全 文 ：科尔沁沙地 4种植物抗旱性的比较研究*
李雪华* * 蒋德明 阿拉木萨 范士香 骆永明
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016)
摘要 对科尔沁沙地小叶锦鸡儿、紫穗槐、差巴嘎蒿和胡枝子 4种植物的若干水分生理生态指标进行了
测定. 结果表明,小叶锦鸡儿具有低水势、高持水力和束缚水/自由水比及水分利用效率,抗旱性强; 紫穗槐
的各项指标与小叶锦鸡儿相反, 抗旱性最差;差巴嘎蒿虽然水势较高, 但它的持水力高, 束缚水/自由水比
和水分利用效率都较高, 抗旱性也较强,但次于小叶锦鸡儿; 胡枝子的水势和持水力较低,束缚水/自由水
比及水分利用效率一般, 它的抗旱性强于紫穗槐, 但比差巴嘎蒿差.
关键词 科尔沁沙地 小叶锦鸡儿 紫穗槐 差巴嘎蒿 胡枝子 抗旱性
文章编号 1001- 9332( 2002) 11- 1385- 04 中图分类号 Q948. 112 文献标识码 A
A comparative study on droughtresistance of four plant species in Kerqin sandy land. LI Xuehua, JIANG
Deming , ALAMUSA , FAN Shixiang, LUO Yongming( I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cademy of Sci
ences , Shenyang 110016) . Chin. J . A ppl . Ecol. , 2002, 13( 11) : 1385~ 1388.
The w ater physioeco logical index and photosynthetic rate of four plant species, Caragana microphylla, A mor
pha f ruticosa, A r temish halodendron, and Lesp edeza bicolor , in kerqin sandy land w ere determined. The re
sults showed that C. microphylla has the lowest leaf w ater potential and the highest w atermaintainance, bound
water/ fr ee water ratio, and w ater utilization efficiency. Its droughtresistance is the strongest. A morpha f ruti
cosa w as contr ar y to Caragana micr ophylla, and its droughtresistance w as the weakest . A r temish halodendron
a had a high leaf water potential, but its w atermaintainance , bound water / free water ratio , and water utiliza
tion efficiency were very high. Its droughtresistance w as stronger. L esp edeza bicolor had a lower leaf water po
tential and watermaintainance, and a usual bound water/ free w ater ratio , and w ater utilization efficiency. Its
droughtresistance was stronger than A morpha f ruticosa! s, but weaker t han A r temish halodendron! s.
Key words Kerqin sandy land, Caragana micr ophy lla, Amorpha f ruticosa, A r temish halodendron, L es
pedeza bicolor , Droughtresistance.
* 中国科学院沈阳应用生态研究所创新资助项目( SCXD010202) .
* * 通讯联系人.
2002- 00- 00收稿, 2002- 00- 00接受.
1 引 言
荒漠化是国际社会高度重视的环境问题之一.
防治荒漠化的有效途径是利用生物措施和工程措
施,使退化的生态系统得以恢复.科尔沁沙地属于半
干旱地区,它的植被破坏严重,土地沙化强烈. 要治
理这一地区,最关键的问题就是选择适宜的植物种.
小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿是这一地区的乡土植物, 对
它们的研究大多是从种群或群落的角度进行
的[ 1, 5, 6] ,植物水分生理生态特性的研究还很不深
入[ 11, 12] , 对引种植物胡枝子和紫穗槐的研究更少.
针对这一特点, 本文研究了这 4 种植物的若干水分
生理生态特性, 确定它们的抗旱性和对环境的适应
性,为科尔沁沙地的综合治理工作提供理论依据.
2 研究地区与研究方法
21 自然概况
试验地设在内蒙古自治区翁牛特旗东部中国科学院沈
阳应用生态研究所乌兰敖都试验站的沙地植物园内.这一地
区属科尔沁沙地腹地( 43∀02#N, 119∀39#E) , 海拔 479m; 平均
年降水量 340mm, 其中 6~ 8 月的降水占全年的 70% 以上,
年蒸发量是降水量的 6~ 7 倍; 全年大气平均湿度为 50% ~
55% ,季节变化明显; 年均温度为 5. 8 ~ 6. 4 ∃ ; % 10 ∃ 的积
温为 3000~ 3200∃ , 无霜期 140~ 160d.
2 2 供试材料和方法
试验树种为沙地植物园内天然生长的小叶锦鸡儿
( Caragana microphylla )、胡枝子( Lesp edeza bicolor )、紫穗槐
( A morpha f ruticosa)、差巴嘎蒿 ( A r temish halodendron ) . 试
验地点选择在这 4 种植物均有分布的固定沙地, 各植物种之
间位置尽量接近, 方便试验操作.在晴天无风日, 选择树冠中
上部向阳枝条上的完整叶片, 用标签作好记号, 以备试验时
测定固定叶片, 每次测 5 个重复.
植物叶片水势用美国产的 T ruPsi 测湿仪测定. 将从植
株上取下的嫩枝放置室内自然风干, 用称重法测定叶片持水
应 用 生 态 学 报 2002年 11 月 第 13 卷 第 11 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Nov . 2002, 13( 11)&1385~ 1388
力和组织残留水,迅速称重后放入水中浸泡至恒重, 测饱和
重,再放入 105 ∃ 烘箱内烘干,称烘干重, 同时利用阿贝折射
仪法测定叶片的束缚水含量,并计算自由水含量.光合速率、
蒸腾速率以及相关的环境因子如光合有效辐射、温度等用美
国产的 CI301PS 光合作用测定仪测定. 土壤含水量用烘干
称重法测定.
3 结果与分析
31 植物水势的日变化和日均值比较
虽然目前还没有充分证据说明植物水势对植物
生理过程有直接的影响[ 10] ,但水势仍是为人们普遍
认同的抗旱能力指标.试验结果表明, 4 种植物水势
日变化是比较有规律的, 呈倒单峰型.清晨 6&00, 植
物水势较高, 随着气温逐渐升高, 空气湿度逐渐降
低,植物水势开始下降; 12&00~ 15&00期间,气温最
高,湿度最小,植物水势也降到最低,此后水势又慢
慢回升.由图 1可见,小叶锦鸡儿和胡枝子最低水势
出现的稍晚, 在 14&00 左右; 紫穗槐和差巴嘎蒿稍
早,在 12&00左右. 最低水势出现的时间早晚, 说明
植物对大气干旱的敏感程度不同,小叶锦鸡儿和胡
枝子的反应较慢,而差巴嘎蒿和紫穗槐则快些.
图 1 4种沙地植物水势日变化
Fig. 1 Diurnal variat ions of leaf w ater potent ial 4 plant species.
∋ .小叶锦鸡儿 C . mcrophylla, ( .紫穗槐 A . f rut icosa, ) .胡枝子
L . bicolor , ∗.差巴嘎蒿 A . halodendr on .下同 The same below .
图 2表示 4种植物日水势的均值, 小叶锦鸡儿
的日均水势最低,为- 22. 5Pa,其次是胡枝子和差巴
嘎蒿,分别为- 17. 3Pa和- 14. 2Pa; 紫穗槐的水势
最高,是- 10. 7Pa, 说明小叶锦鸡儿的抗旱能力最
强,紫穗槐对干旱的调节能力最差,胡枝子和差巴嘎
蒿居中.胡枝子和差巴嘎蒿相比,前者的日平均水势
值低于后者,但从图 1可以看出,差巴嘎蒿在午后的
水势低于胡枝子.由水势这一指标表明,小叶锦鸡儿
具有较强的抗旱性, 紫穗槐的抗旱性则较差, 差巴嘎
蒿和胡枝子的抗旱性强弱还不能确定.
32 植物叶片持水力的变化
叶片持水力可以说明植物组织抗脱水的能力,
是很重要的抗旱指标,对比较树种的抗旱性有重要
图 2 4种沙地植物水势日均值
Fig. 2 Diurnal average w ater potential of 4 plant species.
的指示意义, 通常用叶片失水速率及叶片失水达到
恒重的时间来表示. 从图 3可以看出,紫穗槐失水
速率较大,差巴嘎蒿的失水速率最小;在前 4h内,小
叶锦鸡儿和胡枝子的失水速率大致相同, 但在随后
的时间内,胡枝子的失水速率逐渐加快,而小叶锦鸡
儿则逐渐减慢失水速度. 4种植物叶片达到恒重的
时间也不同,差巴嘎蒿为 102h,小叶锦鸡儿为 95h,
胡枝子为54h, 紫穗槐为 30h.这一指标表明,差巴嘎
蒿抗脱水能力强, 达到恒重的时间最长,其次为小叶
锦鸡儿、胡枝子和紫穗槐.
图 3 4种沙地植物叶片失水速率
Fig. 3 Rate of waterloss of 4 plant leaves in sandyland.
33 植物叶片的水分生理指标比较
一般认为,抗旱性强的植物饱和水分亏缺较大.
由表 1可见,小叶锦鸡儿的饱和水分亏缺较大; 差巴
嘎蒿和胡枝子的饱和水分亏缺大约为小叶锦鸡儿的
1/ 2,但这两个树种之间的差异不大; 饱和水分亏缺
表 1 4种植物叶片的水分生理指标
Table 1 Water physiological index of the leaf of di fferent plant species
植物种
Species
饱和水分亏缺
Saturat ed
water
deficit( % )
总含水量
Water
content(% )
束缚水
Bound
water( % )
束缚水/自由水
Bound water
/ free water
小叶锦鸡儿 C. m icrophylla 12. 337 55. 332 34. 644 1. 675
紫穗槐 A . f rut icosa 4. 377 61. 352 15. 533 0. 339
胡枝子 L . bicolor 7. 607 58. 584 26. 394 0. 820
差巴嘎蒿 A . halodendron 6. 450 72. 859 42. 389 1. 391
1386 应 用 生 态 学 报 13卷
最小的是紫穗槐,仅为 4. 377% ,说明小叶锦鸡儿的
叶片抗旱性较强,紫穗槐则较差,差巴嘎蒿和胡枝子
居中. Richard[ 7]曾利用 PV 技术证明植物体内存在
着自由水和束缚水, 并用来阐明植物的干旱适应性.
在评价树种抗旱性时, 通常认为叶内束缚水含量越
高、束缚水/自由水比值越大, 抗旱性越强.
由表 1可见,小叶锦鸡儿的总含水量低, 束缚水
含量高, 束缚水/自由水比是这 4种植物中最高的,
抗旱性强;紫穗槐正好与小叶锦鸡儿相反, 束缚水/
自由水比最低, 抗旱性差; 与胡枝子相比, 差巴嘎蒿
叶片含水量较高,但失水不多,束缚水/自由水比也
较高,因此抗旱性强于胡枝子.
34 植物叶片蒸腾速率的日变化( E )
8月份, 试验区内的土壤水分条件较好,含水量
大约在 3%~ 6%. 在这种情况下, 苗木主要的水分
胁迫来自大气, 而不是土壤.因此,苗木的蒸腾强度
在一天中大致是随温度和空气湿度的变化而变化.
由图 2b 可见, 4种植物蒸腾速率的变化规律: 差巴
嘎蒿和小叶锦鸡儿在 6&00出现其蒸腾速率的最大
值,随后开始下降, 但随着温度的上升, 蒸腾速率又
略有升高,在午间 12&00左右,出现一个峰值, 随后
又开始减弱, 到 16&00, 温度开始下降, 蒸腾速率又
有所回升; 紫穗槐和胡枝子的蒸腾速率变化规律不
明显,但紫穗槐的蒸腾速率比胡枝子高.上述变化规
图 4 4种沙地植物蒸腾速率日变化
Fig. 4 Diurnal variat ions of transpirat ion rate of 4 plant species ( E) .
律说明,小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿对于大气干旱胁迫
的反应比较积极,抗旱能力较强,但它们所采取的应
对策略是不同的;而胡枝子和紫穗槐对于大气干旱
胁迫无明显的变化, 说明它们自身的调节能力有限,
抗旱能力较弱.
35 植物光合水分利用效率的比较( WUE )
光合水分利用效率用植物的净光合速率与蒸腾
速率的比值来表示[ 2] . 光合水分利用效率高,说明
表 2 植物的光合水分利用效率
Table 2 Photosynthetic water util ization efficiency of different plant
species(mol CO2 mmol- 1H2O)
植物种
Species
时间 T ime(h)
6 8 10 12 14 16 18
平均值
Average value
小叶锦鸡儿 C . microphy lla 5. 78 3. 43 3. 11 2. 99 3. 16 2. 89 4. 25 3. 66
紫穗槐 A . f ruti co sa 1. 16 0. 72 0. 78 1. 05 0. 96 0. 97 0. 48 0. 87
胡枝子 L. bicolor 2. 37 1. 07 1. 56 1. 24 0. 97 - 1. 54 2. 33 1. 22
差巴嘎蒿 A . halodendron 2. 75 1. 23 1. 12 1. 16 1. 70 0. 85 0. 89 1. 39
植物对水分利用比较经济、抗旱性较强. 表 2列出 4
种植物的光合水分利用效率,用这一指标来评价植
物的抗旱性.
由表 2可见, 小叶锦鸡儿的光合水分利用效率
最高,说明它的抗旱性最强, 其次是差巴嘎蒿、胡枝
子和紫穗槐, 结果与其他指标衡量的抗旱性强弱基
本一致.从一天的变化趋势来看, 4 种植物在清晨的
光合水分利用效率比较高, 但在午间光照最强, 温度
最高,湿度最小, 小叶锦鸡儿、紫穗槐和胡枝子的光
合水分利用效率都不同程度地降低, 胡枝子降低程
度最大,只有差巴嘎蒿略有升高,这结果与许多国外
的报道比较一致[ 3, 8, 9] . 差巴嘎蒿是采用大量消耗水
分来避免高温伤害, 以提高水分利用效率这种适应
方式来忍耐水分胁迫, 这也比较符合 Krammer[ 4]对
植物耐旱途径的定义.
4 讨 论
综合分析植物叶片水势、持水力、饱和水分亏
缺、束缚水/自由水比以及蒸腾速率和光合水分利用
效率等生理生态指标, 比较 4种沙地植物的抗旱性,
结果说明小叶锦鸡儿的抗旱能力最强, 其次是差巴
嘎蒿、胡枝子和紫穗槐.
研究表明,植物适应干旱的途径和适用的抗旱
性生理指标是不同的. 小叶锦鸡儿适应干旱的途径
是减少植物体内水分消耗, 即表现出低水势、高叶片
持水力和饱和水分亏缺、高的束缚水/自由水比、高
光合水分利用效率和弱的蒸腾速率, 属于耐旱性中
抗脱水类型.差巴嘎蒿水势较高,具较强的叶片持水
力和和极强的蒸腾速率, 说明它以大量消耗水分来
避免高温伤害,但其具有较高的束缚水/自由水比及
高光合水分利用效率说明它有一定的抗旱能力, 属
于耐旱性中忍耐脱水的类型. 此结论与周海燕[ 4]的
试验结果比较一致. 紫穗槐具有高的水势和较强的
蒸腾速率,也是采用大量消耗水分的适应方式来逃
避干旱,但它的持水力低,束缚水/自由水比很小,说
明它虽然和差巴嘎蒿采用同样的方式, 但本质是不
同的,并不真正抗旱.胡枝子的植物水势、叶片持水
138711 期 李雪华等: 科尔沁沙地 4 种植物抗旱性的比较研究
力、束缚水/自由水比、光合水分利用效率等指标表
明它的抗旱性弱于差巴嘎蒿, 强于紫穗槐,但它日均
水势低于差巴嘎蒿, 蒸腾速率与小叶锦鸡儿接近, 饱
和水分亏缺大于差巴嘎蒿.由此可见,胡枝子对于干
旱高温环境的适应是多方面和复杂的, 有待于进一
步验证.
植物的抗旱性结论验证了这一地区植物的发展
现状.小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿是乡土植物,长期适应
当地生态环境条件, 发展成优势群落,而且差巴嘎蒿
适合生长在水分条件好的流动和半固定沙丘, 利用
根系吸水以满足其大量蒸腾, 小叶锦鸡儿则以抗脱
水途径适应固定沙地水分亏缺的状况. 胡枝子和紫
穗槐是栽培植物种, 抗旱性较差,被引种后还不太适
应干旱生境,发展前景一般.因此,建议在植被恢复
过程中,注重乡土树种的发展,适当利用引种植物.
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作者简介 李雪华, 女, 1973 年生,研究实习员,主要从事植
物生理生态、植被恢复生态学研究, 发表论文 2 篇. Email:
lix h1214@sohu. com
1388 应 用 生 态 学 报 13卷