陕北黄土丘陵沟壑区苹果叶片的吸水能力

白岗栓，沙 磊，李晶晶，张 蕊，杜社妮

（1.西北农林科技大学 水土保持研究所，陕西 杨凌712100；2.中国石油长庆油田分公司 第五采气厂，内蒙古 乌审旗017312；3.中国科学院 水利部 水土保持研究所，陕西 杨凌712100；4.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌712100）

陕北黄土丘陵沟壑区是黄土高原水土流失最严重的区域［1］，随着退耕还林的持续进行，已成为陕西省第二大优质苹果（Malus pumila）生产基地［2］。黄土丘陵沟壑区苹果栽培以乔化为主，树冠高大，可截留降水，减少地表径流，对果园水土保持有着积极的意义。叶片吸水能力往往影响树冠的截留量［3－4］，是植物耐旱性的一个重要指标［5］，但叶片吸附水分较多，易引起病害发生。不同树种及相同树种不同个体叶片的持水性主要与其生理特征密切相关［6－7］。热带雨林附生与非附生植物叶片对雾水均具有一定的吸收作用［8－9］。刺槐（Robinia pseudoacacia）、臭椿（Ailanthus altissima）、杨树（Populus）叶片的吸水量、吸水速率与浸水时间密切相关［10］，但有关苹果叶片吸水能力未见报道。测定苹果叶片的吸水量及吸水速率，可为树冠截流及叶片抗病提供分析依据。

1 采样园自然概况与研究方法

1.1 采样园自然概况

采样园位于陕北黄土丘陵沟壑区安塞县县南沟流域皮塌自然村，海拔1 270～1 290m，坡向南偏东12°，坡度15°。该地年均气温8.9℃，≥10℃活动积温3 171.2℃，降水量540mm左右，蒸发量1 000mm左右，为暖温带半干旱气候区。该园土壤为黄绵土，厚度90～110m。耕层土壤田间持水量为197.3g／kg，土壤体积质量为1.17g／cm3。整地方式为大鱼鳞坑，无灌溉条件。

1.2 材料与方法

采样园主栽品种为富士，授粉品种为秦冠，砧木为新疆野苹果（Malus sieversii），面积2.1hm2，1986年定植，为盛果期，株行距为4.0m×5.0m，东西行向，品字形栽植。试验树高410～420cm，树干直径18～20cm，冠幅410～440cm，冠层高度320～340cm，开心形。试验树树势较强，外围延长枝长20～30cm，直径0.45～0.55cm，前3a平均单株产量为150kg左右。

采样于2012年7月24日15：0—16：0时进行，天气晴朗，采样前7d无降水过程。根据生物量、枝条的显著差异程度以及取样的可行性程度［11］，富士、秦冠各随机选取6株，在树冠外围中部的延长枝上选取3～5节位的完整无损、大小均匀的叶片，保证叶片鲜重在900g左右，装入密封袋内，并立即用1／1 000的电子天平称其总鲜重。

用1／1 000电子天平将每一品种的叶片分为3等分，按叶片正面、背面和双面进行测试。叶片正面、

背面吸水是将3层干燥的吸水纸平铺于长方形托盘中，将叶片按正面、背面朝上平铺于干燥吸水纸上，将湿透（用蒸馏水浸湿）、干净的棉纱布（手轻握出水，提起不滴水）折叠6层后平铺于叶片上，保证叶片充分吸水；叶片双面吸水，测试时首先将湿透、干净的棉纱布折叠6层后平铺于长方形托盘中，然后将1／2叶片正面朝上、1／2叶片背面朝上平铺于湿棉纱布上，最后将另一块湿透、干净的棉纱布折叠6层后平铺于叶片上。叶片吸水0～2h采用20min的时间间隔，2h后采用30min的时间间隔进行称重。称重前用干燥的吸水纸将叶片表面水分吸附干净，并用电热风将叶片正面、背面各吹30s，称重后再重新吸水，直到叶片质量不再增加。叶片吸水量、吸水速率的计算公式如下：

叶片吸水量（g／g）＝〔吸水叶片鲜重（g）－供试叶片鲜重（g）〕／供试叶片鲜重（g）

叶片最大吸水量（g／g）＝〔吸水叶片最大鲜重（g）－供试叶片鲜重（g）〕／供试叶片鲜重（g）

叶片吸水速率〔g／（g·60min）〕＝叶片吸水量（g／g）／吸水时间（min）

叶片最大吸水速率〔g／（g·60min）〕＝叶片最大吸水量（g／g）／吸水时间（min）

1.3 数据处理

采用Excel 2010软件对数据进行相关性分析和回归方程的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 叶片吸水量

富士叶片正面、背面及双面的最大吸水量分别为0.498，0.619和0.657g／g，均在0～80min内吸水量较大，分别达到最大吸水量的81.65%，75.06%和82.87%，之后随着时间的延长缓慢上升。富士叶片正面、背面的最大吸水量分别为双面的75.79%和94.20%，正面极显著（p＜0.01）低于背面，背面显著（p＜0.05）低于双面（图1）。

秦冠叶片正面、背面及双面的最大吸水量分别为0.295，0.428，0.494g／g，秦冠叶片背面、双面在0～60min内吸水量分别达到最大吸水量的94.74%，91.89%，而正面叶片在0～230min内变化幅度较小，在0～60min内，仅达到最大吸水量的28.47%。秦冠叶片正面、背面的最大吸水量分别为双面的59.68%和86.59%，正面极显著低于背面，背面极显著低于双面（图1）。

图1 两个苹果品种叶片的吸水量

富士叶片正面、背面及双面的最大吸水量分别为秦冠叶片的168.88%，144.68%和132.99%，均极显著高于秦冠。富士、秦冠叶片正面、背面、双面吸水量与吸水时间的决定系数R2均大于0.90，达到极显著相关。

（1）富士叶片吸水量与吸水时间的关系。

正面：y＝0.000 5x3－0.016 8x2＋0.189 4x－0.195 3 （R2＝0.988 6）

背面：y＝0.000 3x3－0.011 6x2＋0.151 1x－0.048 5 （R2＝0.997 6）

双面：y＝0.000 8x3－0.021 0x2＋0.202 9x－0.038 1 （R2＝0.994 5）

（2）秦冠叶片吸水量与吸水时间的关系。

正面：y＝－0.000 08x3＋0.002 1x2＋0.013 2x－0.007 9 （R2＝0.979 3）

背面：y＝0.001 4x3－0.034 6x2＋0.272 4x－0.247 9 （R2＝0.943 2）

双面：y＝0.000 9x3－0.023 0x2＋0.186 8x－0.003 3 （R2＝0.961 4）

2.2 叶片吸水速率

富士苹果叶片正面、背面、双面的吸水速率均在吸水0～20min内最高，分别为0.045，0.078，0.092 g／（g·60min）。富士苹果叶片正面、背面的最大吸水速率分别为双面的48.80%和85.14%，正面极显著低于背面，背面极显著低于双面。富士苹果叶片背面、双面的吸水速率在20～40min内迅速降低，40～120min内缓慢降低，而正面在0～80min在0.030 g／（g·60min）左右震荡；80～120min降低幅度较大。富士苹果叶片正面、背面、双面的吸水速率在120min后维持在较低的水平（图2）。

图2 两个苹果品种叶片的吸水速率

秦冠苹果叶片正面、背面的最大吸水速率均在20～40min内最高，分别为0.014和0.050g／（g·60min），双面的最大吸水速率在0～20min内最高，为0.067g／（g·60min）。秦冠苹果叶片正面、背面的最大吸水速率分别为双面的21.34%和75.03%，正面极显著低于背面，背面极显著低于双面。秦冠苹果叶片双面的吸水速率在20～80min内降低较快，背面在40～80min内降低较快，之后双面、背面的吸水速率均维持在较低的水平。秦冠苹果叶片正面的吸水速率存在两个高峰，一是在20～40min，另一在140～200min，与背面、双面的规律不同（图2）。

秦冠苹果叶片正面、背面、双面的最大吸水速率均低于富士，分别为富士苹果的31.62%，63.73%和72.31%，均极显著低于富士。

富士叶片正面、背面、双面的吸水速率与吸水时间的决定系数R2均大于0.90，达到极显著相关水平。秦冠叶片仅双面的吸水速率与吸水时间的决定系数R2大于0.90，正面的决定系数R2仅为0.504 6，与吸水时间相关程度较低。

（1）富士苹果叶片吸水速率与吸水时间的关系式。

正面：y＝0.000 01x4－0.000 2x3＋0.001 4x2－0.01x＋0.057 2 （R2＝0.900 4）

背面：y＝－0.000 2x3＋0.004 8x2－0.042 4x＋0.136 4 （R2＝0.904 0）

双面：y＝－0.000 3x3＋0.007 9x2－0.067 0x＋0.189 9 （R2＝0.962 6）

（2）秦冠苹果叶片吸水速率与吸水时间的关系式。

正面：y＝－0.000 03x4＋0.000 8x3－0.007 3x2＋0.026 8x－0.024 7 （R2＝0.504 6）

背面：y＝－0.000 06x3＋0.002 3x2－0.025 7x＋0.090 6 （R2＝0.842 7）

双面：y＝－0.000 3x3＋0.007 1x2－0.058 7x＋0.154 2 （R2＝0.982 0）

3 讨论

自然状态下树木叶片的吸水过程主要受降雨强度、风速、风向、季节等环境因素影响［4，9，12］。本研究将苹果叶片置于湿透的棉纱布下，同一品种叶片正面、背面及双面的吸水能力主要与叶片结构密切相关。叶片正面附有蜡质角质层，不易吸附水分，且其叶肉细胞为栅栏组织，细胞呈圆柱形，排列整齐，水分不易通过；叶片背面附有绒毛，扩大了叶片的表面积，易吸附水分，且其叶肉细胞为海绵组织，细胞形状不规则，排列较疏松，水分易通过；叶片背面气孔分布密度远大于正面，而气孔是叶片与外界水分交换的主要通道，水分易通过气孔进入叶片，因而叶片正面吸水量、吸水速率较低，背面较高。由于叶片正面、背面均可吸水，因而双面的吸水量、吸水速率大于背面及正面。两个苹果品种的叶片相比，富士叶片背面绒毛多，叶片正面蜡质角质层薄，比叶面积大，因而富士叶片正面、背面、双面的吸水量、吸水速率均高于秦冠。

测试前7d没有降水过程，采样又在午后，叶片的含水量处于亏损状态，因而富士、秦冠叶片背面、双面及富士苹果叶片正面均在吸水初期，叶片的吸水量、吸水速率高。当吸水高峰过后，为了满足叶片组织的水分饱和，满足液泡伸长和叶片内含物的一些生化反应，叶片继续吸水，但需水量少，故其吸水速率显著降低。由于秦冠苹果叶片正面的蜡质角质层厚，比叶面积小，因而其叶片正面的吸水速率缓慢增加，吸水高峰不大明显。

富士、秦冠叶片的吸水量、吸水速率与吸水时间的关系与西双版纳地区附生与非附生植物叶片和黄土丘陵沟壑区刺槐、臭椿、杨树叶片的吸水规律基本相同［9－10］，但富士、秦冠叶片的吸水量、吸水速率与吸水时间呈多项式关系，而附生与非附生植物、刺槐、臭椿、杨树呈自然对数或幂指数关系，这可能与附生与非附生植物的叶片测试时采用喷雾法供水，刺槐、臭椿、杨树的叶片采用浸水法供水，而富士、秦冠叶片采用湿透的棉纱布供水有关。

湿透的棉纱布供水条件下苹果叶片的吸水量、吸水速率可反映其在实际降雨过程中潜在的吸水能力，富士苹果叶片的吸水量较大、吸水速率较高，说明富士苹果叶片对降雨的吸附作用大，降低雨滴对地表土壤的打击力强，水土保持功能应较大，但叶片吸水量大，吸水速率高，易引起叶片病害的发生。一般情况下苹果叶片正面的病害发生较背面少，应与正面的吸水量小且吸水速率较低有密切关系。富士苹果叶片的早期落叶病（Diplocarpon mali或Marssonina mali；Alternaria alternaria f.sp mali ；Diplocarpon mali harada et sawamura或Phyllosticta pirina；Phyllosticta solitaria）、锈 病 （Gymnosporangium yamadai）等病害较秦冠苹果易发生，与其叶片的吸水速率高，吸水量大应有一定的关系。

4 结论

（1）在湿透棉纱布供水及干燥吸水纸吸水条件下，富士、秦冠苹果叶片正面、背面、双面的吸水量均随吸水时间的延长而增加，吸水速率则降低，与吸水时间呈显著性相关。

（2）富士苹果叶片正面、背面、双面在0～80min吸水量、吸水速率较大，秦冠苹果叶片背面、双面在0～60min吸水量、吸水速率较大，正面在0～240min内变化缓慢。两个品种叶片正面、背面、双面的最大吸水量及吸水速率均表现为双面最高，背面居中，正面最低。

（3）富士苹果叶片正面、背面、双面的最大吸水量、最大吸水速率均高于秦冠苹果叶片。

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