全 文 ：第 25卷　第1 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2005 年　1 月
Vol.25　No.1　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Jan., 　2005
基金项目:国家科技部防沙治沙项目(FS2000-009 ,2002BA517A09-04-04)、中国科学院农业项目办公室项目 、
中国科学院知识创新工程重大项目(KSCX1-08-02-08)
第一作者简介:张占江(1972—),男 ,硕士生 ,从事植物抗性生理研究工作。
＊　通讯作者 Author for correspondence　E-mail:shi lei 67@263.net
收稿日期:2004-08-02
五叶爬山虎实生苗的生长特征对水分梯度下保水剂的反应
张占江1　石　雷1＊　张称意2 　张金政1
(1.中国科学院植物研究所 ,北京　100093)
(2.国家气象中心 ,北京　100081)
摘　要　为探讨保水剂和未来降雨变化对五叶爬山虎实生苗生长特征的影响及寻求改善生态环
境的途径 ,在内蒙古正蓝旗育草站开展了爬山虎实生苗生长特征对水分梯度下保水剂的反应的实
验。结果表明:保水剂处理更能显著提高土壤的有效含水量 ,并能保持较长时间;爬山虎幼苗的
株长 、侧枝数 、叶数及茎 、叶 、根和植株生物量增重等指标均随施水的增多而增大 ,但保水剂处理增
幅较大 ,尤其是W3和W4两种供水与对照相比均达显著水平;保水剂处理还影响植株的生物量分
配 ,尤其对叶重比和根重比影响显著 ,而茎重比和根冠比两种处理差异较小。
关键词　五叶爬山虎;保水剂;水分梯度;生长特征
Response of super absorbent polymers under different water gradient on
growth characteristics of Parthenocissus quinquefolia seedlings
ZHANG Zhan-Jiang1　SHI Lei1＊　ZHANG Cheng-Yi2　ZHANG Jin-Zheng1
(1.Institute of Botany , Chinese Academy of Sciences , Beijing　100093)
(2.National Climate Center , Beijing　100081)
Abstract　In order to study effects of super absorbent polymers and future rainfall change on growth charac-
teristics of Parthenocissus quinquefolia seedlings , and search for a way to improve ecological environment con-
ditions.The experiment about response of super absorbent polymers under different water gradient on growth
characteristics of Parthenocissus quinquefolia seedlings was examined at Zheng Lanqi cultivating-grass station
in Inner Mongolia , China.The results showed that super absorbent polymers treatment can increase soil water
content obviously , and keep it for quite a long time;Stem length , branch number , leaf number and biomass
increment of stem , leaf , root and plants are all increased with increasing water supply , and the effect of super
absorbent polymers treatment is larger than that of water gradient , especially W3 and W4 had obvious differ-
ences while comparing to contrast;Biomass allocation was significantly influenced by super absorbent poly-
mers treatment , especially leaf weight ratio and root weight ratio , while branch weight ratio and root / shoot
have little differences.
Key words　Parthenocissus quinquefolia;super absorbent polymers;water gradient;growth characteristics
人类在改造和利用自然的过程中 ,伴随着对自
然环境的破坏 ,尤其是近些年 ,这种破坏的负面影
响越来越来明显:全球变暖 、环境污染 、土地沙化加
剧和自然灾害频繁等等正严重威胁着人类赖以生
存的生态环境。据估计 ,我国每年由于风沙危害造
成的经济损失达 45亿元[ 1] ,水土流失造成的损失
高达 100亿元以上[ 2] ,地处我国北部的内蒙古高
原 ,是我国具有代表性的干旱半干旱地区 ,更显示
出对人类活动的脆弱性 ,近年的干旱少雨及人为的
滥垦 、樵采和过渡放牧等导致地表植被严重破坏 ,
沙化程度日益严重 ,北方沙尘暴的强度和频率有所
增强便是见证 。然而 ,要解决这些问题 ,水分成为
未来生态发展的重要限制因子 ,再加上该地区温差
大 、日照强 、干旱少雨 、生长期短等特点 ,植被移栽
种植成活率低 、生长缓慢且易被牛羊啃食[ 3] ,使生
态恢复存在较大的困难。为了解决缺水问题 ,近年
来在农业 、果树和造林方面上广泛应用了保水剂 ,
在提高土壤水分利用效率[ 4 ～ 9] 、作物和果树的产
量[ 4 ,5 ,10] 、增加 经济效益以及林 木移栽成活
率[ 6 ～ 8 ,11～ 13]方面都取得了良好的效果 ,为此本文
选择了保水释水性较强的保水剂 ———清华绿宝和
从北美引进的具有适应性广 、抗逆性强 、生长迅速 、
覆被能力高的藤本植物———五叶爬山虎作为实验
材料 ,以此来研究保水剂在节水和应用藤本植物五
叶爬山虎治理风沙的过程中的可能效应 。
1　材料与方法
1.1　实验地概况
模拟降水梯度实验是在内蒙古锡林郭勒盟正
蓝旗育草站(42°15.669′N , 115°57.281′E)开展的 。
该站海拔1 300.1 m ,年平均气温1.1℃,最低平均
-17.8℃(一月份),最高平均18.7℃(七月份);年
平均降水量370 mm ,其中70%集中于 6 ～ 9月份(源
于正蓝旗 1960 ～ 2000 年综合气象资料)。该地区
是森林草原到荒漠草原的过渡地带[ 14] 。
1.2　实验材料
1.2.1　保水剂是由清华大学生态科学与工程研究
所和北京裕 隆科技发展有限公司联合研制的清
华绿宝水肥营养缓释剂(TH —300GR),粉末状 ,具
有强吸水 、缓释水 、抗蒸腾等性能。
1.2.2　五叶爬山虎(Parthenocissus quinquefolia (L.)
Planch)系葡萄科爬山虎属 ,多年生木质藤本 ,原产
于北美洲 ,后引进我国 ,在东北 、华北各地广泛栽
培[ 15] 。其生物学特性主要具有很强的抗旱抗寒能
力 ,耐土壤瘠薄能力;有很强的吸附攀援能力;叶面
积大 、覆被度大 、生长快。具有较高的防风固沙 ,园
艺观赏 ,药用价值的开发潜力[ 3] 。
1.3　研究方法
1.3.1　实验设计
依据正蓝旗育草站 1960 ～ 2000年 40年的综
合气象资料 ,以生长季节 6 ～ 8 月中每个月的上 、
中 、下各旬的平均降水量为基础 ,在此基础上设计
出-66.7%(W1:相当于大旱年份)、-33.3%(W2:
较旱年份)、0(W3:正常年份)、+33.3%(W4:较丰
水年份)、+66.7%(W5:丰水年份)5种供水梯度作
为对照 ,在相应的水分梯度下增施一定量的保水
剂 ,即保水剂处理。对照和保水剂处理各五种供水
量 ,8个重复 ,共 80个 ,排列位置均由计算机随机
选择产生 。
2002年5月下旬 ,用砖砌成 80个相对独立的
生长池(长 40 cm×宽 40 cm×高60 cm),四周及底
部均铺垫塑料薄膜 ,以防水分流失 ,两种处理的生
长池中分别填充田间沙土和含0.4%保水剂的混合
沙土 ,并在实验地上方修建了一个大棚 ,顶部铺有
透明防水大棚膜 ,阻碍自然降水 ,四周通风 ,以保持
其他自然因子接近自然状况 。每个生长池中种植
1株五叶爬山虎实生苗(实生苗源于中国科学院北
京植物园苗圃 ,两年生苗 ,株体大小相近),爬山虎
实生苗在两种处理下培养70 d ,从 6 月 20 日开始
至 8月 29日结束 。每个处理的供水次数相同 ,并
在同一天完成 ,即从 6月 20日开始第一次供水 ,以
后每隔 10 d供一次水 ,累计 8次 ,各处理总共供水
分别为72.6 mm (W1), 147.4 mm (W2), 220 mm
(W3), 292.6 mm(W4)和367.4 mm (W5)。实验期
间 ,晴天将防水大棚膜打开 ,阴雨天和夜晚用大棚
膜遮盖 ,以防止自然降水 ,同时进行除草和防病虫
害等管理 。
1.3.2　数据调查
1.3.2.1　土壤含水量的测定
从2002年 6 月 20日至 2002 年 8 月 29日期
间 ,每隔 14 d ,以烘干法测定每个生长池内的土壤
含水量 ,烘干温度105±1℃。按如下公式计算土壤
含水量。
土壤水分含量(Soil Water Content , SWC)=(土
壤鲜重-土壤干重)/土壤鲜重×100%。
1.3.2.2　生长特征的测定
在实验期间 ,对每个供水处理的幼苗每10 d测
量一次 ,指标包括:株长 ,侧枝长 ,侧枝数 ,叶片数
(即每次浇水后第 5 d 测量 , 测量工具为精确度
0.5 mm的直尺),枝序按 Strahler 法确定[ 16] ,并在实
验开始的同时(6月 20日),选择出备用的爬山虎
幼苗 10株测量基础指标:株长 ,侧枝长 ,叶数并将
751期　　　　　　　　　　张占江等:五叶爬山虎实生苗的生长特征对水分梯度下保水剂的反应
植株分成叶 、叶柄 、茎 、根后放入85℃干燥箱中烘至
恒重 ,用电子天平(精度0.001 g)称干重。实验结
束时(8月 29 日)收获所有实验株 ,重新测量上述
指标 。增量=实验期间待测指标的增加量;叶重比
(Leaf weight ratio , LWR)=叶/植株生物量;茎重比
(Stem weight ratio , SWR)=茎/植株生物量;根重比
(Root weight ratio , RWR)=根/植株生物量;根冠比
(Root/Shoot , R/S)=根/冠生物量[ 17] 。
1.3.3　数据分析
实验结果由 SPSS 统计软件(SPSS for windows
9.0)进行 ANOVA 方差分析揭示不同的实验处理
对测量指标的影响是否显著。
2　结果与分析
2.1　土壤含水量的变化
结果如图 1。从图 1中可以看出 ,保水剂处理
的土壤含水量变化总趋势与对照相似 ,即先升高后
降低再略升高 。在整个试验过程中 ,对照和保水剂
处理下的W1和W2变化不显著 ,而 B中的W3 、W4
和W5与 A中的相比均有显著增加 ,平均增幅分别
达到39.4%、38.7%和19.7%,最高增幅分别达到
42.2%、40.4%和28.5%,而且到实验结束图 1(B)
仍保持较高水平 。说明保水剂处理能有效提高并
保持土壤的含水量 ,但作用效果与供水量有关。
图 1　保水剂处理对土壤含水量的影响 , 其中A 和 B 分别代表对照和保水剂处理(2002-06-20～ 2002-08-29)
Fig.1　Effect of super absorbent polymers treatment on soil water content , A and B stand for contrast and
super absorbent polymers treatments , respectively(From Jun.20 to Aug.29.2002)
图 2　水分梯度下保水剂处理对爬山虎幼苗的生长特征的影响.
(A 、B、C 分别代表株长增幅 SLA ,枝条数增幅 BNA和叶数增幅 LNA)
Fig.2　Effect of super absorbent polymers under water gradient on growth characteristics of Parthenocissus quinquefolia
seedlings(A , B and C stand for stem length amplitude SLA , branch number amplitude BNA and
leaf number amplitude LNA , respectively)
2.2　生长特征
2.2.1　生长量的动态变化
不同供水量的保水剂处理下的五叶爬山虎幼
苗在株长 、侧枝数 、叶数等方面的生长动态存在明
显的差异(如图 2A , B ,C)。从图 2中可以看出 ,在
整个实验期间 ,爬山虎的株长 ,枝条数和叶数三个
指标在W1和W2供水下平均增幅均缓慢 ,与对照
相比差异不显著(P <0.05),这可能与幼苗较小 ,
光和效能和输水效能较低所致 ,而保水剂在 W3 、
W4和W5处理下的幼苗的上述指标均明显加快 ,
而且在 W3 和W4 下保水剂处理明显高于对照 。
W5下的保水剂处理与对照相比差异不显著(P <
0.05)。这说明不同的供水条件下 ,保水剂处理对
植株生长特征的影响不同 ,供水量较少时(如W1 、
W2),爬山虎幼苗仍受到明显的水分胁迫作用 ,致
使幼苗的光合作用能力下降 ,使生长受阻。其他供
76 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　25 卷
水(如W3 、W4和W5)能较好的缓解状况。
2.2.2　生物量增量及生物量分配的变化
保水剂处理下五叶爬山虎幼苗的叶 、茎 、根和
植株生物量增量均随着供水的增加而增加(图 3A 、
B 、C 、D),但从图 3中可以看出 ,五叶爬山虎幼苗在
W1和W2供水下 ,二者的上述指标差异均不显著 ,
而W3和W4则达到显著水平(P <0.05),尤其是
保水剂处理中的W3和W4的叶和根生物量增量
图 3　水分梯度和保水剂处理下的爬山虎幼苗的叶(A)、茎(B)、根(C)和植株(D)生物量增量的变化
Fig.3　Changes of biomass increment of leaf(A), stem(B), root(C)and plant(D)of P.quinquefolia seedlings
under the water gradient and super absorbent polymers treatments
图 4　水分梯度和保水剂处理下的爬山虎幼苗的叶重比(A)、茎重比(B)、根重比(A)和根冠比(D)的变化
Fig.4　Changes of biomass increasment of leaf weight ratio(A),
stem weight ratio(B), root weight ratio(C)and root/ shoot(D)of P.quinquefolia seedlings
under the water gradient and super absorbent polymers treatments
771期　　　　　　　　　　张占江等:五叶爬山虎实生苗的生长特征对水分梯度下保水剂的反应
水平分别与对照中的W4和W5的水平接近 ,其差
异不显著(如图 3中 A 、C),茎生物量增量也较明
显 ,但差异不显著;供水量的不同也显著影响爬山
虎实生苗的生物量分配(图 4)。从整体上看 ,叶重
比和茎重比随水分梯度呈逐渐升高趋势(图 4A 、
B),而根重比和根冠比相反 。但从二者比较方面
来看 ,保水剂处理在一定的水分条件(如W3 和W4
)下 ,更能影响植株的生长特征 ,从图 4(A 、C)中可
以看出 ,保水剂处理随着供水的增加叶重比和根重
比都有较明显的增加 ,其中W3和W4两处理间差
异显著 ,而供水较少(W1和W2)或较多(W5)并没
有体现出明显的效果 。但在茎重比上保水剂处理
与对照间均无差异 ,根冠比保水剂处理与对照相比
略有下降 。这说明保水剂除了能有效地吸水 、保水
外 ,还能有效的释水促进植物根系的发育 ,增加根
重 ,提高输水效能 ,从而进一步影响地上茎 、叶的生
长 ,提高光合效能 ,增加干物质积累 。
3　结论与讨论
3.1　水分梯度下保水剂对土壤含水量的影响
随着水分梯度的升高 ,两种处理土壤含水量都
逐渐增高 ,但保水剂处理的增加更大(如图 1),且
保持时间较长 ,说明保水剂能提高土壤汲取地表水
的能力 ,同时 ,从土壤含水量的变化趋势和爬山虎
幼苗生长状态来看 ,保水剂不但能使土壤保水性能
增强 ,减少土表蒸发和深层渗漏[ 18] ,而且还能有效
的释水 ,提高水分利用效率[ 7 ,9 , 19] 。
3.2　水分梯度下保水剂对生长特征的影响
植物的生长特征是植物本身受多种环境因子
综合作用的表现[ 20] 。五叶爬山虎幼苗在水分梯度
和保水剂处理的作用下表现出的变化趋势相似 ,开
始时(前 20 ～ 30 d)生长都较缓慢 ,随后逐渐加快
(如图 2),生长状态与供水量密切相关 ,供水充足
时(如W4 、W5),分配较多的营养资源到地上的枝
叶部分 ,有利于幼苗提高光合能力 ,以获得更多的
自身所需的代谢物质;供水不足时 (如W1 、W2),
幼苗将较多的资源分配到根系 ,以满足水分胁迫下
植株对水分的需求 ,并可减少水分的散失 ,提高植
株的抗性。许多植物对资源限制都做了类似的反
应[ 21 ～ 23] 。另外 ,随着施水量的增加 ,幼苗的代谢
加强 ,有利于干物质的积累 ,生物量增量明显升高
(如图 3)。但二者也存在一些差异:尤其是W3 、W4
的变化 ,保水剂处理下的W3和W4分别与水分梯
度处理下的W4和W5之间的生长特征(如株长 、侧
枝数 、叶数及茎 、叶 、根和植株生物量增重等指标)
水平接近 ,差异达并不显著 ,而与相同处理间的差
异达到显著水平。W1 、W2和W5处理虽然也有赠
加 ,但并不显著;这些生长特征说明:增加施水和保
水剂更有利于爬山虎幼苗的生长 ,协调地下和地上
部分的空间分布格局 ,达到合理利用资源 ,提高适
应能力的生存目的。但也看到保水剂的使用效果
还与土壤水分的高低有很大的关系[ 24] ,土壤水分
过低或过高时 ,保水剂处理并不能明显见效[ 25] 。
总之 ,保水剂处理比单纯的水分梯度处理无论
是在土壤含水量还是生长特征上对五叶爬山虎幼
苗都起着更大正效应 ,但二者中水分是他们共同的
限制因子 ,水分缺乏时 ,二者作用下五叶爬山虎幼
苗都受到明显得水分胁迫 ,生长缓慢 ,根冠比增高 ,
以降低植株蒸腾达到保水抗旱的目的;水分充足
时 ,爬山虎幼苗又能很快的调节水分资源配置 ,迅
速生长 ,提高植物在特殊环境下对有限资源的利用
率。保水剂在实验中表现出的吸水 、保水和释水的
性能明显 ,不仅起到节水的目的 ,而且在一定供水
范围内(W3和W4)对植株生长特征的正效应也很
明显 ,这一点对于那些持续蒸发 、间歇降雨的干旱
半干旱地区的生态恢复治理将会有一定实践意义 。
参　考　文　献
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