全 文 ：BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH
第 16 卷　第 2 期 1996 年　4 月
Vol.16　 No.2 Apr., 　1996
晋西北 3个树种抗旱性指数的研究
王孟本　李洪建　柴宝峰
DROUGHT RESISTANCE INDEXOF THREE
SPECIES OF TREES IN THE NORTHWESTERN SHANXI
Wang Meng-ben Li Hong-jian Chai Bao-feng
〔摘　要〕　根据对海红 、刺槐和柠条的 PV 曲线主要水分参数的测定 ,进行了
抗旱性指数季节变化和种间排序分析。结果表明 ,树种的抗旱性随着年生长发育
节律和环境水分条件而改变 ,其抗早性生长季初最弱 ,夏季高温干早阶段增强 ,秋
季降雨峰期减弱 ,生长季末最强或很强。柠条的抗旱性与海红很接近 。这对黄土
高原地区果树和饲料的开发与水土保持树种的推广有重要意义 。
关键词　抗旱性指数;海红;刺槐;柠条
PV技术[ 1]的开发 ,为植物水分关系研究开辟了新途径 。20余年来 ,许多研究者都试图
应用 PV 技术所确定的植物水分参数来评价植物种的耐旱特征 。李庆梅等(1992)曾以 PV
曲线主要水分参数为基础 ,对油松不同种源的综合抗旱性数进行过分析 ,证明在油松不同气
候生态型中抗旱性地理变异规律性很强[ 3] ,在应用水分参数综合指标评价对种抗旱性上作
了有益尝试 。鉴于在黄土高原地区 ,水分是影响树木生长发育的关键因子之一 。而海红
(Malus m icromalus)、刺槐(Robinia pseudoacacia)和柠条(Caragana korshinski i)是具耐旱
特性的一些重要乡土树种 ,本文以此为对象 ,在对其 PV 曲线主要水分参数测定的基础上 ,
进行了抗旱性指数分析 ,探讨了抗旱性的季节变化和种间差异。试图对树种抗旱性予以定
量描述 ,进而对宜林树种的选用提供理论依据 。
研究地区自然条件和研究方法
1 、试验区气候条件
试验区位于晋西北河曲县砖窑沟流域(39°11′16″—39°13′47″N , 111°12′03″—111°19′28″
E),具典型的黄土丘陵沟壑地形和暖温带半干早季风气候。年均气温 8.8℃,最冷月(1月)
本文作者单位:山西 , 太原 , 山西大学黄土高原研究所(Institute of Loess Plateau , Shanxi Universi ty , Taiyuan
030006)。　＊山西省科技发展基金项目和山西省回国留学人员基金项目的部分内容。　1995年 2月收到本文。
平均气温-9.4℃,最热月(7月)平均气温 23.9℃;年均降水量 447.5mm ,其中 5月 —10月
降水量 393.2mm;≥10.0℃积温 3378.4℃;年均相对湿度 48%;无霜期 166.5天;太阳总辐
射量 132×108KCAl·ha-1y-1 。由于光照充足 ,而降水偏少 ,且 50%以上降水集中在 7月和
8月(见表 4),经常性的环境水分亏缺成为限制海红等树木生长发育的关键因素之一 。
2 、供试树种
海红是 Malus micromalus的一个栽培种 ,在晋陕蒙三角地带广泛分布 ,栽培历史悠久 ,
具有重要经济价值。其抗衰老力极强 ,许多百年以上树木依然结果累累 。供试树为散生单
株木 ,树龄 30y 以上 ,生于流域中部沙坪村以南海拔 1100m 、坡度 15°左右的西向坡中部。
供试刺槐林面积 0.5hm2 ,位于流域中部沙坪村以南海拔约 1100m 、坡度 15°左右的西向
坡上 。林龄 17y ,林木密度 2600株·hm2·-1 ,株高 4.5m左右 ,胸径 5.6m 。
供试柠条灌丛面积约 3.2hm2 ,位于流域中部沙坪村以西海拔约 1100m 、坡度 3°左右的
梁峁顶部。其龄 25y 以上 ,柠条株高 1.05m 上下 ,盖度 65%左右。柠条是本区重要的水土
保持 、防风固沙和饲料灌木树种。晋西北现有此种人工灌丛约 23000hm2 。
3 、主要水分参数的测算
1994年 5月 —10 月对海红 、刺槐和柠条各进行了 6 次 PV 曲线测定。方法同参考文
献[ 3]中所述。借助 PV曲线对小枝的饱和渗透势(φsats )、失膨压点的渗透势(φtlps )渗透水相对
含量(ROWC tlp),以及质外体水相对含量(AWC)这 5种水分参数进行了计算 。
4 、抗旱性指数的应用
植物的φsats 和φtlps 值(指绝对值 ,以下同)和细胞浓度 、植物的抗旱性 、抗寒性之间有一
定的正的关联[ 3 , 4] ;而 ROWC tlp和 RWC tlp则相反 , 与植物忍耐水分胁近的能力呈负的关
联[ 3 ,4] ;在溶质含量不变的情况下 ,AWC 值愈大 ,组织的渗透势就愈大 ,吸水和保水力就愈
强 ,植物的抗旱性就愈强[ 3] 。所以可以把这 5 种水分参数结合为一个综合抗旱性指数
(DI)。
DI = ∑n
i =1
(P
P0
)2
　　对于φsats 、φtlps 和 AWC ,P 为每一种水分参数的各测定值 , P0 为该水分参数在各测值中
最大者;对于 ROWC tlp和 RWC tlp这 2者 ,P=1-实测值 ,P0=(1-实测值)最大值 。
因为 P/P0的绝对值大于 0 ,同时又小于或等于 1 ,所以 DI 的取值范围为>0 、≤n2(n为
水分参数的种数)。在本研究中 ,由 PV曲线求得 5种水分参数 ,所以 DI值>0 、≤2.236 。
与此同时 ,由于对某一树种不同生长阶段 DI 值的计算和对某一生长阶段不同树种 DI
值的计算所依数据矩阵不同 ,所以 ,即使是同一树种 ,依分析角度的不同 ,DI值也随之不同。
但是这并不影响对树种自身抗旱强弱随时间变化情况的分析或对某一时期树种间抗旱性强
弱的相对比较。比如我们在计算海红在不同月份的 DI值时 ,实体为 6个月份 ,属性为 5种
水分参数(表 1),P 和P0 值直接或间接来自 6个不同日期的水分数实测值 。而在计算海红 、
刺槐和柠条这 3个树种间的 DI 值时 ,实体为 3个树种 ,属性为 5种水分参数(表 5),P 和 P0
196 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　16 卷
值直接或间接来自 3个树种的水分参数实测值。虽然由这 2种方法求得 DI 值之间不存在
可比性 ,但是正因为如此 ,由前者求得的 DI 值适用于对各树种抗旱性季节变化的分析(表
1 、表 2 、表 3);由后者求得的 DI 值 ,适用于对 3个对种间抗旱性强弱的比较(表 5)。
5 、土壤水分含量与降水量测定
土壤水分含量用烘干法测定(105℃)。分 10 、20 、40 、60 、80 、100 、120 、150 、200 、250 和
300cm共 11个层次取样 。测期与 PV曲线水分参数测期一致 。降雨量用简易雨量筒实测 。
结果与分析
1 、各树种抗旱性指数随季节的变化情形
3个树种在年生长季各月份的 PV曲线主要水分参和抗旱性指数值分别在表 1 、表 2和
表 3中列出。
在年生长季期间 ,海红的抗旱性指数在生长季初最小(1.580), 在生长季末最大
(2.068)。除 8月份抗旱性指数(1.739)减小外 ,其余各月的抗旱性指数自始自终持续增大
(表 1)。
刺瑰抗旱性指数季节变化趋势同海红基本类似。在年生长季初最小(1.472),生长季末
最大(2.236)。但是抗旱性指数在 8月(1.504)和 9月(1.798)均较小 ,其余 4个月的抗旱性
指数渐次增大(表 2)。
表 1　海红抗旱性指数的季节变化(1994)
Table 1 Seasonal change of drought resistance Index of Malus micromalus
测定时间 φ
sat
s
(-MPa)
φslps
(-MPa) ROWCtlp RWCtlp AWC 抗旱性指数 排序
5 月 16 日
6 月 30 日
7 月 18 日
8 月 15 日
9 月 25 日
10 月 9 日
1.768
2.427
2.380
2.501
2.117
2.326
2.169
3.084
3.097
3.093
3.117
3.337
0.815
0.798
0.768
0.817
0.692
0.706
0.918
0.856
0.849
0.870
0.823
0.829
0.554
0.285
0.348
0.289
0.427
0.417
1.580
1.776
1.859
1.739
2.045
2.068
6
4
3
5
2
1
表 2　刺槐抗旱性指数的季节变化(1994)
Table 2 Seasonal change of drought resistance Index of Robinia pseudoacacia
测定时间 φ
sat
s
(-MPa)
φslps
(-MPa) ROWCtlp RWCtlp AWC 抗旱性指数 排序
5 月 17 日
6 月 30 日
7 月 18 日
8 月 15 日
9 月 25 日
10 月 9 日
1.330
1.554
1.754
1.443
1.988
2.126
1.489
1.879
2.067
1.677
2.272
2.662
0.893
0.852
0.849
0.890
0.892
0.807
0.921
0.886
0.891
0.917
0.863
0.923
0.262
0.231
0.276
0.244
0.289
0.289
1.472
1.716
1.855
1.504
1.798
2.236
6
4
2
5
3
1
1972 期　　　　　　　　　　　　　王孟本等:晋西北 3个树种抗旱性指数的研究
表 3　柠条抗旱性指数的季节变化(1994)
Table 3 Seasonal change of droght resistance Index of Caragana Korshinskii
测定时间 φ
sat
s
(-MPa)
φslps
(-MPa) ROWCtlp RWCtlp AWC 抗旱性指数 排序
5 月 16 日
6 月 29 日
7 月 17 日
8 月 23 日
9 月 15 日
10月 15 日
1.652
1.677
1.690
1.343
1.746
1.947
1.802
2.074
2.082
1.654
1.945
2.315
0.917
0.803
0.812
0.818
0.931
0.854
0.937
0.846
0.878
0.876
0.955
0.904
0.243
0.340
0.2350
0.318
0.345
0.345
1.467
2.119
2.025
1.820
1.638
1.977
66
1
2
4
5
3
柠条抗旱性指数的季节变化特点为:生长季初最小(1.467),高温干旱阶段(6月和 7月
上中旬)最大(各为 2.119和 2.025),秋季旺盛生长阶段明显较小(8月 1.820 , 9月 1.638),
生长季末很大(1.977)(表 3)。
比较海红 、刺槐和柠条抗旱性指数的季节变化情形可以发现 ,它们抗旱性的季节变化共
同特点为:在年生长季初最弱 ,在夏季高温干旱阶段增强 ,在秋季降雨峰期或旺盛生长阶段
减弱 ,在生长季末最强或和很强。
1994年最较为干旱的年份 , 5月 —10月峰水量为 338.5mm ,比历年平均量(393.2mm)
少54.7mm 。尤其是在生长季初期 ,气候非常干旱 ,5月份仅降水 148mm 。海红树冠四周 、
刺槐林地和柠条灌丛地的土壤湿度仅为 55%、51%和 28%(表 4)。尽管土壤水分亏缺相当
严重 ,但是树叶萌发生长正在进行 ,生理活动依然比较旺盛 。为了保证各种生理过程较顺利
进行 ,树木的φsats 和φtlps 值很小 ,ROWC tlp和 RWC tlp值很大 ,因而树种抗旱性最弱 。在短暂的
第一个生理活跃期之后 ,即在夏季高温干旱阶段 ,树种的抗旱性增强 ,柠条表现尤为突出 ,反
映了树木对环境水分胁迫的适应性 。在 8月份左右 ,环境水分条件明显改善(表 4),光热条
件亦比较适宜 ,树木进入秋季旺盛生长阶段 ,即生长季第二个生理活跃期 ,各树种的抗旱性
因而减弱 。而生长季末树种抗旱性的增强 ,则有利于树木度过气候条件恶劣的冬季 。
表 4　实验地土壤水分含量(重量%,3.0m 平均值)
Table 4 Water content of Soil(weight %,3.0m average)
项　　目 5 月 6月 7月 8 月 9 月 10 月 小计
海红树下
刺槐林地
柠条灌丛地
5.50
5.07
2.81
4.64
4.50
2.19
4.69
4.62
3.03
7.12
5.58
3.97
5.11
4.61
2.84
4.93
4.85
3.14
当年月降水量(mm) 14.8;01) 0;23.9 37.7:97.4 108.8:10.6 25.3;6.8 9.6;3.6 388.5
历年平均降水量(mm) 28.9 40.2 115.4 118.6 62.2 27.9 393.2
3个树种抗旱性季节变化共同特点的分析表明 ,树木抗旱性强弱的季节变化同树木年
生长发育节律和环境条件(尤其是水分条件)的变化密切相关。树木在生长季初抗性最弱 ,
198 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　16 卷
其主导因子是树木的年生长发育节律。因为环境水分条件虽然很差 ,树叶萌发生长依然进
行。高温干旱阶段抗旱性增强 ,降雨峰期抗旱性减弱 ,主导因子显然是环境水分条件 。生长
季末树木抗旱性很高 ,则可能同年生长发育节律和环境条件两者相关 。但是对此问题尚需
进一步研究。
2 、树种间抗旱性指数的比较
从生态环境因子分析 ,1994年 6月份高温少雨 ,土壤水分含量最低(表 4),水分胁迫最
为严重 。海红 、刺槐和柠条在此期的抗旱性指数排序为:海红(2139)、柠条(1970)、刺槐
(1526)(表 5)。海红的抗旱性指数最大 ,柠条与海红的接近 ,刺槐的抗旱性指数明显较小。
说明海红抗旱性最强 ,柠条对水分胁迫的适应能力亦很强 ,刺槐的抗旱性则较差 。
表 5　海红 、刺槐和柠条之间的抗旱性指数(1994.5.16—17))
Table 5 　Drought resistance Index Between Malus micromalus.Robinia pseudacacia and
caragana dorshinski i
树　种 φ
sat
s
(-MPa)
φslps
(-MPa) ROWCtlp RWCtlp AWC 抗旱性指数 排序
海红
刺槐
柠条
2.427
1.554
1.667
3.084
1.879
2.074
0.798
0.852
0.803
0.856
0.886
0.846
0.285
0.231
0.340
2.139
1.526
1.970
1
3
2
讨　　论
在评价植物抗旱性强弱时 , PV 曲线各种水分参数的实际重要性可以并不完全相同。
若如此 ,在设计综合抗旱性指数时 ,不同参数就应视其实际重要性程度而给予不同的权重。
但是由于对各种水分参数的认识至今还比较有限 ,因此本文所用抗旱性指数还没做到这一
点。
值得注决心的是 ,即使φt lps 对评价树种抗旱性起重要作用 ,其它相关参数不容忽视[ 2] 。
原因是各种水分参数的重要性会因树种而异[ 2] 。与此同时 ,在一定时期中(尤其是 5月—10
月)各种水分参数并不完全一致地向有利或不利的方向变化 , ROWC tlpRWCt lp对高温干旱和
雨季的反应就比其它参数更为敏感[ 3] 。采用抗旱性指数这一综合分析指标 ,则可避免只对
个别是水分参数进行分析的局限性 ,有利于对植物抗旱特性的总体分析和比较 。本文亦正
是出于这一考虑 。
小　　结
1 、海红 、刺槐和柠条抗旱性季节变化的共同特点为:在年生长季初最弱 ,夏季高温干旱
阶段增强 ,秋季降雨峰期减弱 ,生长季末最强或很强。树种抗旱性季节变化同树种年生长发
育节律和环境水分条件的变化密切相关 。
2 、3个树种抗旱性由强到弱依次为:海红 、柠条 、刺槐 。海红的抗旱性最强 ,最晋陕蒙三
角地带难得的优良果树种质资源。柠条对环境水分胁迫的适应能力同海红接近 ,是区内很
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好的水土保持和饲料灌木树种 。
3 、借助抗旱性指数分析 ,可以避免只对个别水分参数进行分析的局限性 ,对植物的抗旱
特性有一个即概括又清晰的基本认识。
ABSTRACT
The seasonal and interspecific changes of drought resistance index w ere studied in three
tree species , Malus m icromalus , Robinia pseudoacacia and Caragana korshinski i , based on
the data of main water parameters measured by using pressure-volume(PV)technique.The re-
sult show ed that the seasonal change trend of drought resistance in the three species w as closely
related with both the g row th and development stages and the envi ronmental w ater conditions
from M ay to October , and that the droght resistance in every species was the weakest in May ,
much stronger in June and July , weak at the autumn rapid g row th stage and the strongest o r
every st rong in October.Of these species the drought resistance had follow ing order f rom
strong to w eak:M .micromalus , C.korshinski i , R .pseudoacacia .With its strongest drought
resistance M.micromalus w as a valuable f ruit t ree species in the triang le area of Shanxi ,
Shaanxi and Nei Monggol , Because of it s great adaptive capacity to w ater st ress C.korshinskii
was of great value in both soil and w ater conservation and fodder production.
Key words Pressure-volume analysis;Drought resistance index;Malus micromalus;
Robinia pseudoacacia;Caragana ko rshinskii
参　考　文　献
[ 1] 王万里 , 1984:压力室在植物水分状况研究中的应用。植物生理学通讯 ,(3):122—131
[ 2] 田有亮 ,郭连生 , 1990:应用 PV 技术对 7种针阔叶幼树抗旱性的研究 ,应用生态学报 , 1(2):114—119。
[ 3] 李庆梅 ,徐化成 , 1992:油松 P—V 曲线主要水分参数随季节和种源的变化 ,植物生态学与地植物学学报 , 1992。
16(4):326—335。
[ 4] 郭连生 ,田有亮 , 1989:对几种针阔叶树种耐旱性生理指标的研究。林业研究 , 25(5):289—394。
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