不同干旱胁迫对榆树幼苗根叶形态的影响

白国华

(国有彰武县四合城林场，辽宁 阜新 123200)



不同干旱胁迫对榆树幼苗根叶形态的影响

白国华

(国有彰武县四合城林场，辽宁 阜新 123200)

以科尔沁沙地1年生榆树幼苗为材料，采用盆栽控水方法，设置适宜条件、轻度、中度和重度干旱胁迫等4个水分处理梯度，研究干旱胁迫对榆树幼苗含水量、水分利用效率以及叶片面积、比叶面积和比根长的影响。结果表明：随着干旱胁迫程度增加，幼苗叶片含水量逐渐降低，茎含水量先升高后降低，根系含水量在轻度和中度胁迫下大于适宜条件；叶片面积在适宜条件和轻度胁迫下显著增加，在中度胁迫下下降；比根长和水分利用效率随着干旱胁迫程度增加而增加；重度干旱胁迫下幼苗无法存活。在科尔沁沙地，栽植榆树幼苗保证存活生长的最低土壤含水量为7.15%。

干旱胁迫；榆树；科尔沁沙地

榆树具有适应性强、生长快、耐瘠薄干旱等优良特性，是我国北方地区营造防风固沙林、水土保持林和荒山绿化的主要树种之一[1]。水分是半干旱区植物存活生长的主要限制因子，干旱胁迫影响植物的分布及生长发育[2]。不同植物在干旱环境下采用不同的生长策略[3]。本研究以科尔沁沙地主要造林绿化树种榆树幼苗为对象，探讨其在不同水分梯度下叶片和细根形态的适应策略，为榆树苗木栽培及抗旱性研究提供理论基础。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于辽宁省阜新市彰武县林业局四合城林场。该区位于科尔沁沙地东南部，海拔高度345.1 m，年平均气温6.82 ℃，极端最低气温-33.4 ℃，极端最高气温43.2 ℃；年均降水量450 mm，年均蒸发量为1 590 mm，降水主要集中在6—8月。土壤以风沙土为主，植被属内蒙古植被区系，以抗旱性较强的沙生植物为主。

1.2 供试材料

试验材料来源于辽宁省阜新市彰武县章古台镇，选取株高、基径一致的1年生榆树幼苗20株。移栽于直径20 cm、高30 cm的塑料盆中，盆中试验用土为风沙土。在自然状态下生长2个月后，进行水分胁迫处理。设置适宜4个水分梯度，即80%、60%、40%和20%田间持水量，土壤含水量分别为14.30%、10.72%、7.15%和3.57%。采用称重法监测各处理土壤含水量，使之保持相应的土壤湿度。每天18:00对盆称重，并按设计要求浇水，补充当天失去的水分，使各处理保持设定的含水量。每天所有盆均放置于室外环境，下雨时将植物搬回室内，防止天然降雨影响。

1.3 研究方法

干旱胁迫30 d后，将榆树幼苗取出，用蒸馏水快速冲洗根部，并及时用吸水纸吸干表面水分，分别收集根、茎、叶并迅速进行烘干称重。用数码相机照相后，将图像导入电脑中，用Photoshop 7.0软件处理后，计算出叶面积。之后放入烘箱中烘至恒量，计算比叶面积。测量根系长度，计算比根长。用电子秤每天定时称重，水分利用效率为生物量增量与总耗水量之比，试验结束时苗木的总干重减去栽前干重。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对榆树幼苗组织器官含水量的影响

干旱胁迫30 d后，榆树幼苗在80%和60%田间持水量下生长情况良好，在40%田间持水量下出现枯黄落叶现象，但维持生命活动；在20%田间持水量下，榆树幼苗死亡。

图1 干旱胁迫对榆树幼苗组织含水量的影响

由图1可知，榆树幼苗在80%、60%和40%田间持水量下叶片含水量分别为65.73%、63.55%和60.45%，呈逐渐降低的趋势，这说明榆树幼苗为适应干旱环境降低了叶片含水量，从而减少蒸腾损失。榆树幼苗在80%、60%和40%田间持水量下茎部含水量分别为49.61%、56.02%和24.32%，呈先增加后显著降低的趋势，这说明轻度干旱胁迫下叶片将水分转移到茎和根系，中度干旱下植株水分运输减少，将更多的水分转移到根系以增加其生理代谢活动，维持生命。榆树幼苗在80%、60%和40%田间持水量下根系含水量分别为58.05%、68.72%和62.76%，轻度和中度胁迫比适宜条件增加了根系含水量，这可能由于干旱环境促使根系主动寻找新的水源，增加了根系的生长和代谢活动。

2.2 干旱胁迫对榆树幼苗叶面积的影响

由图2可知，在80%田间持水量下，榆树幼苗胁迫后比胁迫前叶面积增加了349.17 cm2；在60%田间持水量下，胁迫后比胁迫前叶面积增加了233.52 cm2；在40%田间持水量下，胁迫后比胁迫前叶面积减少了169.96 cm2。这说明在适宜条件和轻度胁迫下，榆树幼苗的叶面积有显著增加，从而可以进行正常的生理活动，为积累更多生物量，增加叶面积，提高光合效率，使榆树幼苗能够正常生长。然而，轻度干旱胁迫在一定程度上减少了叶片面积的增加。在中度干旱胁迫下，榆树幼苗叶面积显著降低，这说明榆树幼苗为保证其植株通过减少叶片数量和降低叶面积的方式适应干旱环境，这样更能够降低植株蒸腾速率，以维持基本的生理代谢活动。

图2 干旱胁迫对榆树幼苗叶面积的影响

2.3 干旱胁迫对榆树幼苗比叶面积的影响

比叶面积能够反映植物在不同生境下资源获取能力以及对生境的适应特征[4]。由图3可知，在适宜水分条件和轻度干旱胁迫下，榆树幼苗比叶面积没有显著性变化，说明榆树的生长没有受到抑制，榆树幼苗没有表现出对逆境的适应性调整，说明榆树能够在这种环境下良好的生长。在中度胁迫下，榆树的比叶面积有所增加，榆树能够改变形态来调节光照条件的变化，来适应干旱环境，做出对干旱的适应性调整，这说明榆树在干旱条件生长受到抑制。

图3 干旱胁迫对榆树幼苗比叶面积的影响

2.4 干旱胁迫对榆树幼苗比根长的影响

图4 干旱胁迫对榆树幼苗比根长的影响

比根长指细根根长与生物量的比值，其值越大，说明在单位质量上根系的长度越长，越有利于其吸收水分和养分资源。从图4可以看出，随着干旱胁迫程度加剧，榆树幼苗比根长有显著增加，在40%和60%田间持水量下榆树的比根长显著大于80%田间持水量，这说明细根比根长随干旱胁迫程度增加而增加，以扩展空间，吸收更多水分，这是榆树幼苗适应干旱环境的策略。

2.5 干旱胁迫对榆树幼苗水分利用效率的影响

图5 干旱胁迫对榆树幼苗水分利用效率的影响

从图5可以看出，在干旱胁迫试验期间，榆树幼苗在80%、60%和40%田间持水量下总耗水量分别为1 247 g、1 978 g和337 g，呈先增加后减少的趋势；从生物量生产角度上看，榆树在适宜水分下苗木的生物量最大，而土壤干旱胁迫使各树干物质累积逐渐减少。用控水期总生物量与总耗水量计算总水分利用效率，榆树幼苗的水分利用效率随着干旱胁迫程度的加剧而逐渐升高，这是榆树适应干旱环境的自我调节，同时也是适应干旱环境的一种策略。

3 结论与讨论

在科尔沁沙地，榆树幼苗随着干旱胁迫程度的增加，叶片含水量逐渐下降，茎含水量在轻度干旱胁迫下增加，中度干旱胁迫下又降低，而根系含水量在轻度和中度干旱胁迫下升高；这说明干旱胁迫下叶片将水分转移到茎和根系，有利于维持植株的生理代谢活动，促进根系生长，吸收水分。榆树幼叶片面积在中度干旱胁迫下下降，以利于其减少水分蒸发适应干旱环境。随着干旱胁迫程度增加，榆树幼苗比根长和水分利用率均增加；表明其通过增加单位质量根系长度以寻找更多水源，并减少蒸腾耗水，提高水分利用率，维持生长。榆树幼苗在重度干旱胁迫下无法存活，其存活生长的最低土壤含水量为7.15%。

[1] 徐士印.水分胁迫对白榆树种生化特性影响[J].防护林科技,2015(4):13-15

[2] 张国盛.干旱、半干旱地区乔灌木树种耐旱性及林地水分动态研究进展[J].中国沙漠,2000,20(4):363-368

[3] 王凯,雷虹,刘建华.春季辽宁西北部主要绿化树种根叶抗旱生理性状评价[J],应用生态学报,2016,27(6):1853-1860

[4] 刘建华.干旱胁迫对杨树幼苗生长的影响[J].防护林科技,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

国家自然科学基金项目(31400613)

白国华(1975-)，男，辽宁阜新人，大学，工程师，从事防护林与生态恢复研究.

S432.21;Q945.78

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.10.016