青海云杉和祁连圆柏根系抗旱特性对比研究

摘  要：在干旱半干旱区造林绿化中，为了选择适宜的抗旱树种和苗木，对比研究了青海云杉和祁连圆柏根系的抗旱特性。结果表明：青海云杉和祁连圆柏根系外观形态、土壤空间分布、质地和稀疏度方面都有很大差异。青海云杉根系的生物量、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质含量分别为3.51 kg·株-1、15.58mg·g-1、0.35mg·g-1、2.81mg·g-1和33.11mg·g-1，较祁连圆柏降低了21.65%、43.93%、35.19%、57.29%和34.49%;生长地6—10月土壤相对含水量分别为55.23%、58.17%、61.70%、65.74%和58.73%，较祁连圆柏生长地分别提高了22.27%、21.04%、20.27%、18.79%和17.53%。经t测验，青海云杉和祁连圆柏根系的生物量、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白质含量均有显著差异（P<0.05）。综合对比分析认为祁连圆柏抗旱性高于青海云杉。

关键词：青海云杉;祁连圆柏;抗旱特性;对比研究

青海云杉（Picea crassifolia）和祁连圆柏（Sabina przewalskii）广泛分布于我国青海、甘肃、宁夏和内蒙古等地，青海云杉主要分布在阴坡，祁连圆柏主要分布在阳坡。青海云杉和祁连圆柏是祁连山林区两大建群树种，也是祁连山周边地区造林绿化和城市园林绿化的优势树种，栽植量分别占栽植苗木总量的20%和15%[1]。在造林绿化中做到因地制宜、适树适栽是提高林木栽植成活率、增加生长量和降低造林成本的有效途径之一，掌握林木的抗旱特性是做到适树适栽的首要问题，在生产实践中人们对地上部分枝、叶的组织结构、蒸腾变化和生理特性的研究较多，对减少枝叶蒸腾和阻隔水分散失等方面的抗旱机理研究较多，但对地下部分根系对水分的吸收、转运等方面的研究较少[2]。青海云杉和祁连圆柏天然林多分布在土壤贫瘠、干旱半干旱地区，在长期的进化过程中形成了各自独有的抗旱特性，对比研究青海云杉和祁连圆柏根系抗旱特性可为两个树种的抗旱栽培提供技术参考，同时也为干旱半干旱区绿化树种的引进和驯化栽培提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区设在甘肃祁连山国家级自然保护区古城自然保护站管辖林区内，该地位于甘肃省天祝藏族自治县，以大通河流域为主，平均海拔2850m，属大陆性高原季风气候区，年均气温1.8℃，年降水量350～450mm，其中60%分布在6～9月，无霜期120～150d，≥10 ℃的积温1 500～1 900℃，140～170d。试验区以山地为主，最高峰马牙雪山主峰海拔4447m。试验区海拔2 500～3 300m地带分布着大面积的青海云杉和祁连圆柏天然林，郁闭度0.6～0.8，土壤类型以山地栗钙土为主。

1.2 材料

在试验区青海云杉和祁连圆柏天然植株中隨机抽取树龄10 a、树高1.5m、冠幅1.0m的植株5株，分别编号挂牌，并在抽取的青海云杉和祁连圆柏植株旁随机抽取土壤采样点5个，分别编号标记。

1.3 方法

根系结构观察和抗逆性物质含量测定：将抽取的青海云杉和祁连圆柏植株根系完整挖出，用高压水枪洗掉泥沙，观察根系的分枝特性和空间分布，测定根长（主根长）和根幅，并在根系区随机抽样，测定鲜根抗逆性物质丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质含量。然后将根系从根颈处锯下晾晒至恒质量后称取干质量（生物量）。丙二醛含量参照张宪政[3]方法测定，脯氨酸含量参照商家胤[4]方法测定，可溶性糖含量参照钟海霞等[5]方法测定，可溶性蛋白质含量参照李云仙等[6]方法测定。

生长地土壤湿度测定：在抽取的土壤采样点采取地表以下20cm土样，参照魏杰等[7]方法测定青海云杉和祁连圆柏生长期6—10月土壤相对含水量。

所有数据求平均值，利用Excel2003、DPS6.0软件对试验数据进行t测验，计算∣t∣与t0.05对比分析显著差异。

2 结果与分析

2.1 青海云杉和祁连圆柏根系结构对比分析

观察青海云杉和祁连圆柏根系后，发现青海云杉根系整体呈倒圆锥形，根系在土壤中分布稀疏，主根明显，以主根为对称轴，两侧二级侧根呈线性分布，主根直径6.5～7.2cm，二级侧根直径2.8～4.2cm，三级毛根直径1.5～2.5cm。根系横截面木质部和韧皮部明显分层，质地柔软。发现祁连圆柏根系整体呈球形，在土壤中分布稠密，主根不明显，以根茎为辐射点，两侧根系分级不明显，均为细状毛根，两侧毛根呈“人”字形网状延伸，根茎直径6.0～7.5cm，毛根直径0.5～1.2cm，根系横截面木质部和韧皮部分层不明显，质地硬实。

2.2青海云杉和祁连圆柏根系大小对比分析

由表1可以看出，青海云杉的根长、根幅和根系生物量分别为57.94cm、46.99cm和3.51kg/株，根长较祁连圆柏根长57.94cm提高了15.07%，根幅和根系生物量较祁连圆柏根幅49.24cm和根系生物量4.48kg/株分别降低了4.57%和21.65%。经t测验，得知青海云杉和祁连圆柏根长、根幅和根系生物量的∣t∣分别为3.530、0.921和4.264，与t0.05=2.306相比，青海云杉和祁连圆柏根长、根系生物量的∣t∣均大于t0.05，根幅的∣t∣小于t0.05。因此，青海云杉和祁连圆柏的根长和根系生物量均有显著差异，而根幅没有显著差异。

2.3 青海云杉和祁连圆柏生长地土壤湿度对比分析

由表2可以看出，青海云杉生长地土壤6月、7月、8月、9月和10月的相对含水量分别为55.23%、58.17%、61.70%、65.74%和58.73%，较祁连圆柏生长地土壤6月、7月、8月、9月和10月的相对含水量45.17%、48.06%、51.30%、55.34%和49.97%分别提高了10.06、10.11、10.40、10.40和8.76个百分点。经t测验，得知青海云杉和祁连圆柏生长地6月、7月、8月、9月、10月土壤相对含水量的∣t∣分别为6.911、8.465、9.405、7.593和8.141，均大于t0.05=2.306，因此，青海云杉和祁连圆柏生长地6月、7月、8月、9月、10月土壤相对含水量均有显著差异。E80EE231-FD80-4D69-9167-C2B066251B60

2.4 青海云杉和祁连圆柏根系抗逆性物质含量对比分析

由表3可以看出，青海云杉的根系抗逆性物质丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质含量分别为13.58、0.35、2.81和33.11 mg·g-1，较祁连圆柏根系分别降低了43.93%、35.19%、57.29%和34.49%。经t测验，得知青海云杉和祁连圆柏根系抗逆性物质丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量的∣t∣分别为7.08、2.217、6.157和6.274，均大于t0.05=2.306，脯氨酸含量的∣t∣小于t0.05。因此，青海云杉和祁连圆柏根系抗逆性物质丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白质含量均有显著差异，而脯氨酸没有显著差异。

3 结论与建议

本试验结果表明，青海云杉和祁连圆柏根系在外观形态、土壤空间分布、质地和稀疏度方面都有很大差异，生长地土壤相对含水量和根系抗逆性物质含量也有显著差异。整体上表现出祁连圆柏根系生物量高于青海云杉，以毛根为主，在土壤空间分布上稠密紧凑，生长地土壤相对含水量低于青海云杉，在此生长条件下根系丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质含量均高于青海云杉。从根系外观形态、生长土壤湿度、抗逆性物质含量和地上枝叶生长量等方面综合判断，祁连圆柏根系的抗旱性高于青海云杉。在绿化过程中可参考祁连圆柏根系和生长地土壤含水量，选择抗旱树种和抗旱苗木。

植物根系对水分和矿质离子的吸收和转运主要集中在毛根区，以毛根根尖和根冠最为高效，毛根的数量和更新速率直接影响着根系对水分和矿质离子的利用[8]。耐旱植物的特点是细胞较小，束缚水比例高，细胞渗透势较低，尤其是细胞渗透势的调节能力强，干旱时细胞内积累可溶性糖、氨基酸、有机酸等，使细胞水势降低，从土壤中继续吸水，保持一定的膨壓，因而能够维持正常的代谢活动[9]。李振松等[10]研究表明在干旱条件下植物体内游离脯氨酸含量增加。本试验中祁连圆柏的毛根数量、细胞渗透势调节物质可溶性糖和可溶性蛋白质含量均高于青海云杉，抗旱性指示丙二醛含量和脯氨酸含量也高于青海云杉，其正常生长地土壤湿度则低于青海云杉生长地。这些从根系形态、数量和抗旱渗透调节物质、指示物质含量等层面进一步说明了两者的抗旱差异和祁连圆柏的抗旱优势。

参考文献：

[1]国家林业和草原局.中国林业年鉴[M].北京：中国林业出版社，2018.

[2]丁晓雪，赵成义，曾勇，等.地下水埋深和土壤质地对胡杨实生幼苗根系生长及构型的影响[J].水土保持学报，2021，35（5）：235-241，248.

[3]张宪政.作物生理研究法[M]. 北京：农业出版社，1992.

[4]商家胤.镁、铁等六种元素对三个葡萄品种生理特性的影响[D].兰州：甘肃农业大学，2007.

[5]钟海霞，丁祥，周晓明，等.新疆10个酿酒葡萄品种（系）可溶性糖组分及含量分析[J].新疆农业科学，2021，58（7）：1323-1331.

[6]李云仙，李永梅，杨发忠，等.链格孢菌毒素对中国月季主要营养物质含量的影响[J].西南林业大学学报：自然科学，2018，38（3）：101-107.

[7]魏杰，王巧云，孙翔，等.马铃薯不同生育时期最佳土壤含水量研究[J].农业科技通讯，2021（8）：171-176.

[8]李扬汉.植物学[M].上海：上海科学技术出版社，1995.

[9]白宝璋，徐仲.植物生理学[M].北京：中国科学技术出版社，1995.

[10]李振松，万里强，李硕，等.苜蓿根系构型及生理特性对干旱复水的响应[J].草业学报，2021，30（1）：189-196.

作者简介：代文秀（1971-），女，甘肃天祝人，大专，工程师，主要从事林业资源管护和技术推广工作E80EE231-FD80-4D69-9167-C2B066251B60