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不同蒸散量下小叶女贞的叶片特性



全 文 :文章编号:1007-4929(2012)08-0008-04
不同蒸散量下小叶女贞的叶片特性
于金丹,王 勇,郑翠娟,李 兴
(内蒙古师范大学内蒙古节水农业工程研究中心,内蒙古 呼和浩特010022)
  摘 要:为了定量研究绿化灌木蒸散量与叶片性状参数的关系,探索评价绿化灌木耗水效率的准则和指标,为绿
化灌木节水灌溉制度的制定提供参考。以北方常见绿化灌林-小叶女贞(Ligustrum quihoui Carr)为试材,进行了盆
栽试验。结果表明:随着蒸散量的增加,小叶女贞总叶面积、单叶面积、叶长和叶宽均呈先增加后减小的趋势,苗木刚
移植第一年(2010年)的变化明显比移植后第二年的变化剧烈。2010年,土壤含水率保持在65%~100%(FC)时4项
指标值最大;2011年在55%~100%(FC)时总叶面积最大,65%~75%(FC)时单叶面积、叶长和叶宽最大。2010年
比叶面积和水分利用效率(WUE)随蒸散量的增加呈先增加后减小趋势,2011年均呈减小的趋势。叶片失水速率随
蒸散量增大而减小,在24h后变化趋于平缓。
  关键词:小叶女贞;蒸散量;叶片;土壤含水率;水分利用效率
  中图分类号:S793.9  文献标识码:A
Leaf Characteristics of Ligustrum Quihoui Carr.under Different Evapotranspiration Condition
YU Jin-dan,WANG Yong,ZHENG Cui-juan,LI Xing
(Inner Mongolia Engineering Research Center for Water-saving Agriculture,Inner Mongolia Normal University,Hohhot 010022)
Abstract:In order to quantitatively study the relation between the evapotranspiration of the greening shrubs and the traits parameters
of the leaves,the standards and indicators for evaluating the efficiency of water consumption of the greening shrubs were explored to
provide a reference for formulating the water-saving irrigation scheme of the greening shrubs.The Ligustrum quihoui Carr,which is
a kind of common greening shrubbery in the north,are used as the test material to conduct the pot-planted experiments.The results
showed that with the increase of the evapotranspiration,the total leaf area,the single leaf area,the leaf length and the leaf width al
increased firstly and then decreased,and the change in the first year after the nursery stock implanting(2010)was obviously more
significant than that in the second year after the implanting.In 2010,the values of the four indicators were maximum when the soil
water content was kept between 65%~100%(FC).While in 2011,the value of the total leaf area was maximum when the soil water
content was kept between 55%~100%(FC),and the values of the single leaf area,the leaf length and the leaf width were maximum
when the soil water content was kept between 65%~75%(FC).In 2010,with the increase of the evapotranspiration,the specific
leaf area and the water use efficiency(WUE)increased firstly and then decreased.While in 2011,both of them decreased.The de-
hydrating rate of the leaves decreased with the increase of the evapotranspiration and the change tended to be slow after 24h.
Key words:Ligustrum quihoui Carr.;evapotranspiration;leaf;soil water content;water use efficiency
收稿日期:2012-03-07
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50969006);内蒙古应用技术研究与开发资金项目(20090514)。
作者简介:于金丹(1984-),女,硕士研究生,主要从事水资源可持续利用方面的研究。E-mail:yujindan1984728@163.com。
通讯作者:王 勇(1970-),男,副教授,博士,主要从事节水灌溉理论与技术方面的研究。E-mail:wangyonglsx@163.com。
  进入21世纪以来,我国城市化进程明显加快,2011年城市
化率已达49.97%,预计2015年可达51.15%[1]。快速的城市
化进程和良好的人居环境意识,促进了城市绿化建设的迅速发
展,2010年,绿化覆盖率达38.22%[2]。我国又是一个严重缺
8 节水灌溉·2012年第8期
水的国家,水资源总量约2.8万亿m3,占世界总量的6%,人均
水资源量不足2 150m3,仅为世界人均水平的1/4[3]。绿化灌
木是城市绿地植物的重要组成部分,其高效节水技术的发展与
应用,对解决我国水资源严重不足和城市绿化面积迅速扩大的
矛盾有重要现实意义。长期以来,许多学者从不同角度对绿化
灌木的节水机制和机理进行了研究,如绿化树木抗旱品种选
择[5-7],植物水分生理、不同树木蒸散耗水特性对比等[12-18]。
叶片是植物进行光合作用的主要器官,直接关系着植物体干物
质积累和与外界微环境的物质交换。许多植物生态学者认
为[8,15],在众多的植物性状中,植物的一些叶片性状与植物的
生长对策及植物利用资源的能力紧密联系,能够反应植物适应
环境变化所形成的生存对策[13,17]。王勇(2006年)的研究认
为,叶面积是一个可把绿化灌木结构、功能和景观质量与植物
缺水状况紧密联系起来的、比较理想的形态指标[9]。因此,本
文以北方常见绿化灌林-小叶女贞(Ligustrum quihoui Carr)
为试材,通过盆栽试验,定量研究不同蒸散量下小叶女贞叶片
特性(形态和面积)的变化,结果对探索评价绿化灌木耗水效率
的准则和指标,建立水分生产函数,指导绿化灌木节水灌溉制
度的制定具有一定作用和现实意义。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2010年4月在内蒙古师范大学内蒙古节水农业工
程研究中心试验基地内进行。试验地位于呼和浩特市和林格
尔县盛乐经济园区,距呼和浩特市50km,属中温带大陆性气
候,太阳辐射强,光照资源丰富,多年平均日照2 941.8h,平均
气温5.6℃,平均降雨量392.8mm,无霜期128d左右[10]。
2010年平均气温7.6℃,全年降水量469.5mm。
1.2 试验材料
采用盆栽试验,试验用盆为塑料花盆,上口直径30cm,下
底直径19cm,盆高23cm。土壤来自试验地,为粉沙壤土,经
孔径为2mm筛子筛分后的土壤粒径组成见表1。把过筛后土
壤与农家肥按重要比为4∶1(干土/农家肥)均匀混合,作为盆
栽土壤(农家肥3kg/盆),其土壤理化性质为:有机质6.29g/
kg、全N 0.18g/kg、碱解N 6.26mg/kg、全P 0.51g/kg、速效
P 50.34mg/kg、全K 27.19g/kg、速效K含量195.99g/kg及
pH值8.8。小叶女贞树苗取自呼和浩特市三苗圃,苗龄3a,平
均冠幅28cm,平均株高60cm,平均分枝数3枝。
表1 供试土壤粒径组成
范围/mm  1.000~0.050  0.050~0.002 <0.002
体积含量/% 16.103 150 00  55.070 268 97  28.826 580 37
1.3 试验布置
移植时,花盆的填土重量采用土壤干容重控制,为1.49g/
cm3,实测田间持水量为26%,花盆底部用2片尼龙纱布覆盖
以防漏土。设2种水分处理(见表2),一种为土壤含水量下限
控制,即:当土壤含水量下降到下限水平时开始灌水,灌水上限
为田间持水量(FC),有5个水平;另一种为土壤含水量区间控
制,即:通过灌水,使土壤含水量保持在某一区间范围内,有4
个水平。2种水分处理的每一水平均设6个重复,共54盆。
2010年4月16日移植,采用随机区组布置,共放置6排(6
个重复),每排9盆(9个水分处理水平),每盆1株。为了减小
树苗个体差异引起的误差,栽植时尽量使每一区组(每排)内的
树苗大小相近,选定后将树苗移栽至花盆中,充分灌水。待苗
木恢复生长一段时间后,2010年6月22日开始用秤重法控制
灌水[4]。2010年9月19日,按区组破坏取样3个重复,共27
盆。之后,常规田间管理剩余3个重复(共27盆)到2011年5
月,2011年5月23日开始,继续用秤重法控制灌水,2011年8
月21日结束,并全部破坏取样。试验地设置2个雨量筒,用以
测定试验期间的降雨量。
表2 盆栽试验水分处理设计
水分处理 水平Ⅰ 水平Ⅱ 水平Ⅲ 水平Ⅳ 水平Ⅴ
水分处理1
35%~
100%
(LW1A)
45%~
100%
(LW1B)
55%~
100%
(LW1C)
65%~
100%
(LW1D)

水分处理2
35%~
45%
(LW2A)
45%~55%
(LW2B)
55%~
65%
(LW2C)
65%~
75%
(LW2D)
75%~
100%
(LW2E)
1.4 参数测定
1.4.1 蒸散量
用秤重法测定,电子天平型号为 YP30000,量程30kg,精
度1g。测定日期为:2010年6月22日~9月19日和2011年
5月24日~8月21日,每日测定时间17:00~19:00时。蒸散
量= 时段灌溉用水量(mm)+时段有效降雨量(mm)。有效降
雨量为降雨前雨后盆栽重量的差值。
1.4.2 叶特性参数的测定与计算
包括叶重、叶长、叶宽、叶面积、叶片失水速率、比叶面积、
水分利用效率等。
首先将1个区组的9盆树苗(9个水分处理各1个重复)移
至室内,分别把树叶全部剪下(树苗不离花盆)编号放入塑料袋
内,立即秤鲜叶重。然后从每一处理的鲜叶中随机取5~7g,
称重后黏贴在计算纸上,用SAMSUNG XCX-3201扫描仪扫
描。之后,用同样的方法破坏取样另一区组,一次取3个区组
(3个重复)。用AutoCAD软件量测工具测量每一黏贴叶的叶
长、叶宽和叶面积,用计算纸方格校核测量精度。叶长是从叶
基部到叶尖的直线长度,不包含叶柄,叶宽是垂直于叶长中点
处的宽度。3天内随着累积时间的增加分别测定剩余鲜叶重6
~10次,之后将叶片置于80℃烘箱,烘干至恒重,测量叶片干
重。其他指标计算公式如下:
叶片失水速率(g/g/h)= 相邻两次剩余鲜叶重的差值÷
间隔时间÷叶干重;
比叶面积SLA(cm2/g)= 叶面积÷叶干重[11];
水分利用效率 WUE(cm2/mm)= 总叶面积÷蒸散量。
1.5 数据处理
用SPSS 14.0、AutoCAD 2008、Excel 2003软件进行数据
处理和分析,用F检验法进行方差分析,用LSD法进行多重
比较。
9不同蒸散量下小叶女贞的叶片特性  于金丹 王 勇 郑翠娟 等
2 结果与分析
2.1 不同蒸散量下小叶女贞的叶面积变化
不同水分处理下小叶女贞叶面积的变化见图1。从图1
(a)可以看出,2010年和2011年的蒸散量与总叶面积均呈开口
向下的两次抛物线关系,决定系数R2 分别为0.731、0.532,大
于相应相关系数临界值r2(9)0.01=0.526。说明蒸散量与总叶
面积呈极显著正相关。随着蒸散量的增加,总叶面积开始时较
快增加,之后逐渐变缓。2010年总叶面积随蒸散量的变化较
2011年剧烈,蒸散量在688.90mm(65%~100%FC)时总叶面
积达到最大,2011年在945.11mm(55%~100%FC)时最大。
平均单叶面积随蒸散量的变化与总叶面积相似,为开口向下的
二次抛物线,只是呈显著正相关,分别在在688.90mm(2010
年)和873.51mm(2011年)时最大,见图2(b)。
2011年的总叶面积明显大于2010年,但平均单叶面积又
小于2010年,见图1。这可能与大叶女贞生物学特性有关。
2010年是移植后的第一年,苗木较小,分枝数少,所以叶片数量
较少,虽然整株树木的物质积累量较小,但单叶的物质积累量
较多。随着苗木的生长(到2011年),树枝数量增加,叶片数也
随之大量增加,单叶的物质积累量变小。这与地小叶女贞地上
干物重的变化趋势一致(已在2012年水土保持通报第3期
发表)。
图1 不同水分处理下小叶女贞叶面积的变化
2.2 不同蒸散量下小叶女贞叶片长、宽的变化
不同水分处理下小叶女贞叶片长、宽的变化见图2。从图
2可以看出,不同水分处理下,2010年小叶女贞平均叶片长和
宽均大于2011年,这进一步说明了2010年的平均单叶面积较
2011年的大。2010年,小叶女贞平均叶片长和宽均随蒸散量
的增加,呈现先增大后减小的趋势,当蒸散量达到684.99mm
(65%~75%FC)时叶片最长,蒸散量为684.99mm时叶宽最
大。2011年,叶长和叶宽随蒸散量的变化比较平缓,且有极缓
慢先增加后减小的趋势,蒸散量均在719.80mm(45%~100%
FC)时开始减小,见图2。说明蒸散量对小叶女贞幼苗叶片的
长、宽(即叶形态)的影响明显,对较大树木的叶形态影响较小,
较大树木叶片的长和宽随蒸散耗水量的增加呈减小的趋势。
这也可以从2010年的叶长和叶宽较2011年的大,但在相同控
水条件下,2011年蒸散量较2010年大得到佐证。
图2 不同水分处理下小叶女贞叶片长、宽的变化
2.3 小叶女贞叶片的失水速率
不同水分处理下小叶女贞的叶片失水速率见图3。植株叶
片在空气中的失水速率反映叶片的持水力,或称植物组织抗脱
水能力[14]。不同水分处理下的小叶女贞叶片失水速率见图3。
从图中可以看出,随着时间的推移,小叶女贞叶片失水速率均
呈减小趋势,约24h后变化趋于平缓。除2011年第一种水分
处理LW1B(45%~100%FC)的叶片失水速率明显大于其他水
分处理外[图3(c)],其他均为蒸散量越大,叶片失水速率较慢,
其由快到慢的顺序分别为LW1A>LW1B>LW1C>LW1D和
LW2A>LW2B>LWC>LW2D>LW2E[图3(a)、(b)、(d)]。
说明蒸散量越大,植株叶片的持水能力越好,即两种水分处理
在LW1D、LW2E时的叶片持水能力最好。本研究所用的方法
与快速秤重法测定植株蒸腾速率的方法不同,是把树叶全部剪
下秤鲜重,其间约需1h,第一次测定的叶片失水速率为叶片离
体1h到约2~3h的速率,因此更能代表叶片组织的抗脱水性
能[16]。
2.4 小叶女贞的比叶面积变化和 WUE
用F检验法对不同水分处理下比叶面积和 WUE进行检
验,2010年的F值分别为20.48和3.41,大于显著性水平a=
0.05时的临界值F0.05=2.51;2011年为2.07和4.53,比叶面
积小于a=0.05时的临界值,WUE大于临界值。说明不同蒸
散量对2010年的比叶面积、WUE和2011年的 WUE影响显
著,对2011年的比叶面积影响较小。根据多重比较结果(LSD
01 不同蒸散量下小叶女贞的叶片特性  于金丹 王 勇 郑翠娟 等
图3 不同水分处理下小叶女贞的叶片失水速率
法),2010年比叶面积差异显著的主要原因是来自于两种水分
处理(处理1和处理2)间的差异,在一种水分处理间的差异不
明显(见表3)。
表3 不同水分处理下小叶女贞比叶面积和 WUE
处理
蒸散量/mm
2010年 2011年
比叶面积/(cm2·g-1)
2010年 2011年
WUE/(cm2·mm-1)
2010年 2011年
LW1A 470.03  701.29  121.87a 151.21ab  3.12abc  9.40abc
LW1B 503.26  719.80  138.41a 136.70abc 3.37abc  7.37bcd
LW1C 647.10  945.11  123.15a 142.85abc  4.59a 7.34cd
LW1D 688.90  1104.77  141.15a 120.48c 4.39ab  5.61d
LW2A 350.32  371.21  45.19b 157.34a 1.67c 11.18a
LW2B 395.19  560.84  53.94b 125.91bc  1.89c 8.60bc
LW2C 498.86  596.50  55.25b 131.41bc  2.07c 9.63ab
LW2D 684.99  873.51  62.93b 125.21bc  2.37bc  7.42bcd
LW2E 804.21  978.78  56.36b 116.88c 2.02c 7.93bc
  随蒸散量的增加,2010年比叶面积和 WUE均呈先增加后
减小的趋势,2011年均为减小的趋势(表3)。两年的变化规律
不一样,原因可能也与2010年是苗木移植后的第一年,苗木较
小,对盆栽环境有一个适应过程,2011年为移植后的第二年,苗
木在盆栽环境中已有一年的生长有关。总体来说,2010年水分
处理1的比叶面积和 WUE很明显大于水分处理2,但2011年
这种差异变小(见表3)。
3 结 语
通过上述分析,可以得出以下结论。
(1)随着蒸散量的增加,小叶女贞总叶面积和单叶平均面
积均呈开口向下的两次抛物线规律变化。2010年(苗木刚移植
后第一年),水分处理为65%~100%(FC)时总叶面积和平均
单叶面积最大,2011年在55%~100%(FC)时总叶面积最大,
65%~75%(FC)时平均单叶面积最大。2011年的总叶面积明
显大于2010年,平均单叶面积小于2010年。
(2)小叶女贞叶片长和宽随蒸散量的增加均呈现先增大后
减小的趋势。2010年变化剧烈,水分处理在65%~75%(FC)
时叶长和叶宽最大。2011年变化极缓慢,水分处理在45%~
100%(FC)时最大。叶片失水速率随蒸散量增大而减小,约24
h后变化趋于平缓。
(3)不同蒸散量对2010年的比叶面积、WUE和2011年的
WUE影响显著,对2011年的比叶面积影响较小。2010年比
叶面积间的差异主要来自于两种水分处理。
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11不同蒸散量下小叶女贞的叶片特性  于金丹 王 勇 郑翠娟 等
图7 铺设长度65m逆坡0.76%灌水均匀度
图8 铺设长度100m顺坡1.5%时压力与出水量关系
图9 铺设长度65m逆坡0.76%时压力与出水量关系
带水头损失,但其出水量仍然未达到设计要求,较设计偏小
0.02L/h。
4 结 语
(1)A型滴灌带由于其灌水器制造偏差过大,铺设长度和
水头的变化对其滴水均匀度的影响较B型滴灌带更为明显。B
型滴灌带由于其灌水器制造偏差小,在各种条件下灌水均匀度
均优于A型滴灌带,但B型滴灌带其价格略高,导致滴灌系统
建设成本偏高。在不影响灌水均匀度的情况下,设计时可选用
A型滴灌带,以节约成本。
(2)在不影响灌水均匀度的情况下,A型和B型滴灌带进
水口设计压力可进一步降低。在逆坡1.0%,铺设长度60m情
况下,对于A型滴灌带,Hin可以降到3m,对于B型滴灌带,
Hin则可以降到2m。
(3)顺坡条件下,A型和B型滴管带Cu 均随铺设长度的增
加而降低,当Hin≤4m时,A型Cu 降低的速率更为明显。当L
≤100m时,降低入口压力和增加滴管带铺设长度对滴管带灌
水均匀度影响均不大,Cu 保持在90%以上。当L=120m时,
A型滴灌带Hin可以降到3m,B型滴灌带Hin则可以降到2m。
试验中一些预先设计方案由于受地形条件、作物的影响未能全
部实现,因此试验不够完善,如逆坡条件下增加铺设长度、无坡
度条件下不同铺设长度对Cu 的影响等均未测试,因此还应在
大田或试验室中进一步设一些不同情景模式加以验证。
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