全 文 ：2弓7一
第 l7卷 第 3期
1 9 9 7年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINIC A
l 。
Vo1．17，NO．3
May， 1997
柠条抗旱的生理生态与土壤水分关系的研究
f
建民、
V
／贾翠萍 <
； 科； 磊院．呼和特特市．。l。1。) ‘) 9 、3。
摘要 采用 LI一1600气孔计和压力室测试了风沙土上生长的柠条的SPAC系统的水分关系和P-V水分特
征曲线，结果表明·当沙土含水率( )的水分特征曲线的回归方程为·Cs=-40．32196× 427905TM．沙
土平均含水率大于 4．5“．柠条圃抄林生长正常，叶水势高。沙土含水率小于 4．3 时，柠条生长速度显
著下降，柠条清晨叶水势(“ )与沙土含水率( )的回归方程为： =-0．35926·e¨ ”“ t风沙土上生
长的柠条的 经济水闽 大约在 4．5 左右， 生命水阉 大约在 3．5 左右。
关■调 。清晨叶水势，土壤水势，嘭压
一
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sTUDIED ON THE REL枷 ONSHIP BETW EEN PHYSIO
L0GICAL ECOLoGY OF DROUGHT—RESlSTANCE IN
CA AGAⅣA 置D 日 置” AND SOIL W ATER
Yang Wenbin Ren Jianmin Jia Cuiping
(Academy of F Sciemes Inner M~gaEa Huhhot 0100101
Abstract The paper has investigeted the physio—ecological water relationship of the SPAC
system and water parameters of P—V curver of Caragana korshiski growing in aeolian sandy
soil．When the relationship between water content( )and water potential(以)in the aeolian
sandy soil is： 一-40．32196×0．42795 ， =4．5 ，is just the poit that convert the slowly
fal into the fast one．When W > 4．5 ，C．korshbzski grows very wel1．Arid when W is bellow
to 4．5 ，the growth has been affected by W ．The leave water potentinl and transperation
rage begin tO fal step by step．
The relationship between W and water potential( )of leave measured in early morning
is： 一一O．35926×e ，and 一4．5 is turning point while converts the slowly fal
into the faSt one and the fact that 一 一 1．46 M Pa is abDve 一 一1．81 MPa．It shows that
C．karshbzski may maintain the turgor potential in al night time．And 一 4．5 is the“criti—
cal value”that C．korshbzskii COUid grow verywelinthe soil．w heI1W 一 3．5 ， = 一 2．18
· 本文承内蒙古林业厅高级工程师邹立杰先生指导，井提修改意见．谨此致谢。
收稿 日期t 1995—05 27，修改穑收到日期：1996—01—27。
，
朋
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240 生 态 学 报 17卷
MPa is blow ，which C． can t maintain turgor potential and begin to die individu
ally．
Key w 。； water potential of leave in early morning，water potential of soil，turgot po-
tentia1．
柠条锦鸡儿( gn眦 Kmshiaskf komar)是干旱半干旱区重要的固沙灌本造林树种之一。在干旱半
干旱 区．水分是植物生存的重要限制因子。因而．许多学者对植物蒸 腾等水分生理生态特性进行了广泛
的研究口叫]。从 ∞年代弓}入SPAC系统和能量概念后，随着测试仪器的不斯发展，使水分关系的研究有
了根大发展，特别是对 P-V技术的运用。致使在国外水分关系的研究已进入一个新的阶段 ．本文拟采
用这一研究方法来重点研究SPAC的水势及其蒸腾速率的关系对柠条林生长的影响．为干旱半干旱区走
水分林业的发展方向．实行以水定林提供科学依据
1 材辩和方法
取自内蒙古伊克昭盟机械化林业总场沙母花作业区(达拉特旗)的柠条固沙林。海拔 1200m，年平均
气温 6、1℃，绝对最高、最低气温分别达40．7℃和一34．5℃ 多年平均降水量317、1 mm．多年平均蒸发
皿蒸发量 2167、7 mm；观测样地均选在覆沙土粱上，质地为风抄土，沙层厚度大于 1．8 m，容重 1、50～
1．60 g／era~．比重 2．65 g／era ，地下水埋深在 7m 以下。
首先对选旗境内人工柠条固沙林生长状况和林下沙土含水率进行大规模调查，然后选择两块典型柠
条固沙林分别称为拧条 1(生长于沙母花南部 4～5度斜坡上)和柠条 2(生长于沙母花北部约 5～6度斜坡
上)，林龄均在 10 a以上，密度分别为 2040株／hm 和 1365株／hm ．平均株高 2．83m和 2．99m，地径
3．7 cm和 3、8 cm。生长状况在 4～7月初稿差，其后则迅速生长
用LI一1600气孔计测试蒸腾速率和环境因子，采用PMS压力室同步测定带叶小技水势 分层取样(0
～ 200 era共分13层)烘干法，同时测定林下及对照(流动沙丘迎风坡中部)风沙土的含水率，取样深度分
别为 0、10、20、30、40、60、80、100、120、140、1 60、180、200 cm．采用相同的风 沙土盆栽幼讨(高 70
cm)同在大田条件下进行灌水补给控水试验 ，在不同土壤含水率时采用 PMS压力室测定清晨6：00～7：
00时的叶水势及其 日变化和 LI-1600测定蒸腾速率的 日变化，采用 Richter方法制作 P-V曲线
2 结果与分析
2．1 不同生长状况柠条林下沙土含水率
在内蒙古伊盟、巴盟和乌盟等地区，营造的大面积柠条固沙林中．虽然还未出现类似梭梭固沙林大
面积戚片衰亡现象．但生长停滞．出现衰退现象的人工柠条固沙林仍占相当比重。在库布齐沙漠东部达
旗境内，对生长于相似风沙土上的拧条固沙林下沙土含水率的大量调查结查(见表 1)表明 当林下沙土
40～160 era沙层各层含水率小于 4、O 时，柠条固沙林生长停滞，叶片呈灰白色．极少结果或基本不结
果，叶片上毛特别发育
2、2 水分生理生态特征对沙土干旱胁迫的反应
在相同的沙土质地，不同的沙土含水率(测试样地抄土容重 1．55 g／era ，比重 2．65 g／era ，孔隙度
41．5 ．一1／3MPa和一1．5MPa的含水率分别为5．7 和 3．9 )条件下，分别测定了柠条 1固沙林的叶
水 势和蒸腾速率．测试结果表明：当 0～200 cm沙层中各层的含水率小于 4．0 时(见表 2)，平均约
3．86 对应沙土水势的平均值约一1．54 MPa，柠条清晨叶水热降低为一1．46 MPa，日较差减步，平均为
0．46MPa}相对的蒸腾速率下降，日变化曲线平缓(见图 1)，日平均值仅 329．4 g·g ·s～ 而当林下
沙土含水率提高到平均值约达 6．67 时，对应沙土水势的平均值约一0．21 MPa．此时，柠条清晨叶水势
可选一0．47MPa，比对照提高约0．99MPa．叶水势日较差增大．日变化曲线变陡，平均日较差可达0．92
MPa，比对照增大约0．46 MPaI相应的蒸腾速率明显提高，日变化曲线变得很陡(图1所示)，日平均值
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3期 扬文斌等：柠条抗旱的生理生态与土壤水分关系的研究 243
可达 586-8 ‘g一 ’s-。，比对照高约 2·3倍之多 同时测定的柠条 2样地的变化规律与柠条 l完垒相
同 。
衰1 不同生长状况拧条#下沙土含水率( )
Tal~e 1 Water∞Ⅱt枷 0f the atol~ t~ldy soII In the dlfter~~ sr~tth]eve]with 0lm fo~est
注：0～40 cm．每 10 cm为一层，40～120 cm，每 20 ca为一层
衰2 拧条同沙#下沙土含水率( )
Table 2 W aterm t吼1 0fthe seollan sandy soil thefcl~st of0w l胛
时问 Time(0 do吐)
图 l 不同秒土含水率条件
下柠条 l蒸畴速率
F嘻 l Di1lrl丑1 v 1atI叨 s Tr Ⅲ e of
‰ g— in the different water con№nt soil
2．3 测试样地风抄土含水率及水势分析
在 5～10月期间，定期定点地测定了柠条固
沙林下风沙土含水率的季节动态．柠条 1样地的
测定结果(见图 2)表明：柠条林下沙土各层的含
水率均低于对照样地，且不同层次的差异和变化
规律不 同，表现为 5 cm抄土层t柠条林下沙土
含水率大小与对照相似，二者的含水率均有变化
剧烈、起伏较大的特点，反映出主要受降水和蒸
发的影响，而实际蒸发量是土壤表层含水率和温
度的函数啪；40 Cm沙土层，林下沙土含水率的
季节动态规律与对照基本相似，但平均含水率比
对照降低约 2．6 ，且起伏小于 5 Cll土层}300
Cm沙土层，对照抄土的含水率的起伏变化 已显
著减小，从 6月 20 13～7月 20 13前 ，含水率基
本没有变化 ，维持在 8．0 在右．由于 7月21 El
的特大降水．使得此层含水率从约 8．0 提高到
12．O ，其后缓慢下降I而林下此层的含水率在
7月 20 13之间均低于 4．5 ，比对照的 8．0 低约 3．5 ．但受 7月 21目的特大降水补给后，含水率迅速
提高到基本与对照相近水平．其后由于柠条林大量蒸腾耗水．含水率迅速下降，到 9月22日柠条生长结
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生 态 学 报 17卷
柬时，含水率又降到4．5 以下，此时巳比对照低约4．7 左右；200 cm土层，对照的抄土含水率的季节
变化与 100 cm层相近，而林下沙土的古水率基本没有变化，稳定在 4．5 左右，反映出 80．9 mm的特大
降雨也不能人渗到林下800 cm沙土及其以下土层中，同时说明小于 4．5 的含水率已不易被柠条嗳收利
用，含水率低于 4．5 已髟响到拧条的正常生长。柠条 2样地的抄土含水率的变化规律与柠条 1完全相
同。
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月／B"Month，d·
图 2 不同棵度柠条 1林下抄土含水事季节变化
Fig．2 & 8otla】variations of wa‘er content of s0d_m the d~emnt depth
1·对厢 cK 5 cⅢ 五 对厢 Ioo cm 3．柠条林下 5 cmCara~ mforest 5 cm 4．柠条林下 100 cm
5．对照 40 crⅡ 6．对照 200 cm 7．柠条林下 40 cm 8．柠蕞林下 200 crn
圈 3 风抄土舯水分特赶曲蝗
F ．3 The WSt~Y s。il character
c山 e of ae0Han Baldy soil
通过对柠条固沙林下风抄土的水分特征曲
线(见图3)的分析得出风抄土含水率( )与土水
势( )呈以下关系。
一一 40．32196 X 0．427905 (1)
相关系数 一0．9436，用 f测验有 ⋯>土0．01(，
= 一2)为极显著；平均相对误差仅 3．8 。
经计算分析，谈沙土水分特征曲线的转点大
约在 一4．5％，对应 一一0．88 MPa，而当
=3．5％，也一一2．07 MPa。
2．4 清晨叶水势与沙土含水率的关系
通过对柠条不同等级水分处理，测定了柠条叶片
清晨叶水势( )与抄土含水率的关系，结果(如
图 4)所示，经统计分析发现，柠条叶片清晨水势
( )与抄土含水率( )存在着以下回归关系。
= 一 0．35926× 。 川。 (2)
相关系数 R 0．99381，用 f涮验 IfI> 士
0．01(，一n一2)为概显著，相对误差为 4．02 。
经计算，对应上述4．5 抄土含水率的清晨叶水势为一1．46 MPa，而当抄土含水率降到3．5 时，对
应的清晨叶水势约为一 18 M 。
2．5 P-V曲线及其水分生理特性分析
P—V曲线是采用压力室为植物样品绘制的压力、容积曲线啪，典型的 Plv曲线见图5。
巨
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3期 拓文斌等 柠条抗旱的生理生态与土壤水分关系的研究 Z43
圈4 抄土古水事与清晨叶水势消长的关系
Fig．4 The mlatio~blp between W
wgter potentsJl cf leave that
measured in early morning
图 5 柠兼的典型 P—V曲线厦其参数说明
F 5 A typical P-Vcurve and derivation
of ti } er re]aden p肛删 t s cf C4r口g 瑚
P =1／ ：叶水势的倒数 o；充分膨压
时的渗透势| 膨压为零时的渗透势|如 压
力势(膨压)| 渗透势l 并质体水； ；非
并质体球；RWD相对水分亏戗·删 D9． =0
时的相对水分亏映| ·总饱和水的体积。
根据Vant Hof提出的溶澈的渗透势( )与溶质体积( )成反比的豫理．得出公式 T_
1／ — V／RTNs= (y V )／RTNs (3)
了、为绝对温度． 是通用气体常数， 是溶质的克分子数l其中r，、 、^ 是常敷。
按照P—V曲线所碲定的脆数的计算方法(见图5)，确定出柠条生长期间的水分参数分别为：
一一 1．43土 0．09· =一 1．8士 0．12； ，一 65．3％ ·V．／ 一 0．51·RWDo= 13．6％。
3 讨论
上述阐明了柠条的水分生理生态特征．下面进一步讨论拧条抗旱的生理生态水分关系。
3．1 当风沙土的水分特征曲线为 靠一一40．32196×0．427965 时 ，沙土含水率大于 4．5 ，柠条固沙林
生长正常，一旦沙土含水率下降到 4．5％以下．出现沙土水分胁迫现象 ．致使柠条生长速率显著下降，而
当沙土古水率降到 3、5 以下后．拧条出现严重衰退特征．生长完全停滞，叶片变小，叶量减少。
3．2 林下风沙土的含水率( )与沙土水势( )的关系曲线上的一个转折小区大约在含水率为4．5 处，
对应的水势值约一0．88 MPa，当沙土含水率大于此区域时．抄土水势稳定保持在较高水平．水分易被柠
条吸收 而当抄土含水率降至该小区域以下后，沙土水势亦迅速显著降低．水分的有效性明显降低．因
此．我们认为诙小区域是该风沙土的一个水分分界圈值，另一个含水率在3．5 附近的区域．对应的沙土
水势为一2．07 MPa．小于这一值 ，柠条出现严重衰退现象，并有个别埴株死亡。
3．3 拧条林下沙土含水率( )与柠条清晨叶水势的关系：“⋯ 35926 e ““ ，在上述4． ％的含水
率曲线上对应的水势值为一1．46 MPa。刚好是清晨叶水势随抄土含水率呈直线缓慢下降转变成曲线迅速
下降的分界离灶．其生物学意义在于：当抄土含水率大于谤两值时，柠条叶片水势能蟛在一千夜间恢复
到睇压消失点以上·而当沙土含水率降到3．5 以下后 ．对应的柠条清晨叶水势为一2．18MPa，低于 =
一 1、8．这说明柠条叶片既使在清晨也不能恢复其膨压。
3．4 从P—V曲线确定的水分状况参数来看，拧条具有较低的 和 值．因此．当柠条林下沙土古水率
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太于4．5 时，沙土水势稳定维持在一O．88 MPa以上，柠条叶片的渗透势总低于一1．81 MPa，其水势差
即嗳水力也总大于一0．92 MP丑，能够保证柠条清晨叶片水势维持在膨压消失点以上，即柠条的清晨叶水
势总大于一1．8 MPa，而当沙土含水率降到 3．5 左右时 抄土水势下降到一2．07 MPa，对应清晨叶水势
降到一2．18 MP丑以下，也不能阻止柠条叶片水势迅速降低，即使在清晨也不能恢复膨压，柠条林将会出
现严重衰退现象。
3．5 抗旱的生理生态水分关系 是把土壤干旱与植物对干旱的适应相结合的土壤一植物一大气水分关系-
它是沿着抄土消减的水分生态位的变化，寻找出与土壤水分特征相适应的植物水分特征与生长关系的。临
界 阈值”，结合生产实践和上述讨论．确定出两个临界阈值 ，即“经济水阈”和 生命水阈”t前者系指能维
持该植物正常产生经济干物质积累量的土壤最低水分含量 后者系指能维持该植物生命的土壤最低含水
率 ，它是以清晨亦不能恢复膨压来确定的。
对于上述抄土上生长的柠条固抄林而言+其“生命水阈”大约是沙土含水率等于 3．5 附近的一十小
区阈，而 经济水阈”是大约在沙土含水率等于4．5 附近的一个小区阈。
需要指出的是 生命水阈”和经济水阈”等作为两个水分区域的分界线，实际上是一十小区域，类似S．
A．泰勒描述的永久萎蔫区[ (多数沙早生植物当 一0后不出现萎蔫特征)。本试验只进行了典型性研究
足以给出一十小区的阈值，有待测定大量数据后确定 ．
参 考 文 献
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扬文斌 ．任建民．柠条沙挪人工林求分特征及其在固沙造林中的应用．内蒙古林业科技，1993t(2)：7～14
扬文斌．王玉魁．十九种植物求分生态生理群和抗旱性排序的数量分析．内蒙古林业科技，1988t(4)：28～93
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韩藩髓，扬文斌．柠条固抄林求量平衡的模式及精度分析．干旱区资源与环境t 1995t(1)：78～85
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