全 文 :42l第 6卷
1 9 9 2年
第 4期
12月
干 旱 区 资 源 与 环 境 V o l。 6
J o u r n a l o f A r id L a n d R e s o u r e e s a n d E n v i r o n m e n t
N O
。
1 9 9 2
沙拐枣属种间抗干旱抗风蚀
性比较试验研究 来
张孝仁 徐先英
(甘肃省治沙研究所 )
摘 要
本文研究了 8种沙拐枣造林后的成活生长状况 、 抗旱性水分生理指标及杭
风蚀性能。 应用主成分分析法对 8 种沙拐枣的当年成活率 、 第 4 年保存率 、 水
势 、 束缚水 / 自由水 、 细胞 液浓度 、 抗脱水力、 受风蚀致死率 、 相对含水量等
8 项指标进行了综合分析 , 得出 8 种沙拐枣抗千旱 、 抗风蚀性强弱的顺序为:
红皮沙拐枣> 东疆沙拐枣 > 密刺沙拐枣 > 白皮沙拐枣> 泡果沙拐枣 > 头状沙拐
枣 > 乔木状沙拐枣 > 网状沙拐枣 。 从中饰选出红皮沙拐枣 、 东疆沙拐枣 、 密刘
沙拐枣三种抗逆性较强的种 。
关键词 : 沙拐枣 杭千旱 抗风蚀
沙拐枣属 ( C al z讼 。 n u 碗 L . ) 植物全世界共有 30 多种〔门 , 绝大多数的种集中分布于
苏联中亚与中国新疆 。 我国有 20 多种〔 2 · 3 〕。
沙拐枣为喜光的灌木: 具有耐干旱 、 高温 、 痔薄 , 抗风蚀沙埋 , 繁殖容易 , 生长迅
速 , 适应性强 (对干旱 一与流沙具有特殊的适应性 ) 等特性 , 是荒漠地带固沙的先锋植物
种 。
沙拐枣属植物早 已引起人们的注意 , 对其进行过分类学 、 生物生态学 、 引种驯化等
方面不少的研究工作 。 但对其抗逆性的研究以往偏重于定性方面的工作 , 而定量方面的
工作做得甚少 , 特别是对该属不同种之间抗 逆性之差异未 见有人 做过深入的研究 。 为
此 , 我们从 1 9 8 5年开始 , 进行了沙拐枣属种间抗干旱 、 抗风蚀性比较试验研究 。
一 、 试验区自然概况
试验地位于武威市治沙站 , 、 地处干旱荒漠地带 , 年平均千燥度 4 . 3 3 。 年平均气温
7
.
7 ℃ , 7 月平均气温 21 . 7 ℃ , 1 月平均气温 一 8 . 5℃ , 极端 最高 、 最 低气 温分别为
38
.
5℃ 、 一 29 . 5 ℃ , ) 10 ℃的年活动期积温 30 03 ℃ 。 年均降水量 n o m m , 7 一 9 月约 占
带本文系国家 “七五 ” 科技玫关专题了5一 0 3一 0 1一。 5的研究内容之一 。 承蒙中国科学院兰州沙漠研究所赵兴梁
研究员审阅 . 深致谢忱 。
DOI : 10. 13448 /j . cnki . jal re . 1992. 04. 008
5 6 千 旱 区 资 源 与 环 境 第 6卷
年降水量的 58 % , 4 一 6 月干早 ; 年蒸发量 2 5 0 m m 以上 。 年平均相对湿度 5 2% , 3 一
5 月平均相对湿度 42 一 4 % 。 年平均无霜期 15 5天 , 年平均风 速 2 . 0m s/ ; 年平均 8级 以
上大风 日数 18 天 , 3 一 5 月风 频繁且多大风 ; 年平均沙暴日数 14 . 6天 , 多发生在 4 月
份 。
试验地设在流动沙丘上 , 沙丘类型主要为新月形沙丘及新月形沙丘链 , 高 2 一 s m 。
流动风沙土 p H值 8 . 0一 8 . 5 , 有机质含量不到 0 . 4% , 沙丘迎风坡中 、 下部 1 米深沙层的
平均含水量 2 一 3 % 。 丘间低地的地下水位 8 一 0] m 。
二 、 研究对象及试验方法
(一 ) 供试植物种及试验材料
参试的沙拐枣种有头状沙拐枣 ( C . e a p u t 一 m e d u , a e ) 、 红皮沙拐枣 ( C . r u b i c u n d u -
山 ) 、 乔木状沙拐枣 ( C . a r b o r e s e e n s ) 、 网状沙拐枣 ( C . e a n e e l l a t u m ) 、 东 疆沙拐枣
( C
.
k l e m e n t z i i )
、 白皮沙拐枣 ( C . le u e o e l a d u m ) 、 密刺沙拐枣 ( C 。 d e n s u m ) 、 泡果
沙拐枣 ( C . ju n ce u m ) 。前 5 个种的试验材料为一年生插穗及一年生实生苗 ; 后 3 个种
的试验材料为一年生实生苗。 以上 8 种沙拐枣的插穗与种子皆采自中国科学院新疆生物
土壤沙漠研究所吐鲁番荒漠植物园的栽培种 。
(二 ) 试验的布设
在流动沙丘迎风坡 2 / 3以下 , 设置半隐蔽式草方格沙障 , 规格为 2 . 5m 又 2 . 5 m , 高 15
一 2 c0 m 。 草方格内 , 穴状播插或植苗造林 , 每穴一根插穗或一株苗木 。
1 9 8 5年春与拍 86 年春 , 分别将头状 、 乔木状 、 红皮 、 网状 、 东疆等 5 种沙拐枣的一
年生插穗及 8 种沙拐枣的一年生实生苗 , 按随机行间混交方式排列布置 , 三次重复。 试
验面积 70 亩 。
(三 ) 各项抗旱性水分生理指标的测定闭
各参试种的样品取自田 间试验区生长正常的四年生植株中部向阳面的同化枝 , 测定
时间在 8 月 , 上 、 中 、 下旬各测一次 。 每个种每项指标每次 3 个样 。 取平均值作为测定
结果。
J急含水量 : 烘千称重法 。
自由水含量 : 马林契克法 。
束缚水含量 二 总含水量 一 自由水含量
相对含水量 ( % ) 二 组织鲜重 一 组织干重水饱和后重 一 组织干重 X 1 0 0
自然饱和亏 ( % ) “ 1 一 相对含水量
水势 : 折射仪法 。
持水力 : 离体同化枝室内自然千燥法 。
细胞液浓度 ; 用折射仪测定 。
第 4期 张孝仁等 沙拐枣属种间杭干旱 、 抗风蚀性比较试验研究 5宁
三 、 试验结果与分析
(一 ) 沙拐枣的抗风蚀性能及风蚀对其成活 、 生长的影响
各种沙拐枣普遍具有较强的抗风蚀能力 , 这种能力随着苗龄的长大而增强 。 多年生
植株受风蚀后 , 主根与侧根露出很多 , 仍能正常生长 。 但造林初期遭受风蚀危害 (风蚀
深度超过 1 c0 m ) , 可使成活率降低 , 植株生长量减弱 。
对试验林地风蚀深度与苗木成活 、 生长情况的调查结果 (见表 1 ) 表明 , 红皮 、 头
状 、 网状 、 乔木状等几种沙拐枣 , 受风蚀与否 , 扦插造林成活率及当年苗高 、 地径生长
量差异显著 , 说明造林初期苗木耐风蚀能力较强 。
表 1 不同风蚀深度对扦插造林的沙拐枣成活、 生长的影响
T
a b
.
1 T h
e
I
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仪。 n 。。 o
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e r o 兮 i o n d o P t l i o n C a l l主g 。 扛 u m p 1 3 n t g .
风蚀深度 红皮沙拐枣 网伏沙拐枣 头状沙拐枣 …乔木 J/ 沙拐枣…二( e m ) 成 6 4 8 2 8 1 8 3 …插穗长度为活 …_一” 一甲1 一 1 0 率 a 0 了5 8 3 一舅1 1一 2 0 4 2 5 3 6了 6了2 1一 4 0 2 2 5 0 5 6 4 00 地 1 . 2 1 . 了 2 . 7 2 . 01 一 1 0 径( e m ) O。 6 1 . 0 3 1 1 丫1 1一 2 0 0 . 了 0 . 9 1 . 0 1 . 22 1一 4 0 公 , 6 0 . 9 1 . 3 0 . 60 高 8 9 l a 6 1 6 1 1 6 3度1一 1 0 ( e m ) 6 6 1 3 4 1 191 1一2 0 5 1 仑垂 14 ,r `1 32 1一 4 0 3 4 … 了2 。6 … 4 2 一…
由表 1 看出 , 随着风蚀深度的增加 , 成活率降低 , 高 、 径生长量 明显下降 。 当风蚀
深度为 21 一4欠 m (即风蚀深度超出插穗长度之一半 ) 时 , 对沙拐枣的成活率及生长量有
很大的影响 。 但即使在这种严重风蚀情况下 , 成活率一般为 40 一 5 6% ; 地径 与高度一般
可及不受风蚀时的一半左右 , 这说明沙拐枣造林初期仍然具有一定的抗风蚀能力 ,
千 旱 区 资 源 与 环 境 第 Q卷
分析结果表明 , 各种沙拐枣的抗风蚀能力差异不显著 , 说明它们的抗风蚀性能都比
较强 。
(二 ) 抗旱性水分生理指标的测定结果及其对抗旱性的影响
不同种沙拐枣主要抗旱性水分生理指标的测定结果 , 见表 2 。
( 1 ) 束缚水与自由水
束缚水 / 自由水是反映植物保水能力的一项重要指标。 在相同的生态环境中 , 比值
越大者 , 植物光合细胞 中原生质水合能力越强〔5〕 ,保水能力越强 , 能够降低水胁迫对植
物生理活动的影响 , 故抗早性就越强 。
’
( 2 ) 水势
水势是表示植物吸水能力的一项重要指标 。 低水势对耐早植物来说 , 是对水分亏缺
的十分重要的生理适应〔的 。 在同样干早的土壤中 , 水势值低的植物较水势值高的 植物受
水胁迫的影响小 , 能够吸取较多的水分 , 故抗旱性也越强 。
3
. `相对含水量与水分自然饱和亏缺
不同植物种在相同环境条件下 , 相对含水量愈高 , 水分自然饱和亏缺愈少 , 其抗 旱
能力愈强 。
、
( 4 ) 持水力
植物组织一离体叶片或同化枝含水量下降的速度越慢 , 失水达到恒重所历经的时间
越长 , 抗早性越强 。
( 5 ) 细胞液浓度
植物组织的细胞液浓度值越大 , 其细胞渗透压就越高 , 相应地细胞吸水力则增强 。
细胞液浓度越大 , 原生质胶体的亲水性越大 , 组织的保水力就越强 。
依据上述 5 项指标对 8 种沙拐枣可以排出 5 种抗旱性序次 , 这显然出现 了就同一种
沙 拐枣而言抗旱性强弱不一致的矛盾 。
植物的抗旱性能是其遗传性 、 细胞原生质胶体性质 、 细胞结构及功能诸因素综合作
用的体现 〔” , 是一个十分复杂的生理问题 , 既包括值物从千旱缺水的土壤中吸取水分的
能力 , 也包括植物抗御水分 亏缺的能力 , 两者可以一致 , 也可能不一致 。 由于植物抗旱
方式有多种途径 , 故不能以某一项指标为依据来确定植物杭旱性的强弱 , 必须综合考虑
各项抗旱性指标 , 综合评价植物的杭旱性强弱 。
鉴于上述情况 , 我们采用主成分分析 ( P C A ) 法 , 对不同种沙拐枣的抗旱性进行数
量化研究 , 以尽量减少片面和武断 , 使其符合实际 。
(三 ) 沙拐枣抗千早 、 抗风蚀性的主成分分析〔3 , 的
( 1 ) 计算过程
①将所测定的 8个杭干旱 、 抗风蚀性特征指标值 ( 见表 2 ) , 输入 电子计算机中 ,
计算出任意两个指标之间的相关系数矩阵。
②计算相关矩阵的特征值及与各特征值相应的特征 向量 ; 算出每个主分量的贡献率
及累计贡献率 (表 3 ) 。
③计算出 8 种沙拐枣的主分量坐标 。 因前 4 个主分量的累计贡献率已达 9 4 . 63 % , 故
决定选取前 4 个主分量 。 8 种沙拐枣的四维排序坐标见表 4 。 第一 、 二主分量占全部信
息量的盯 . 25 % , 故 以第一 、 二主分量作成二维空间的排序图。 同时 , 用距离分类法分
第 4期 张孝仁等 沙拐枣属种间抗千旱 、 抗风蚀性比较试验研究
_ 的
认 户, ,
- 一 . -一一一 ~ - - - ” ~ .一~ - ~ - - ~ 一 ~ 一 ~ - 呼 一 ~ - , ~ - . .一一 - - , ~一 归一一一- 一甲尸一一一一~ . , 一 , ~ 州 一叶` , 尸 ~ 一一尸 ~ , 一~ 一 喊~ 一一一一一 尸 一 ,
表 2
T
a b
.
2
八种沙拐枣的抗千早 、 抗风蚀性特征指标值
I n d i
e e g a n d t h e i r v a l u e o o f t h e r e g i g t a n e e ,
种 名 、巍 2网状 3白皮指 标
4
乔木状
_
5
红皮沙拐枣一沙拐枣 {沙拐枣 1沙拐枣一沙拐枣
6
东疆沙拐枣
7头状
沙拐枣
8
密刺沙拐枣
当年成活率 (多 ) 、 ; 一
第四年保存率 (厂 ) 二 :
水 势 (巴 ) x , _
束缚水 /自由水 圳
细胞液浓度 (拓 ) 二 ,
抗鲜阅二2刁 (少时 ) 。同一风蚀深度 ( 1 5 o m ) x ,下致死率 (男 )
才目对含太量 厂多 ) 二 。
了6 2 4 罕1科 } 3日 } 防 } 韶 { 4了 { 阴
6。 { 1 1 { 3 5 } 1 7 } 4 0 } 9 1 } 1 3 { 4 4
一 2 1 污一 1 4 5 ,一 14 5 1一 1婆. 5 一 3 0 1 }一 2 1 一 14 . 5 一 3 0
2 1 0
.
9 2 4 3 0
.
9 4 2 0 2了 0 仑5 0 7 0
卫}迎…丝…丝…丝 1 1 4 } 1 5 . 6 { 1 3 . 3卿}胆…些…匹…匹…一…~ …~~ 一塑…丛{迎…坦1~ {一…~R6 . 3 4 一窍q . 牙5 艇 . 3 1 } 9 1 . 0 】8 9 . 舍5 , 户4 . 3士 } 了2 . 4 6 ! R 3 3了
表 弓
T a b
.
3
特征值及特征 向量 、 因子载荷量表
C h
a r a e t e r i g t i e v a l u e 。 , e h a r a e e r i o t i e v e e t o r , a n d l o a d e d v a l u e g
.
\ 一一 、 一造分量 第一主分量 Y : 第二主分量 Y Z 第三主分量 Y , 第四主分量 Y ` 公因子方差\ \ ~ ~ 、 \ (男 )
、 _冲征 ’疆 ’ 载荷量特王向量 载荷量 、寺征向量…载荷量 特征向量 载荷量 {特征向量 载荷量T叙变重 X 1 0
.
4 9 1 0
.
0 4 2 一 0 . 0 2了 一 0 0 3 6 0 . 2 2 3 0 . 2 63 0 . 01 6 0 . 0 1 5 9 5 ` 2 3
X 2 0
,
4 4 1 0
.
2通6 一 0 . 2 4 5 一 O , 3 10 0 . e 7 9 0 . 0 9 0 一 0 . 3 7 9 一 0 . 3 6 0 9 5 . 5 2
X
3 一 0 ` 4 1 0 一 0 , 了合6 一 0 . 1匀6 一 0 . 2 5 G 0 . 4 1 0 0 . 4 6 6 一 0 . 0义 一 0 . 0了q 9 0 . 5 4
X 4 0 2 29 0
. 选3 9 一 0 . 4 54 一 0 . 5 02 0 . 5 3 0 0 . 6 0 9 0 . 2 3 0 0 . 2 6 6 9 8 . 49
X
5 一 0 . 4 0 3 一 0 . 了7 3 0 . 2 4仑 D . 3 2 3 O , 2 3 3 0 . 2 6 5 0 . 3 1 1 0 . 2 9导 8 5 . 9 0
X 6 0
.
2 3 3 0
.
54 3于 0 . 6 0 4 0 . 7 a 3 一 0 . 0 2 5 一 0 . 02 3 一 D . 1 3 0 一 0 . 1 7 1 9 4 . 5 7
X , 一 0 . 3 0 7 一 0 . 5仑9 一 O , 3 4 3 一 0 . 4 5 4 一 0 . 1仑4 一 0 . 2 0 9 一 0 . 6 5了 一 0 . 6 2 3 9宫. 4仑
X
舀 0
.
0 26 0
.
1 6 6 一 0 . 3岔4 一 0 . 5 0 1 一 0 . 6 3 2 一 D . 了1 3 O , 4 6 0 0 . 4 3子 9 3 .仍
特征根入 孟: 二 3 . 6 3 决: 一 1 . 丫O 只3 ~ 1 . 2 9 盛` 一 0 . 9 0
贡献率 (厂 ) …、 `已’ 0” 2 1 . 2 5 1 6 . 1 1 1 1 . 2宁
累计贡献率 (另 ) … ` 6 . “ o 6丫. 2 5 a 3 . 3 6 04 . 6 3
午 早 区 资 源 与 环 境 第 6卷
表 4
T
a
b
.
4
八种沙拐枣的主分量排序坐标
Th e e oq e n ue e o f8C a l l ig n o um : p e e i。 ,一…{共写一…牛
组 (图 1 ) 。
①一③计算过程均在计算机上进
行 。
④计算出各变量指标对前 4 个主
成分的载荷量 (表 3 ) 。
( 2 ) 结果分析
由表 3 可知 , 第一个主分量的特
征值为 3 . 68 , 已表达了总信 息 量 的
46 %
, 该主分量在第一个变量 (当年
成活率 ) 、 第二个变量 (第四年保存
率 ) 、 第三个及第五个变量上载荷量较
大 , 说明当年成活率 、 第四 年 保 存
率 、 水势及细胞液浓度等四项指标对
第一主分量的贡献较大 ; 第二个主分
量的特征值为 1 . 70 , 可表达总体信息
的 21 . 25 % , 该主分量在第六 个 一与第
四个变量上有较大载荷系数 , 说 明持
水力与束缚水 / 自由水对第二个主分
量起主要作用 ; 第三个主分量受相对
含水量与束缚水 / 自由水的影响较显著 ;
含水量差异的信息 。
图 1 八种沙拐枣抗千早 、 抗风蚀性主
分量分析的二维排序图
(占总信息量的 6 7 . 2 5% )
F 19
. 土 T h e o e q u e n e e o f 8 C a l l i g o n “ m 、 p e e王e g
o n t h
e r e g i s t a n e e g
.
1
. 才包果沙拐枣 2 . 网状沙拐枣 3 . 白皮沙拐枣
4
. 乔木状沙拐枣 5 . 红皮沙拐枣 6 .东疆沙拐枣
丫.头状沙拐枣 3 .密刺沙拐枣
第四个主分量主要是反映受风蚀致死率与相对
提取 4 个主分量后 , 各原始指标所解释的公因子方差都相当高 (达 8 5 . 9 0% 以上 ) ,
其中, 束缚水 / 自由水 、 风蚀致死率 、 相对含水量所解释的公因子方差分别为 9 8 . 4 9 % 、
9 8
.
4 8%
、
9 8
.
4 6 %
, 这反映出主成分提取的有效性 。
据各主分量轴所占有的信息百分比与 各个 种在 此 轴上 的坐标 , 计算出各个种的
4
E y ; 几 i值 (见表 5 , : ;为 y 、分量轴所含信息量的百分 比 ; y ;为相应的坐标值 )
= 1
第 4期 张孝仁等 沙拐枣属种间抚干旱、 抗风蚀性比较试验研究 肚
4
表5 8 种沙拐枣的习 y; 久 :值
= 1
T ab
.
5 T li e e o mP r ai , 呈o n o f r e , i , t a n e e b e t w e e 立 8 C a l li g o n u m g P e e i e , .一份口白导
从图 1 看出 , 红皮沙拐枣 、 东疆沙拐枣 、 密刺沙拐枣为第一组 ; 白皮沙拐枣 、 泡果
沙拐枣为第二组 ; 头状沙 拐枣为第三组 ; 网状沙拐枣 、 乔木 状沙 拐枣为第四组 。 据
4
兄 y ; 几 ;值的大小排出 8种沙拐枣抗干旱 、 抗风蚀性的强弱顺序为 : 红皮沙拐枣 > 东疆
i 口 1
’ 沙拐枣 > 密刺沙拐枣 ) 白皮沙拐枣 > 泡果沙拐枣 ) 头状沙拐枣 > 乔木状沙拐枣 > 网状沙
拐枣 。
四 、 结 论
( 1 ) 用主成分分析法对 8 种沙拐枣的抗干旱 、 抗风蚀性进行了数量化研究 , 得出
8 种沙拐枣抗干旱 、 抗风蚀性的强弱顺序为 : 红皮沙拐枣 > 东疆沙拐枣 > 密刺沙拐枣 >
白皮沙拐枣 > 泡果沙拐枣 > 头状沙拐枣 ) 乔木状沙拐枣 > 网状沙拐枣 。
( 2 ) 抗旱性 、 抗风蚀性是选择优 良固沙植物种的重要科学依据。 同样的环境条件
下 , 抗逆性强的种较抗逆性弱的种优越性大。 故在选用沙拐枣属植物作为荒漠地带固沙
造林的树种时 , 应优先考虑红皮沙拐枣 、 东疆沙拐枣 、 密刺沙拐枣 。
( 3 ) 应用主分量分析法研究沙拐枣属植物抗干早 、 抗风蚀性最终结果的准确性 ,
受所选取的指标及其测定时间 、 所选样株的苗龄 、 生长环境条件等因素的制约。 究竟选
取哪些指标能取得最符合实际的结果 , 有待进一步研究 。
参 考 文 献
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6 2千 旱 区 资 源 与 环 境 第 6 卷
C O MP AR ATV I ET T E S工 NR E S IST AN T C E S O
RD O U GH T AD N W IND R N E O S IOB T E W EN E
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, 8 w a t e r P h y s i o l o g i e a l i n d i e e s w h i e h
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, t h e y a r e s u r v i v a l r a t e s a t t h e
f i r s t y e a r a n d t h e f o u r t h y e a r
,
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, b o u n d / f
r e e w a t e r r a t i o
,
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, d e h y d r a t i o n r e s i s t a n e e
,
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T h r o u g h e o m P a r i s io n
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, f r o m h i g h t o
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· 犯夕梦亡一m e d u s a e , C · a r右O r c s c e n s , a n d C . c a n c e l l a ` u 爪· F i n a l l y , C . r u 西£c u n d u m ,
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`之 i艺 a n d C 。 d e玲 s “ m a r e s e l e e t e d a s b o s t s P e e i e s t o r e s i s t d r o u g h t
a n d w i n d e r o s i o n
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K e y W
o r d , : 以 1 1i g o n u m , D r o u g h t R e s i s t a n e e , W i n d 一 e r o s i o n R e s i s t a n e e .