荒漠植物红砂水势与土壤水分的关系研究

刘 冰，刘瑞香，靳 凯

(内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古呼和浩特 010019)



荒漠植物红砂水势与土壤水分的关系研究

刘 冰，刘瑞香*，靳 凯

(内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古呼和浩特 010019)

通过对内蒙古阿拉善盟额济纳旗三个典型红砂群落的红砂水势日变化及其土壤水势和土壤含水率的测定，分析红砂水势与土壤水势和土壤含水率之间的关系。结果表明：不同样地的红砂，叶水势存在差异。最高水势值出现在早晨和黎明前后，为-14.69Mpa和-14.26Mpa。最低水势值出现在正午前后，为-18.52Mpa。红砂的叶水势值早晚变化不明显，说明红砂的生存条件受到严重的水分胁迫。不同样地红砂的叶水势随着土壤含水率的降低而降低。三个样地的红砂水势与土壤水势差异性显著，均表现为：Ⅰ号样地、Ⅱ号样地>Ⅲ号样地。

红砂；叶水势；土壤水势

水势是植物水分利用状况的重要指标之一，可以代表植物从土壤或相邻细胞中吸收水分以确保其进行正常生理活动的能力〔1-2〕。清晨的水势反映了植物水分的恢复状况，午后的水势可以用来表示植物的最大水分亏缺程度〔3-4〕。植物叶水势代表植物水分运动的能量水平，反映了植物组织水分状况，它是衡量植物抗旱的一个重要生理指标〔5〕，不仅可以反映植物对环境的响应，如光照、大气相对湿度、温度、土壤、水势等，也是土壤-植物-大气连续体(soil-plant-atmosphere continues system,SPAC)体系中，对水分关系进行传统描述的一个重要概念，而且为水分生理进行定量系统分析奠定基础〔6〕。通过对植物水势特征及其与土壤水分关系的研究,可以了解植物的水分利用特征,同时进行不同样地间的比较,有助于对荒漠植物的水分来源提供理论依据。

红砂(Reaumuriasoongorica)别名琵琶柴，属于柽柳科红砂属，是一种超旱生多年生小灌木，广泛分布于我国荒漠干旱区，是荒漠灌丛植被中的主要优势种和建群种之一〔7〕。红砂具有耐干旱并能够休眠的特性，所以被认为是一种荒漠复苏植物〔8〕，红砂抗逆性强，生态可塑性大，具有很强的抗旱、耐盐和集沙能力〔9-10〕。

在极端干旱的额济纳荒漠区，水分缺乏是限制植被生长的主要因素之一。因此，在额济纳旗干旱胁迫的条件下，从植物生理生态学的角度入手,研究不同样地条件下植物水势与土壤水分的关系,为合理利用有限水资源进行植被恢复更新提供理论上的依据。

1 研究区自然概况

额济纳荒漠区位于内蒙古自治区最西部，海拔高程为900-1100m〔11〕，该地区气候属于温带大陆性季风气候，全年平均气温8.3℃，全年平均降水量仅为39.8mm；全年平均蒸发量为3537mm，最高可达4035mm。年均气温8.3℃，1月平均气温-11.6℃，极端低温-36.4℃，7月平均气温26.6℃，极端高温42.5%，年日均气温8.6%，月份间温差大。地带性土以灰棕漠土为主，并且其土壤盐碱化严重。气候特点为全年干旱少雨，蒸发量大，日照充足，温差较大，风沙多等，是典型极端干旱荒漠地区〔12〕。

2 研究方法

2.1 样品采集

2015年7月，选取策克旧公路40公里处,达来呼布镇南5公里，及天鹅湖北侧三个样地中以红砂为建群种的典型红砂群落作为实验样地(表1)。每个样地选取10株生长状况一致、大小形态相似的红砂植株进行样品采集。

每次选取健康生长的红砂叶片进行水势日变化的测定，从8∶00～20∶00每隔2h测定一次。植物水势测定的同时，采集土壤样品，在选定植株冠幅的1/2处和冠幅边缘处挖取土壤剖面至根系分布处，分别在表土层和根际土层处采集两份土壤样品。一份样品直接称其鲜重，然后将其带回室内烘干称重，测定其土壤含水率；另一份带回实验室过1mm筛低温烘干，测定其电导率和pH值。

2.2 测定方法

植物和土壤水势用PSYPRO露点水势仪测定。用烘干法〔13〕测定土壤含水率。

利用标准DDS-1lAT型电导率仪测定土壤溶液的电导率，用MIK-PH173型pH仪测定pH值。

表1 样地概况

3 结果与分析

3.1 不同样地土壤环境状况

红砂生长环境的pH值均在8.1-8.7之间，呈明显的碱性(表2)。Ⅰ号和Ⅱ号样地表土层的pH值均小于根际土层的pH值。三个样地中根际土层的土壤含水率均大于表土层的土壤含水率，土壤含水率随土壤深度增加而增加，表现为：Ⅱ号>Ⅰ号>Ⅲ号。比较三个样地各层土壤电导率可知，土壤电导率均随土壤深度增加而下降。

表2 不同样地土壤环境状况

注：表中数据为10次重复均值

3.2 不同样地土壤含水率差异性分析

对额济纳荒漠红砂的土壤含水率进行方差分析(表3)，可以得出：三个样地从表土层到根际土层，土壤含水率都随着土壤深度的增加而增加。这一现象与额济纳地区年降雨量稀少，蒸发量远远大于降雨量有关，所以表层土壤含水率很低。

各样地1/2冠幅处表土层含水率及冠幅边缘处表土层含水率趋势均为：Ⅱ号>Ⅲ号>Ⅰ号，无显著差异。各样地1/2冠幅处及冠幅边缘处根际土壤含水率表现为Ⅱ号>Ⅰ号>Ⅲ号，差异性显著；Ⅲ号与Ⅱ号、Ⅰ号差异性显著，Ⅰ号、Ⅱ号之间无显著差异。Ⅲ号样地根际土壤含水率最低且均小于1%，Ⅱ号样地根际土壤含水率最高为1.95～2.69%，这是由于土壤质地不同，土壤持水能力不同，导致其土壤含水率不同。

表3 各样地土壤含水率

注：a,b,c表示0.05水平下列向差异显著。

3.3 不同样地土壤水势差异性分析

额济纳荒漠红砂的土壤水势(表4)在-12.99～-7.22Mpa之间。由表可以看出：三个样地从表层土到根际土层，土壤水势随着土壤深度的增加而增加。由此可以得出，土壤水势与土壤含水率有很大的关系，土壤含水率高对应的土壤水势也相应较高。

不同样地1/2冠幅处表层土壤水势及冠幅边缘处表层土壤水势趋势均为：Ⅰ号、Ⅱ号>Ⅲ号，差异性显著，Ⅰ号、Ⅱ号之间无显著差异；不同样地1/2冠幅处根际土壤水势表现为Ⅰ号、Ⅱ号>Ⅲ号，差异性显著，Ⅰ号、Ⅱ号之间无显著差异；冠幅边缘处根际土壤水势表现为Ⅱ号>Ⅰ号>Ⅲ号，无显著差异。

表4 不同样地土壤水势

注：a,b,c表示0.05水平下列向差异显著。

3.4 红砂水势的日变化

图1为红砂叶片水势的日变化。由图1可知：红砂水势在Ⅰ号样地较高，在Ⅲ号样地较低。红砂一般都是在早晨水势较高，随后降低，到下午才又有所升高。三个样地红砂水势的变化均比较平缓，幅度比较小。

图1 红砂水势的日变化

3.5 红砂叶水势与土壤含水率之间的关系

植物在水分供应充足的条件下，它的叶水势只和气象条件有关系,但当土壤水分受到一定的限制时,作物的根系在土壤中吸收的水分便不能满足其蒸腾的需要,此时的叶水势与土壤含水率有着密切的关系〔14〕。根据红砂在各个不同样地的叶水势与土壤含水率之间的关系(图2、3、4)可以看出：叶水势随着土壤含水率的降低而降低，说明随着土壤含水率的降低植物根系吸水速率越来越小,最后满足不了植物叶片蒸腾失水的需要,导致叶水势降低。

图2 Ⅰ号样地红砂叶水势与土壤含水率之间的关系

图3 Ⅱ号样地红砂叶水势与土壤含水率之间的关系

图4 Ⅲ号样地红砂叶水势与土壤含水率之间的关系

3.6 红砂根、茎、叶水势与土壤水势比较

由表5可以看出，红砂叶片平均水势低至-15.95Mpa。红砂根、茎、叶水势总体趋势为：根>茎>叶，差异性显著。不同样地红砂根水势、茎水势、叶水势及土壤水势差异性分析表明(图5)，各样地红砂根水势、茎水势、叶水势与土壤水势均表现为：Ⅰ号、Ⅱ号>Ⅲ号，差异性显著，Ⅰ号、Ⅱ号之间无显著差异。

红砂体内形成了各个样地中根-茎-叶的水势降低的变化，这样有助于水分从根系进入到植物体内，然后通过茎木质部一直向上运输，最后到达叶片，再从叶片的表面蒸发，回到大气中。

表5 红砂体内水势值比较(Mpa)

注：a,b,c表示0.05水平下横向差异性显著。茎、叶水势数据为早晨8∶00的水势

图5 根际土壤水势与红砂植株水势比较

4 结论与讨论

4.1 结论

(1)在不同样地中分布的红砂，其叶水势不同。天鹅湖样地的红砂叶水势<火车站北侧样地的红砂叶水势<策克旧公路40公里处的红砂叶水势。

(2)红砂水势日变化在Ⅰ号样地和Ⅱ号样地大致呈单峰曲线；一天中最高水势值出现在早晨和黎明前后，最低水势值出现在正午前后。红砂的叶水势值早晚变化不明显，一般都是早晨水势较高，到正午降低，晚上又增加。

(3)红砂在各个不同样地叶水势随着土壤含水率的降低而降低，得出随着土壤含水率的降低植物根系吸水速率越来越小,最后满足不了植物叶片蒸腾失水的需要,导致叶水势降低这一结论。

(4)各样地红砂的根茎叶水势与土壤水势关系均表现为：Ⅰ号样地、Ⅱ号样地>Ⅲ号样地，差异性显著这一结论。说明红砂的水势与土壤水势相关性比较高。

4.2 讨论

韩文军等在阿拉善荒漠区对胡杨、柽柳、梭梭、沙枣和小叶杨的叶片水势日变化进行测定，得到不同盐渍化地区植物的叶水势出现显著差异〔5〕，与不同样地中的红砂其叶水势不同这个结论相似。可以看出同种植物在对不同土壤的适应过程中产生了一定程度的生态地理分化。有研究表明，植物的早晚水势变化范围比较大,说明植物的可塑性比较高,也就是说植物恢复到高水势的能力比较高。植物的早晚水势变化范围比较小,说明植物受到的水分胁迫比较大〔15〕。红砂的叶水势早晚变化不明显，也正说明红砂的生存条件受到严重的水分胁迫。Daniel(1987)发现植物水势与不同形式的土壤水势有一定的关系,可以说明受到了土壤水分的胁迫。通过对不同样地的红砂的根茎叶水势以及土壤水势差异性进行分析可知红砂水势与土壤水势有很大的相关性。

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Study on the the relationship between water potential and soil moisture of Reaumuria soongorica in desert plants

Liu Bing，Liu Ruixiang*，Jin Kai

(Inner Mongolia Agticultural University Ecology and Environmental Science College, Inner Mongolia Autonomous Region Hohhot City,010019)

Through the analysis of the diurnal variation of water potential of the Reaumuria soongorica and the soil water potential and soil water moisture content of three typical the R. soongorica communities of Inner Mongolia Alashan Ejina. The relationship between the water potential of R. soongorica and the soil water potential and soil water moisture content was analyzed. The results showed that the R. soongorica in different plots, the leaf water potential was different. Meanwhile the highest water potential value appeared in the morning and before dawn, about -14.69Mpa and -14.26Mpa.And the lowest potential value appeared at noon, about -18.52Mpa. The change of leaf water potential value of R. soongorica was not obvious in the morning and evening, which showed that the survival condition of R. soongorica was seriously affected by water stress. The leaf water potential decreased with the decrease of soil water moisture content in different plots. Three plots of R. soongorica water potential and soil water potential were significantly different, and all the samples are as follows: Ⅰsample plots and Ⅱsample plots >Ⅲ sample plots.

Reaumuriasoongorica; leaf water potential; soil water potential

S812

A

2095—5952(2016)02—0057—06

2016-04-18

国家自然科学基金(31460124，31160108)

刘 冰(1992-)，女，内蒙古赤峰市敖汉旗人，在读研究生，主要从事草地生态学研究，E-mail：984180021@qq.com

刘瑞香1206486589@qq.com