干旱胁迫对刺槐幼苗生长及根系发育的影响

薛玉振，张林，边翠芳

山东省泰安市徂徕山林场，山东泰安 271027

随着全球气候逐渐恶化，局部地区的极端天气越来越频繁地出现，干旱就是其中最明显的气候特征之一[1]。在不同的地区，干旱和半干旱土壤条件均在不同程度上影响着植物的生长[2]。为了抑制全球气候的持续不健康发展，除了加大对相关污染的治理力度外，生态环境建设也是十分重要的途径[3]。在此背景下，植树造林成为了现阶段修复环境的重要手段。对于干旱地区而言，蒸发量较小，保水能力较强的刺槐成为了首选。与其他类型的树种相比，其抵抗干旱胁迫的能力更强，在水分短缺的环境中仍能实现生长[4-5]。干旱胁迫严重影响植物叶片的光合作用，而叶片营养与光合作用密切相关。充分的营养供应有助于植物光合作用，促进植物生长发育。刺槐抗旱能力强，是中国干旱、半干旱地区的主要造林树种，了解刺槐体内NSC 对干旱胁迫的响应可以为树木生理和森林健康管理提供理论支持[6-7]。因此，进行了以刺槐幼苗为研究对象的干旱胁迫影响试验，统计了土壤水分匮乏状态下对植物生长状况及根系发展的影响。

1 干旱胁迫对刺槐幼苗生长及根系生长的影响试验

1.1 试验材料及生长基质

为了有效控制干旱胁迫的程度，该试验采用盆栽刺槐幼苗的方式进行，栽种的塑料盆直径为40cm、高度为65cm。安置阶段，将其置于一致的环境中，考虑到刺槐生长阶段的实际需求，试验环境内的日间平均温度为30℃，夜间平均温度为11℃，最低温度不超过5℃，最高温度不超过35℃，相对湿度控制在64%～55%之间。盆之间的间距为50cm，以此避免树苗之间的干扰，并以周围单位进行位置置换，最大限度降低环境因素的作用。使用的土壤为褐土，土壤的pH 值为7.6～7.7 之间，容重为0.98g/cm3，土壤的持水能力在98.80%～90.00%之间。经测定，土壤中有机质的含量为52.31g/kg，氮磷钾的含量分别为1.66g/kg、1.64g/kg、12.04g/kg。使用褐土将塑料盆填至60cm。为了测定干旱胁迫对不同生长阶段幼苗的作用强度，试验用的刺槐幼苗年龄段分别为10 个月、15 个月、18 个月以及24个月。不同树龄对应的生长数据均值如表1 所示。

表1 不同树龄刺槐幼苗生长数据统计Tab.1 Statistical Table of Growth Data of Robinia Pseudoacacia Seedlings at Different Ages

按照表1 的数据结果，每种树龄的幼苗共栽种了50 株。

1.2 试验过程

在上述基础上，分别为了保证试验过程中影响刺槐幼苗生长的变量仅为干旱胁迫，在每盆土壤中按照1:500（肥：土）的比例施加了适量缓释肥，缓释肥中主要包含氮、磷、钾三种营养物质，其含量分别为13.5%、10%和14.5%。以此为基础，试验采用随机的方式分别在每种数量阶段选择10 盆用作WHC 为100%的干旱胁迫试验，采用同样的方法，分别设置干旱胁迫为80%、60%、40%以及20%试验。对于土壤中含水量的控制，主要是通过称重法实现。浇水的频率为隔天浇水，浇水时间为上午8:00～9:00，不同WHC下，盆土的实际含水量分别控制在38.6±0.3%、31.5±1.3%、25.4±1.0%、16.2±0.5%和7.9±0.8%范围内。同时，为了避免蒸发作用对盆WHC 的干扰，在盆土表面覆盖了石英砂以减少水分蒸发，厚度为4.0cm～4.5cm。在此条件下，进行为期2 个月的试验测试，并统计刺槐幼苗不同生长指标的变化情况。

1.3 生长指标和生物量指标的测量

在幼苗不同生长阶段，以幼苗的株高、基径及全株鲜重，作为评价其生长状态的指标。其中，幼苗鲜重的计算方式为：

w=-1.497+0.109l1+0.997l2（1）

其中，w 表示幼苗的鲜重，l1表示幼苗的株高，l2表示幼苗的基径大小。

苗高的测量主要是通过卷尺直接测量所得，幼苗的基径的测量是利用游标卡尺测量固定位置所得。

对于根发育情况的测量，也是通过直接测量的方式进行的。除统计了最大根长度外，根系的发散程度也是衡量其发育程度的重要指标，考虑到对其直接进行统计难度较大，因此，该试验通过对根系进行洗净烘干处理，计算其净重量实现对根系发育程度的不同维度统计。

2 试验结果与分析

在上述基础上，首先对比了在不同干旱胁迫下幼苗的生长差异，其结果分别如表2、表3、表4 以及表5 所示。

表2 树龄为10 个月的刺槐幼苗在不同程度干旱胁迫下的生长状况Tab.2 Growth Status of Robinia Pseudoacacia Seedlings Aged10 Months under Different Degrees of Drought Stress

表3 树龄为15 个月的刺槐幼苗在不同程度干旱胁迫下的生长状况Tab.3 Growth Status of 15 Month Old Robinia Pseudoacacia Seedlings under Different Degrees of Drought Stress

表4 树龄为18 个月的刺槐幼苗在不同程度干旱胁迫下的生长状况Tab.4 Growth Status of Robinia Robinia Pseudoacacia Aged 18 Months under Different Degrees of Drought Stress

表5 树龄为24 个月的刺槐幼苗在不同程度干旱胁迫下的生长状况Tab.5 Growth Status of Robinia Pseudoacacia Seedlings Aged 24 Months under Different Degrees of Drought Stress

从表2 中可以看出，随着干旱胁迫的程度逐渐加深，10 月龄的刺槐幼苗高度变化逐渐减小，幼苗的基径和鲜重也呈现出同样的变化趋势，表3、表4、表5 中的指标也显示出相同的变化趋势。纵观4 个表的指标变化趋势可看出，相比于WHC 为100%的状态，WHC 为80%时，对树龄为18 个月的刺槐生长高度影响最为明显，可达到1.14cm，对树龄为24 个月的刺槐幼苗的基径生长影响最为明显，可达到0.07cm；当WHC 为60%时，对树龄为15 个月的刺槐生长高度影响最为明显，可达到1.95cm，对树龄为15 个月和24 个月的刺槐幼苗的基径生长影响最为明显，均可达到0.13cm；当WHC 为40%时，对树龄为10 个月的刺槐生长高度影响最为明显，达到1.81cm，对树龄为10 个月的刺槐幼苗的基径生长影响最为明显，可达到0.20cm；当WHC 为20%时，同样对树龄为10 个月的刺槐生长高度影响最为明显，达到2.56cm，对树龄为10 个月的刺槐幼苗的基径生长影响也最为明显，可达到0.35cm。这表明不同数量阶段，相同的干旱胁迫刺槐幼苗对表现出的生长抑制作用也不同，当干旱胁迫不超过60%时，对18月龄以上的树苗影响明显；当旱胁迫达到40%以上时，对10 月龄幼苗的影响较为明显。

在上述基础上，对比了不同干旱胁迫下刺槐幼苗根系的发育状态，其结果如表6、表7、表8 以及表9 所示。

表6 树龄为10 个月的刺槐幼苗在不同程度干旱胁迫下根系发育状态Tab.6 Root Development Status of Robinia Pseudoacacia Seedlings Aged 10 Months under Different Degrees of Drought Stress

表7 树龄为15 个月的刺槐幼苗在不同程度干旱胁迫下根系发育状态Tab.7 Root Development Status of 15 Month Old Robinia Pseudoacacia Seedlings under Different Degrees of Drought Stress

表8 树龄为18 个月的刺槐幼苗在不同程度干旱胁迫下根系发育状态Tab.8 Root Development Status of Robinia Pseudoacacia Seedlings Aged 18 Months under Different Degrees of Drought Stress

表9 树龄为24 个月的刺槐幼苗在不同程度干旱胁迫下根系发育状态Tab.9 Root Development Status of Robinia Pseudoacacia Seedlings Aged 24 Months under Different Degrees of Drought Stress

3 结论与讨论

通过观察根系情况可知，在不同干旱胁迫状态下，根系的发育均呈现出明显的差异，当WHC 为60%，根据发育相比WHC 为80%条件，虽然根系的总重下降，但最长根系长度出现了上升，这表明虽然根系在发散程度上出现了下降，但主要根系的发育更加明显。当WHC 达到40%及以下状态时，根系在长度和发散程度上均出现剧烈下降，表现为根系净重降低，长度缩短。

（1）干旱胁迫在60%以上时，对树龄为16 个月以上的刺槐幼苗生长高度和基径增量抑制作用明显；

（2）干旱胁迫达到60%以下时，对树龄为10 个月以上的刺槐幼苗生长高度和基径增量抑制作用明显；

（3）干旱胁迫达到60%时，会在一定程度上促进根系延长发育，抑制根系的发散发育；

（4）过高或过低的干旱胁迫都会影响根系的正常发育。