全 文 ：第21卷 第5期
Vol.21 No.5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 9月
Sep. 2013
doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2013.05.014
不同土壤水势条件下青绿苔草花果期灌水量研究
孙 川1,2,武菊英1,袁小环1*
(1.北京市农林科学院北京草业与环境研究发展中心,北京 100097;2.北京农学院园林学院,北京 102206)
摘要:青绿苔草(CarexleucochloraBge.)为新开发的园林草坪地被植物,花果期处于我国北方的春旱时期,人工栽
植应用时需要灌溉。为解决水资源缺乏与青绿苔草生长之间的矛盾,研究了土壤水势下降至-20,-40,-60和
-80kPa时充分灌溉对青绿苔草的叶水势、光合蒸腾特性、生长情况的影响。结果表明:随着土壤水势由-20kPa
降低到-80kPa,青绿苔草的叶水势由-1.54MPa显著下降到-2.50MPa,气孔导度、胞间CO2 浓度、净光合速率
和蒸腾速率也逐步降低,水分利用效率由3.53μmolCO2·mol-1 H2O显著提高到9.23μmolCO2·mol-1 H2O。
经过整个花果期的不同灌溉处理,青绿苔草的株高、冠幅、分蘖数、茎叶干重和根干重随着灌溉点土壤水势的下降
而显著降低,但所有处理下植株均生长正常,能保持较好的景观效果。因此,为了节约灌溉用水,在青绿苔草花果
期,当土壤水势下降到-80kPa时灌溉,可比土壤水势下降到-20kPa时灌溉节约用水32.3%。
关键词:青绿苔草;花果期;土壤水势;节水灌溉
中图分类号:S688.4.071 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)05-0928-05
IrrigationofCarexleucochloraduringFloweringandFruitingPeriod
underDifferentSoilWaterPotentials
SUNChuan1,2,WUJu-ying1,YUANXiao-huan1*
(1.BeijingResearchandDevelopmentCenterforGrassandEnvironment,BeijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,
Beijing100097,China;2.ColegeofLandscape,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China)
Abstract:Carexleucochloraisanew-developedlandscapeground-coveringplant.It’sfloweringandfruit-
ingperiodisinthespringdroughtseasoninthenorthernofChina.Tounderstandthecontradictionbe-
tweenwatershortageandthegrowthofC.leucochlora,theimpactsofirrigationontheleafwaterpoten-
tial,photosynthesisandtranspirationcharacteristics,andgrowthofC.leucochlorawereinvestigatedas
soilwaterpotentialsdecreasedto-20,-40,-60and-80kPa.Resultsshowedthattheleafwaterpo-
tentialofC.leucochloradecreasedsignificantlyfrom -1.54to-2.50MPa,andthestomatalconduct-
ance,intercelularCO2concentration,netphotosynthesisrateandtranspirationrateofleafdecreasedgrad-
ualy,whilewateruseefficiencyincreasedsignificantlyfrom3.53to9.23μmolCO2permolH2Owiththe
decreaseofsoilwaterpotentialfrom -20to-80kPa.Theheight,canopywidth,tilernumber,shoot
dryweightandrootdryweightofC.leucochloradecreasedsignificantlyforaltreatmentswiththede-
creaseofsoilwaterpotentialcomparedtocontrol.Butplantsgrewnormalyandkeptgoodlandscapeeffect
underalirrigationtreatments.ItisconcludedthatC.leucochlorashouldbeirrigatedwhensoilwaterpo-
tentialdeclinedto-80kPaforwater-savingirrigationduringthefloweringandfruitingperiod.Itsaved
32.3% waterthanirrigatedunder-20kPasoilwaterpotential.
Keywords:Carexleucochlora;Floweringandfruitingperiod;Soilwaterpotential;Water-savingIrrigation
青绿苔草(CarexleucochloraBge.)为莎草科
(Cyperaceae)苔草属多年生草本植物,广泛分布于
我国东北、中原、西南、长江流域和台湾等地区,前苏
联、蒙古、日本及东南亚各国亦有分布[1-2]。其生态
收稿日期:2013-02-28;修回日期:2013-03-28
基金项目:北京市自然科学基金项目(6122010);北京市农林科学院青年基金项目(QN201120);北京市农林科学院科技创新专项
(KJCX201201001)资助
作者简介:孙川(1987-),男,山东淄博人,硕士研究生,研究方向为草坪地被植物节水灌溉,E-mail:marza916@163.com;*通信作者 Au-
thorforcorrespondence,E-mail:sunringner@163.com
第5期 孙 川等:不同土壤水势条件下青绿苔草花果期灌水量研究
幅广、返青早、生长期长、覆地效果好,既能形成理想
的园林草坪地被,又是良好的牧草资源和环境保护
植物[3-4],有广阔的应用前景。
青绿苔草在北京地区3月中旬萌芽,3月下旬
抽穗开花,5月下旬种子成熟,花果期处于我国北方
的春旱时期,在人工栽植环境下需要灌溉才能生长
良好。我国北方地区严重缺水的状况要求人工植被
必须实行节水灌溉,而植物在不同土壤水分条件下
的生理及生长反应是制定节水灌溉制度的基础。
青绿苔草是新开发应用的植物,相关研究主要
集中在生物学特性、生态适应性、应用方式等方
面[5-6]。关于青绿苔草的水分生理特性和节水灌溉,
杨学军等[7]研究了负水头灌溉(恒定的土壤水分条
件)下青绿苔草整个生长季的耗水量与耐旱性,认为
土壤相对含水量低于20%时应该灌溉。室外条件
下,土壤处于水分饱和到干旱的动态变化中,节水研
究的关键之一在于找到适宜的灌溉点,即土壤水分
下降到何种水平时实施灌溉,在节约用水的同时也
能维持植物的良好生长。本研究以土壤水势为指
标,研究不同灌溉处理对青绿苔草花果期叶水势、光
合蒸腾作用、生长状况的影响,以找到开始灌溉时适
宜的土壤水分下限,实现节水灌溉,为青绿苔草的应
用管理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试青绿苔草植株为2011年6月15日播种的
容器苗,株高9cm,冠幅10cm,分蘖数10~15个。
1.2 种植与灌溉处理
试验在日光温室内进行。2011年12月15日
挑选长势一致的苗移栽到PVC盆中(盆口直径20
cm,盆高30cm)。试验用土为园土∶草炭=3∶1,
混合均匀后装盆,每盆装4.0kg。
根据土壤水势设定灌溉水平,分别当15cm深
处的土壤水势下降至-20,-40,-60和-80kPa
时充足灌溉。每处理6个重复,共24盆。2012年3
月1日进行充足灌溉,开始试验处理。多余的水分
从盆底部的水孔流出后,称重并记录,为土壤水分饱
和状态下盆、土、水、苗的总重,作为以后每次灌溉的
标准。采用反馈式灌溉方法[8],按照水分亏损量进
行同量灌溉,即为每次的灌溉量。各次累加的总灌
溉量(mL)根据盆的表面积换算为 mm表示。采用
美国OHAUS公司产EP32001C型天平称重,澳大
利亚生产的Soilspec张力计系统测定20cm深度的
土壤水势。
1.3 指标测定方法
土壤含水量:每次灌溉前,用德国IMKO公司
生产的TRIME-PICO便携式土壤水分测量仪测量
15cm深度的土壤相对含水量。
叶片水势:土壤水势达到设定灌溉点时,于上
午10:00测量叶片水势。选择第一片完全展开叶,
每盆植株测3片取平均值。用美国 PMSinstru-
ment公司生产的 Model1505D植物压力室测量。
光合与蒸腾相关指标:当土壤水势达到设定灌溉
点时,选择晴天的上午9:00-11:00,采用LI-6400(LI-
CORLincoln,USA)便携式光合作用系统测定仪测定
叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2 浓度
(Ci)、蒸腾速率(Tr)。测定时采用红蓝光源,设定光合
有效辐射(PAR)为1200μmol·(m2·s)-1、CO2 浓度
(Ca)为400μmol·mol-1、流速为400μmol·s-1。选择
第一片完全展开叶,每盆植株测3片叶取平均值。
计算 水 分 利 用 效 率 (wateruseefficiency,
WUE),计算公式为WUE=Pn/Tr。
形态指标与干重:7月20日测量株高,冠幅。
株高为根茎到植株自然顶端的高度,冠幅为植株冠
层宽度2次垂直方向测量的平均值。将整株取出,
冲洗干净,数分蘖,然后分成地上和地下2部分,置
于105℃鼓风干燥箱中杀青30min,再于80℃下烘
干至恒重,称重,取得根干重和茎叶干重,计算根冠
比(根干重/茎叶干重)。
1.4 统计分析
试验数据采用SAS7.0软件Duncan新复极差
法进行方差显著性分析,差异显著水平为0.05。
2 结果与分析
2.1 灌溉处理情况
由表1可看出,随着土壤水势的降低,土壤体积
含水量降低,每次灌溉量升高,灌溉次数和灌溉总量
减少。在试验期间,-20kPa处理每次的灌溉量最
少,为2138mL,但是灌溉次数最多为9次,导致灌溉
用水最多,平均每盆19242mL。-80kPa处理每次
灌溉量最多,但灌溉次数最少,总灌溉量最低,每盆灌
溉总量为13022mL,比-20kPa处理减少了32.3%。
929
草 地 学 报 第21卷
表1 灌溉处理基本情况
Table1 Basicinformationofirrigationtreatments
土壤水势
Soilwaterpotential
/kPa
土壤含水量
Soilwatercontent
/%
每次灌溉量
Eachirrigationamount
/mL
灌溉次数
Irrigationtimes
总灌溉量/mm
Totalirrigationamount
(mL/cm2)
-20 26.1 2138.0 9 19242/612.8
-40 21.1 2300.3 8 18402/586.1
-60 13.8 2447.7 6 14686/467.7
-80 11.3 2604.4 5 13022/414.7
注:总灌溉量(mm)=10×总灌溉量(mL)/盆表面积(cm2)。土壤含水量、每次灌溉量为6个重复多次测量的平均值
Note:Totalirrigation(mm)=10×Totalirrigation(mL)/surfacearea(cm2).Soilmoisturecontentandeachirrigationamountusetheav-
erageof6replicatemeasurements
2.2 不同土壤水势下青绿苔草的叶水势
土壤水势直接影响了青绿苔草的叶水势,随着
土壤水势下降,青绿苔草的叶水势也逐渐下降。如
图1所示,土壤水势为-20kPa时青绿苔草叶水势
最大,为-1.54MPa,土壤水势为-80kPa时叶水
势最小,为-2.50MPa。土壤水势为-40,-60和
-80kPa时的叶水势分别比-20kPa时下降了
21.5%,40.3%和62.2%。
图1 不同土壤水势下青绿苔草的叶水势
Fig.1 LeafwaterpotentialsofC.leucochloraunderdifferentsoilwaterpotentials
2.3 不同土壤水势下青绿苔草的光合与蒸腾
土壤水势显著影响着青绿苔草的光合与蒸
腾。随着土壤水势降低,气孔导度下降,胞间CO2
浓度降低,净光合速率和蒸腾速率下降,水分利用
效率升高(表2)。土壤水势为-40,-60和-80
kPa时的净光合速率分别比-20kPa时下降了
6.6%,21.8%和30.1%,水分利用效率分别比-20
kPa时升高了42.5%,82.7%和161.5%。可见,当
土壤水势下降到-60kPa以下时水分利用效率明
显提高。
表2 不同土壤水势下青绿苔草的光合与蒸腾相关参数
Table2 RelativeparametersofphotosynthesisandtranspirationofC.leucochloraunderdifferentsoilwaterpotentials
土壤水势
Soilwaterpotential
/kPa
净光合速率
Netphotosynthesisrate
/μmolCO2·(m2·s)-1
气孔导度
Stomatalconductance
/molH2O·(m2·s)-1
胞间CO2浓度
IntercelularCO2concentration
/μmol·mL-1
蒸腾速率
Transpirationrate
/molH2O·(m2·s)-1
水分利用效率
Wateruseeficiency
/μmolCO2·mol-1H2O
-20 17.87a 0.2927a 284.50a 5.06a 3.53d
-40 16.69b 0.1881b 241.61b 3.32b 5.03c
-60 13.97c 0.0951c 174.88c 1.94c 6.45b
-80 12.49d 0.0732d 80.88d 1.51d 9.23a
注:同列不同小写字母表示经Duncan新复极差法检验差异显著(P<0.05)
Note:DifferentsmallettersinthesamecolumnindicatesignificantdifferentbyDuncan’smultiplerangetest(P<0.05)
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第5期 孙 川等:不同土壤水势条件下青绿苔草花果期灌水量研究
2.4 灌溉处理对青绿苔草生长的影响
与叶水势和光合蒸腾作用对土壤水势的响应相
似,青绿苔草的株高、冠幅、分蘖数、茎叶干重、根干
重也随着土壤水势的降低而下降。如表3所示,
-40,-60和-80kPa灌溉处理下的冠幅分别比
-20kPa灌溉处理下的降低了11.2%,25.1%和
26.8%,分蘖数分别比-20kPa时降低了12.7%,
27.9%和36.9%,茎叶干重分别比-20kPa时降低了
12.2%,19.5%和20.4%,根干重分别比-20kPa时
降低了13.3%,16.9%和16.9%。所有生长指标在
-60kPa与-80kPa这2个处理之间均有显著差异,
说明-60kPa处理下植株的生长量已较小,降低的空
间随之减小。灌溉处理没有显著影响青绿苔草的根
冠比。
表3 灌溉处理对青绿苔草生长的影响
Table3 EffectsofirrigationtreatmentsonthegrowthofC.leucochlora
土壤水势
Soilwaterpotential
/kPa
株高
Plantheight
/cm
冠幅
Canopywidth
/cm
分蘖数
Tiler
number
茎叶干重
Shootdryweight
/g
根干重
Rootdryweight
/g
根冠比
Root/shoot
ratio
-20 18.1a 45.5a 206.3a 22.1a 8.3a 0.37ns
-40 16.9ab 40.4b 180.2b 19.4ab 7.2b 0.37ns
-60 15.6b 34.1c 148.7c 17.8b 6.9b 0.38ns
-80 15.0b 33.3c 130.2c 17.6b 6.9b 0.39ns
注:同列不同小写字母表示经Duncan新复极差法检验差异显著,“ns”表示无显著差异
Note:DifferentsmallettersinthesamecolumnindicatesignificantdifferentbyDuncan’smultiplerangetest,“ns”meansnosignificant
difference
3 讨论与结论
3.1 土壤水势与青绿苔草叶水势
叶水势反映了一定环境条件下植物组织的水分
状况[9],代表植物水分运动的能量水平[10-11],在
SPAC(soil-plant-atmospherecontinum,即土壤-植
物-大气连续体)系统中,叶水势与土壤水势形成的
水势差是该系统中水分运动的源动力,土壤水分状
况的变化对叶水势会产生直接影响[12-13]。干旱胁迫
下保持较高叶水势是抗旱性强的指标之一[14],土壤
水势由-20kPa降低到-80kPa的情况下,叶水势
由-1.54MPa逐步下降为-2.50MPa,说明土壤
水势-80kPa的干旱程度在青绿苔草的适应调节
范围之内。
3.2 灌溉处理与青绿苔草的光合蒸腾
光合作用是影响植物生长和代谢的重要环节,
蒸腾速率是衡量植物水分平衡的重要生理指标,可
以反映植物调节自身水分损耗能力及适应环境的能
力[15]。逆境限制植物光合作用的途径有2种:一种
是气孔因素,由于气孔导度下降导致CO2 进入叶片
受阻,表现为气孔导度、胞间CO2 浓度、净光合速率
均随着水分胁迫程度的增加而趋于降低[16-17],蒸腾
速率也随之降低[15];一种是非气孔因素,逆境条件
造成植物光合机构受损,电子传递速率下降,光合磷
酸化解偶联,影响同化力的形成[18],表现为随着水
分胁迫程度的增加,气孔导度、净光合速率、蒸腾速
率显著降低,但胞间CO2 浓度升高[19]。本试验结果
表明,青绿苔草的气孔导度、胞间CO2 浓度、净光合
速率、蒸腾速率均随着干旱胁迫的加重而显著下降,
说明青绿苔草光合速率的下降主要是由于干旱诱导
的气孔因素引起,反映了青绿苔草对土壤水分状况
的适应调节机制,同时说明即使土壤水势-80kPa
的灌溉处理也没有造成青绿苔草的光合机构损伤。
3.3 青绿苔草花果期节水灌溉策略
在土壤水势由-20kPa降低到-80kPa的过
程中,青绿苔草通过降低叶水势和气孔导度进行适
应性生理调节,虽然净光合速率和蒸腾速率下降,但
水分利用效率由3.53μmolCO2·mol-1H2O显著
提高到9.23μmolCO2·mol-1H2O。经过整个花
果期的不同灌溉处理,随着灌溉点土壤水势的降低,
青绿苔草的株高、冠幅、分蘖数、茎叶干重和根干重
显著下降,但所有处理下植株均生长正常,能保持较
好的景观效果。因此,为了节水灌溉,青绿苔草花果
期可以采取土壤水势下降到-80kPa时灌溉的策
略,可比土壤水势下降到-20kPa时灌溉节约用水
32.3%。
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(责任编辑 刘云霞
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