低植株蒸騰速率，以維持基本的生理代謝活動。

圖2 干旱脅迫對榆樹幼苗葉面積的影響

2.3 干旱脅迫對榆樹幼苗比葉面積的影響

比葉面積能夠反映植物在不同生境下資源獲取能力以及對生境的適應特征[4]。由圖3可知，在適宜水分條件和輕度干旱脅迫下，榆樹幼苗比葉面積沒有顯著性變化，說明榆樹的生長沒有受到抑制，榆樹幼苗沒有表現出對逆境的適應性調整，說明榆樹能夠在這種環境下良好的生長。在中度脅迫下，榆樹的比葉面積有所增加，榆樹能夠改變形態來調節光照條件的變化，來適應干旱環境，做出對干旱的適應性調整，這說明榆樹在干旱條件生長受到抑制。

圖3 干旱脅迫對榆樹幼苗比葉面積的影響

2.4 干旱脅迫對榆樹幼苗比根長的影響

圖4 干旱脅迫對榆樹幼苗比根長的影響

比根長指細根根長與生物量的比值，其值越大，說明在單位質量上根系的長度越長，越有利于其吸收水分和養分資源。從圖4可以看出，隨著干旱脅迫程度加劇，榆樹幼苗比根長有顯著增加，在40%和60%田間持水量下榆樹的比根長顯著大于80%田間持水量，這說明細根比根長隨干旱脅迫程度增加而增加，以擴展空間，吸收更多水分，這是榆樹幼苗適應干旱環境的策略。

2.5 干旱脅迫對榆樹幼苗水分利用效率的影響

圖5 干旱脅迫對榆樹幼苗水分利用效率的影響

從圖5可以看出，在干旱脅迫試驗期間，榆樹幼苗在80%、60%和40%田間持水量下總耗水量分別為1 247 g、1 978 g和337 g，呈先增加后減少的趨勢；從生物量生產角度上看，榆樹在適宜水分下苗木的生物量最大，而土壤干旱脅迫使各樹干物質累積逐漸減少。用控水期總生物量與總耗水量計算總水分利用效率，榆樹幼苗的水分利用效率隨著干旱脅迫程度的加劇而逐漸升高，這是榆樹適應干旱環境的自我調節，同時也是適應干旱環境的一種策略。

3 結論與討論

在科爾沁沙地，榆樹幼苗隨著干旱脅迫程度的增加，葉片含水量逐漸下降，莖含水量在輕度干旱脅迫下增加，中度干旱脅迫下又降低，而根系含水量在輕度和中度干旱脅迫下升高；這說明干旱脅迫下葉片將水分轉移到莖和根系，有利于維持植株的生理代謝活動，促進根系生長，吸收水分。榆樹幼葉片面積在中度干旱脅迫下下降，以利于其減少水分蒸發適應干旱環境。隨著干旱脅迫程度增加，榆樹幼苗比根長和水分利用率均增加；表明其通過增加單位質量根系長度以尋找更多水源，并減少蒸騰耗水，提高水分利用率，維持生長。榆樹幼苗在重度干旱脅迫下無法存活，其存活生長的最低土壤含水量為7.15%。

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

[2] 張國盛.干旱、半干旱地區喬灌木樹種耐旱性及林地水分動態研究進展[J].中國沙漠,2000,20(4):363-368

[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[J],應用生態學報,2016,27(6):1853-1860

[4] 劉建華.干旱脅迫對楊樹幼苗生長的影響[J].防護林科技,2016(6):5-7

Effects of Different Drought Stress on Morphology of Root and Leaf ofUlmuspumilaSeedlings

Bai Guohua

(State-Owned Sihecheng Forest Farm,Zhangwu County,Fuxin 123200,China)

Taking 1-year-oldUlmuspumilaseedlings in Horqin Sandyland as materials,adopting methods of water control in potted plants,treatment of four water gradient process (the appropriate conditions,mild,moderate and moderate drought stress)were set up.The effects of drought stress on the moistures content,water use efficiency,specific leaf area,specific root length were studied. Result shows that the moisture content of the leaves of the seedlings decrease with the increase of the drought stress; the moisture content of the stem increase firstly and then decrease; the moistures content of the root under mild and medium stress are more than that under appropriate condition; leaf area increase significantly in a suitable condition and mild stress and decline under moderate stress; root length ratio and water use efficiency increase with the increase of the degree of drought stress; the seedlings can not survive under severe drought stress. So,in Horqin sandy land,the lowest soil moisture content of assuring the survival and the growth ofUlmuspumilaseedlings is 7.15%.

drought stress;Ulmuspumila; Horqin sandyland

1005-5215(2016)10-0041-02

2016-07-28

國家自然科學基金項目(31400613)

白國華(1975-)，男，遼寧阜新人，大學，工程師，從事防護林與生態恢復研究.

S432.21;Q945.78

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.10.016