全 文 ：五叶地锦幼苗生长和生理生态特性
对模拟降水量变化的响应
寇祥明1 , 2 , 杨利民1 , 姜　雷1 , 李　玉1
(1.吉林农业大学吉林省生态恢复与生态系统管理重点实验室 , 长春 130118;2.江苏省生态
农业工程技术研究中心 , 扬州 225008)
摘　要:选择五叶地锦为研究对象 , 人为控制 4种灌水量 ,测定五叶地锦幼苗的生长 、生物量干重和生理生态
特性等指标。结果表明:降水量低于 350 mm 时叶片数 、叶面积 、叶生物量 、根生物量和总生物量显著降低 , 降
水量低于250 mm 时主枝长 、光合速率 、蒸腾速率 、气孔导度和胞间 CO2 浓度受到明显的抑制。因此认为五叶
地锦在极端干旱的地区不适宜作为固沙植物 ,只有在生长季节内降雨量 250 mm 以上的地区才能选择五叶地
锦作为固沙植物。
关键词:模拟降水量;五叶地锦;生长;生物量;生理生态特性
中图分类号:Q949.756.3　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-5684(2006)05-0521-04
Effect of Simulated Precipitation Change on Growth and
Physiological Ecology of Parthenocissus quiquefolia Seedlings
KOU Xiang-ming1, 2 , YANG Li-min1 , JIANG Lei1 , LI Yu1
(1.Key laboratory for Ecological Restoration and Ecosystem Managemen of Jilin province , J ilin Agricul-
tural University , Changchun 130118 , China;2.Research Center for Eco-Agricultural Engineering and
Technology of Jiangsu Province , Yangzhou 225008 , China)
Abstract:Growth and physiological ecology of Parthenocissus quinquefolia seedlings to the simulated pre-
cipitation change was studied by observing its response of four artificially controlled water infuse levels.
The results showed that leaf number , leaf area , leaf biomass , root biomass , and total biomass significant-
ly lower at less than 350 mm water infuse , and plant height , photosynthetic rate , transpiration rate ,
stomatal conductance and intercellular CO2 concentration showed significant repression at less than
250 mm water infuse.Therefore Parthenocissus quinquefolia is not fit to sand binding in extremely dry re-
gions , only when the amount of precipitation of the region is more than 250 mm can Parthenocissus quin-
quefolia be chosen as a sand binding plant.
Key words:simulated precipitation;Parthenocissus quinquefolia;growth;biomass;physiological
ecology
　　人类活动导致的全球环境变化和极端气候事
件的频繁发生 ,带来了干旱区和半干旱区环境问
题的日益加重 ,而过度放牧 、乱砍乱伐 、人口的急
剧增加及开垦更加速了土地荒漠化进程[ 1] 。我国
的土地荒漠化面积以每年 2 460 km2的速度扩展 ,
水土流失造成耕地面积每年以 100 hm2 的速度减

通讯作者
基金项目:省部共建国家重点实验室培育基地—吉林省生态恢复与生态系统管理重点实验室开放基金资助项目(DS2004-20)
作者简介:寇祥明(1979-),男 ,硕士研究生 ,主要从事生态农业技术和植物生理生态研究。
收稿日期:2006-02-01　　修回日期:2006-06-24
　第 28卷第 5 期 吉　林　农　业　大　学　学　报 Vol.28 No.5　
　2006 年 10月 Journal　of　Jilin　Agricultural　University October 2006　
少[ 2] 。因此 ,选择适合于干旱半干旱地区生长的
土住的或引种的植物种类用于固沙已成为当前的
研究热点 。
五叶地锦(Parthenocissus quinquefolia)是葡萄
科爬山虎属落叶藤本植物 ,在我国主要分布于辽
宁 、河北 、山东 、陕西 、浙江 、湖南 、广东 、湖北等
省[ 3] 。五叶地锦生态适应性强 ,地被覆盖速度快 ,
耐旱 、耐寒 ,根深可达 1.5 ～ 2 m ,可在自然条件恶
劣的地区种植 ,是固沙的优良植物[ 4] ,近年来受到
较高的重视。水分是制约植物生长发育最重要的
生态因子之一 ,对于干旱半干旱地区 ,生态系统水
分状况的研究显得尤为重要[ 5-10] 。有关水分因子
对五叶地锦生长和生理生态的影响未见报道 。本
试验采用人工模拟降水的方法研究了五叶地锦幼
苗生长和气体交换对水分变化的生理响应 ,其结
果可为五叶地锦在西部沙化环境治理中的应用提
供依据。
1　材料与方法
1.1　试验材料与处理
2004年 5月 12日选择生长量相对一致的五
叶地锦幼苗 100株 ,随机分成 4组 ,植入深 17 cm、
内径 21.5 cm 的花盆中 ,每盆 1株。土壤取自吉
林省松原市长岭县固定沙丘。将 100个花盆按组
序排列于棚架下 ,棚架的顶部盖有塑料布 ,晴天将
塑料布掀开 ,阴雨天盖上塑料布 ,以防降水影响试
验。试验中保证人工模拟降水条件下其他自然因
子接近自然状况 。
1.2　模拟降水量及灌水方法
根据 6 ～ 9月份自然降水量分别相当于生长
季内总降水量的 22.5%、34.9%、30.3%、12.3%
来设计每个月的模拟降水量 。6 月 12 日至 9月
16日 96 d 内每 3 d 在下午 17:00 ～ 18:00 灌水
1次 。灌水量计算方法:在直径为 20 cm 的雨量器
内 ,每降水 31.4 mm相当于自然降水 1 mm ,即:
3.14×(10 cm)2/31.4 cm3=S/ A。
式中 A 代表灌水量 , S 代表灌水面积 ,即在面积
为 S 的地面上灌水A mL 相当于1 mm降水。4个
处理累计降水分别为 150 , 250 ,350 , 450 mm ,分别
大致相当于温带典型荒漠地带 、温带典型草原地
带 、温带草甸草原地带和温带落叶阔叶林地带在
生长季节内的降水总量[ 11] 。
1.3　五叶地锦幼苗生长量的测定
在每一施水处理中随机选取 10株作为固定
观测株 ,从 6月 12日起每 15 d 测定幼苗株高 、茎
粗和叶片数 ,茎粗用精确度为 0.02 mm 的游标卡
尺测量茎基部 。9 月 21日每一施水处理随机选
取10株取相同部位的叶片各 10片以权重法测定
叶面积 ,建立叶面积(Y)与叶长×叶宽(X)的相关
方程:Y =0.635 1X+0.275 5(R=0.996 3),计算
单叶平均面积 ,并测定根 、茎 、叶及全株的生物量
干重 。
1.4　生理生态特性测定
在每组模拟降水处理中随机选取 3株幼苗 ,
用英国 ADC 公司生产的 LCI 便携式光合作用仪
对其中 3 片上位成熟叶片测定幼苗净光合速率
(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)和胞间 CO2 浓
度(Ci)。于灌水后的第2 d ,即2005年 8月7日的
7:00 ～ 19:00每隔 1 h测定 1次并求出平均值。
1.5　数据分析
用Excel软件完成全部数据处理和作图 ,用
DPS软件检验数据的差异显著性 ,用 Duncan 法进
行多重比较。
2　结果与分析
2.1　不同模拟降水量对五叶地锦幼苗形态特征
的影响
不同模拟降水量下 ,五叶地锦幼苗主枝长 、叶
片数 、茎粗 、叶面积均随着模拟降水量的增而逐渐
增大(表 1)。多重比较结果表明 , 450 mm 和
350 mm模拟降水处理的幼苗 ,除茎粗差异显著外
其他指标无明显差异;150 mm 和 250 mm 模拟降
水处理各项形态指标差异不显著;茎粗和主枝长
在350 mm和 250 mm模拟降水下差异不显著 ,叶
片数和叶面积差异显著。上述分析说明五叶地锦
幼苗形态变化受水分的限制较大 ,其中 ,降水量低
于350 mm叶片数和叶面积显著降低 ,降水量低于
250 mm主枝生长受到显著限制 ,而茎粗只在降水
量 450 mm以下明显减小 。水分对五叶地锦幼苗
生长的影响主要表现为叶片数 、叶面积和茎长生
长的变化 。
522 　吉　林　农　业　大　学　学　报 2006 年
表 1　不同模拟降水量处理五叶地锦幼苗的形态特征
Table 1.Morphological characters of Parthenocissus quinquefolia seedlings under different simulated precipitation
模拟降水量/mm
Simulated precipitation
叶片数
Leaf number
基径/mm
Stem diameter
主枝长/ cm
Tree height
叶面积/ cm2
Leaf area
150 12.40±3.12b 0.42±0.07b 27.65±15.21b 281.92±58.14b
250 13.42±10.20b 0.46±0.09b 40.32±22.24ab 298.27±58.27b
350 22.31±11.23a 0.50±0.07b 45.46±27.12ab 1024.86±304.25a
450 24.32±9.14a 0.60±0.09a 67.62±31.52a 1171.24±203.67a
2.2　不同模拟降水量对五叶地锦幼苗生物量分
配的影响
不同模拟降水量处理对五叶地锦幼苗叶 、茎 、
根生物量的分配及总生物量均有不同程度的影响
(表 2)。其中 ,模拟降水 450mm与 350 mm 之间和
250 mm与150 mm 之间 ,五叶地锦幼苗叶 、茎 、根生
物量分配及总生物量差异不显著 ,而 450 mm 与
350mm 和 250 mm 与 150 mm 比较 ,除 250 mm 与
350mm 间茎生物量差异不显著外 ,叶生物量 、根
生物量和总生物量差异均达到显著水平。上述分
析说明降水量低于 350 mm五叶地锦幼苗的叶 、根
和总生物量将受到明显限制 。
表 2　不同模拟降水量处理五叶地锦幼苗生物量干重
Table 2.Dry biomass of Parthenocissus quinquefolia seedlings under different simulated precipitation
模拟降水量/mm
Simulated precipitation
叶生物量/g
Leaf biomass
茎生物量/ g
Branch biomass
根生物量/g
Root biomass
总生物量/ g
Total biomass
150 1.39±0.53b 1.02±0.61b 2.19±0.84b 4.60±1.59b
250 1.94±1.17b 1.80±1.67ab 2.79±1.02b 6.53±3.64b
350 4.39±2.34a 2.55±1.53a 5.23±2.28a 12.17±5.86a
450 4.62±1.83a 2.88±1.38a 5.68±1.94a 13.19±4.72a
2.3　不同模拟降水量对五叶地锦幼苗生理生态
特性的影响
不同模拟降水量处理不同程度地影响五叶地
锦幼苗净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度
(Gs)和胞间 CO2 浓度(Ci)(表 3)。其中模拟降水
450 mm和 350 mm的 Pn 、E 、Gs及 Ci差异不显著 ,
而与 250 mm和 150mm上述指标差异均达到显著
水平。模拟降水 350 mm 和250 mm除 E差异显著
外 ,其余指标无显著差异 。增加灌水量有利于五
叶地锦幼苗光合速率 、蒸腾速率 、气孔导度和胞间
CO2浓度的增加。上述分析表明低于降水量
250 mm五叶地锦幼苗的光合速率 、蒸腾速率 、气
孔导度和胞间 CO2 浓度均明显下降。
表 3　不同模拟降水量处理的五叶地锦幼苗的生理生态特征
Table 3.Physiological ecology characters of Parthenocissus quinquefolia seedlings under different simulated precipitation
模拟降水量/mm
Simulated precipitation
净光合速率/
(mol·m-2·s-1)
Photosynthetic rate
蒸腾速率/
(mol·m-2·s-1)
Transpi ration rate
气孔导度/
(mol·m-2·s-1)
Stomatal conductance
胞间 CO2 浓度/
(μmol·mol-1)
Intercellular CO2
concentration
150 5.62±1.87c 3.22±1.06c 0.09±0.04c 235.71±31.73c
250 6.60±2.42b 3.95±1.51b 0.18±0.13bc 249.81±22.68bc
350 7.38±2.88ab 4.39±1.73ab 0.32±0.27ab 262.10±15.67ab
450 8.07±3.36a 4.64±1.85a 0.45±0.41a 268.43±13.33a
523　第 28卷　第 4 期 寇祥明等:五叶地锦幼苗生长和生理生态特性对模拟降水量变化的响应
3　讨　论
本试验结果表明在 250 mm模拟降水条件下 ,
五叶地锦幼苗的生长受到明显抑制 ,150 mm模拟
降水量可导致五叶地锦幼苗叶片脱落和枝尖死
亡。模拟降水量在 350 mm以上 ,幼苗得以快速生
长。从五叶地锦幼苗生物量分配看 ,模拟降水低
于250 mm 五叶地锦茎生物量显著降低 ,而低于
350 mm叶生物量 、根生物量和总生物量明显减
少。这说明五叶地锦对水分非常敏感 ,在不同的
水分条件下它通过调节自身的生理机能来适应环
境 ,进一步说明这种抗物有很强的生态可塑性 ,来
适应各种不同的生态环境 。
增加模拟降水量能有效增加幼苗净光合速
率 、蒸腾速率 、气孔导度 、胞间 CO2 浓度 。在
150 mm 模拟降水量下 ,幼苗因受到水分胁迫而将
气孔关闭 ,从而降低气孔导度和蒸腾速率 ,以免过
多的蒸腾失水导致幼苗干旱死亡。而在 250 mm
模拟降水量以上 ,幼苗通过根部吸收足够的水分
来提高叶片气孔开度 ,增大气孔导度和蒸腾速率 ,
以此提高净光合速率 ,进而提高生产力 。很多植
物都是通过降低生长和气体交换量来适应干旱压
力[ 12-14] 。
本试验只是从理论上对五叶地锦对水分胁迫
的响应进行了探讨 ,对于它的固沙效果和固沙能
力还需要进一步深入研究 ,同时还要考虑其对干
旱半干旱地区的地下水资源会不会有一定的影
响 ,能不能对当地的生态环境造成一定的不良影
响等 ,这些都应该是今后着重研究的方向。
总之 ,五叶地锦幼苗形态生长 、生物量和生理
生态特性对不同模拟降水条件做出了类似的生态
响应。随着未来全球变化的日益加剧 ,荒漠化变
得越来越严重 ,选择一种适应能力强 、耐干旱的植
物显得尤为重要 。虽然五叶地锦有很强的抗旱能
力 ,但在极端干旱的地区也不适合用作固沙植物 ,
只有在生长季内降水量 250 mm 以上的地区才能
选择五叶地锦作为固沙植物。
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524 　吉　林　农　业　大　学　学　报 2006 年