薛 強, 趙廷寧, 趙 平, 楊建英, 楊 陽, 許澤寧

(1.北京林業(yè)大學 水土保持學院, 北京100083;2.北京東方園林生態(tài)股份有限公司， 北京100012; 3.安徽省高速公路控股集團有限公司， 安徽 合肥 230000)

不同水分條件下3種灌木幼苗的耗水及生長特征

薛 強1, 趙廷寧1, 趙 平2, 楊建英1, 楊 陽1, 許澤寧3

(1.北京林業(yè)大學 水土保持學院, 北京100083;2.北京東方園林生態(tài)股份有限公司， 北京100012; 3.安徽省高速公路控股集團有限公司， 安徽 合肥 230000)

[目的] 研究岳武高速公路填方邊坡3種綠化灌木幼苗在不同土壤水分條件下的耗水特征及生長表現(xiàn)，為該地區(qū)邊坡早期植被恢復和護坡植物維護提供參考。 [方法] 選取馬棘、二色胡枝子、紫穗槐幼苗為試驗材料，采用盆栽稱重法測定其在不同土壤水分處理下〔田間持水量(FC)的30%～45%，45%～60%，60%～75%和75%～90%〕的階段耗水特征及生長變化。 [結(jié)果] 3種灌木幼苗的日耗水變化曲線均呈單峰型特征，峰值出現(xiàn)在中午時分；月耗水量、總耗水量均隨土壤含水量的升高而增大，且差異顯著；不同水分條件下灌木幼苗的株高、地徑、生物量增量差異顯著，馬棘長期處于30%～45%FC、二色胡枝子和紫穗槐長期處于30%～45%FC，45%～60%FC水分條件下其幼苗生長受到抑制；土壤水分含量對灌木幼苗的水分利用效率影響較大，75%～90%FC和30%～45%FC均會降低幼苗的水分利用效率。 [結(jié)論] 綜合考慮灌木幼苗的耗水量及生長特征，認為馬棘幼苗土壤含水量維持在45%～60%FC、胡枝子和紫穗槐維持在60%～75%FC時能夠?qū)崿F(xiàn)幼苗正常生長，同時又能實現(xiàn)水分的高效利用。

灌木幼苗; 耗水特征; 水分利用效率

近年來，高速公路建設突飛猛進，極大促進了沿線地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。截至2014年年底，中國高速公路總里程已達1.11×105km，高居世界第1位[1]。高速公路在建設過程中勢必會形成大量新的裸露坡面，加劇了水土流失，引發(fā)嚴重的生態(tài)問題[2]。隨著社會環(huán)保意識的增強和國外先進邊坡綠化技術的引進，人們逐漸發(fā)現(xiàn)高速公路邊坡綠化可以很大程度地解決這一問題[3]。目前，中國高速公路生態(tài)護坡技術主要采用客土噴播植草技術、掛網(wǎng)噴播植草技術、框格梁植生袋護坡技術、拱形梁植草護坡技術、植被毯植草護坡技術、生態(tài)袋植草護坡技術[4],并在不同類型的邊坡中得到應用[5-6]。高速公路邊坡綠化作為公路建設的重要組成部分，不僅具有美化環(huán)境的功能，而且可以起到固土護坡的作用[7]。岳武高速公路地處大別山腹地，沿線以山地、丘陵為主，地形起伏較大，大量挖方、填方形成大面積的裸露邊坡。其中填方邊坡為土質(zhì)邊坡，主要采用植物纖維毯生態(tài)型護坡技術進行防護。綠化植物以馬棘(Indigoferapseudotinctoria)、二色胡枝子(Lespedezabicolor)、紫穗槐(Amorphafruticosa)為主。由于邊坡土壤質(zhì)地疏松，結(jié)構(gòu)性差，有機質(zhì)含量低，邊坡蓄水難，失水快，加之路基抬高影響地下水位上升，使得邊坡土壤十分容易干旱。為保證填方邊坡綠化后植被能夠迅速郁閉，以降低水土流失危害，邊坡在植被建植初期需要進行澆水、覆蓋等特殊養(yǎng)護。但由于高速公路邊坡灌溉條件復雜，取水及運輸受到高速公路環(huán)境自身條件等的限制，如何在植被生長初期既保證幼苗快速生長又達到水分高效利用成為需要解決的問題。有鑒于此，本研究以岳武高速公路填方邊坡綠化3種灌木幼苗為材料，在盆栽條件下進行土壤水分控制試驗，研究其在不同土壤水分條件下的耗水特征及生長表現(xiàn)，旨在為該區(qū)填方邊坡早期植被恢復及適宜土壤水分含量的確定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于安徽省安慶市岳西縣蓮云鄉(xiāng)境內(nèi)，地理坐標為30°52′43″N，116°17′21″E，海拔高度374 m。該區(qū)地處皖西大別山腹地，皖西南邊陲，屬北亞熱帶濕潤性季風氣候，雨熱同期，四季分明。年平均氣溫14.4 ℃，7月(最高月)平均氣溫26.3 ℃，1月(最低月)平均氣溫2.0 ℃，大于10 ℃年積溫為4 700 ℃。年平均日照總時數(shù)2 070.5 h，年輻射總量為4 600 MJ/(m2·a)，多年平均水面蒸發(fā)量為1 343 mm。年平均無霜期213 d，多年平均降雨量1 445.8 mm，年際間降水和年內(nèi)降水季節(jié)分布不均衡，降雨多集中在5—9月，占全年降雨總量的75%左右。年平均相對濕度78%。盆栽所用土壤來源于岳武高速公路岳西互通區(qū)附近填方邊坡，土壤類型屬于砂質(zhì)土，田間持水量為17.62%，土壤容重為1.54 g/m3，土壤有機質(zhì)含量10.3 g/kg，全氮0.52 mg/kg、速效磷4.56 mg/kg、速效鉀47.84 mg/kg，土壤粒徑組成為：d>2 mm占44.8%，2>d>1 mm占26.3%，1>d>0.05 mm占16.6%，0.05>d>0.01 mm占3.7%，d<0.01 mm占8.6%。

1.2 試驗材料與設計

控水試驗從2014年5月1日開始，此時馬棘平均株高10.70 cm,平均地徑1.13 mm，胡枝子平均株高10.02 cm,平均地徑1.13 mm，紫穗槐平均株高11.19 cm、平均地徑1.26 mm。采用完全隨機區(qū)組設計，設定4個水分處理，分別為田間持水量(FC)的30%～45%(嚴重缺水)、45%～60%(中度缺水)、60%～75%(輕度缺水)和75%～90%(水分充足)，分別用W1，W2，W3和W4表示。每個處理水平設置4個重復?；ㄅ栌盟芰媳∧じ采w來排除土壤蒸發(fā)。試驗在岳武高速監(jiān)理辦大院內(nèi)進行，降雨時用可移動遮雨棚進行遮雨，無雨時露天放置。采用稱重法控制土壤含水量。將花盆澆透水后待水分消耗至設計范圍內(nèi)，用電子天平(TC-30KH,最大測量量程30 kg，精確度1 g)稱出其總重量作為初始重量。整個試驗期每隔1周采用土壤水分速測儀校正因幼苗生長增加重量對補水量的影響，確保各花盆的土壤含水量保持在設計范圍內(nèi)。試驗期為2014年5—10月。

1.3 測定內(nèi)容與方法

(1) 耗水量測定利用盆栽稱重法。每2～3 d(根據(jù)天氣變化進行調(diào)整，晴天2 d測1次，雨天3 d測1次)定時(18：00)對花盆稱重，稱重后通過埋在花盆內(nèi)的塑料管補水至原重量，記錄花盆質(zhì)量與補水量，以盆重減少量作為其耗水量。月耗水量以當月每2～3 d累積補水量的總和計算；總耗水量以整個試驗期補水量的總和計算；耗水日進程分別選取2014年5，8和10月具有代表性的1 d進行測定，從7：00—19：00，每隔2 h稱花盆質(zhì)量1次，以花盆質(zhì)量減少量作為該樹種在該時間段內(nèi)的耗水量。

(2) 生長指標測定試驗處理前對所有待測花盆進行標記，同時隨機選擇每種灌木幼苗各2盆，測定其株高、地徑，取平均值；將整個幼苗從盆中取出后小心清洗干凈，烘干稱重，取其平均值作為試驗處理前干物質(zhì)量。之后每隔30 d對株高和地徑測定1次。株高用刻度尺(mm)測量，地徑用游標卡尺測量。試驗結(jié)束后分別選取不同灌木不同水分處理具有代表性的植株5株進行干物質(zhì)量測定。

株高增長量=試驗結(jié)束后株高-試驗處理前株高地徑增長量=試驗結(jié)束后地徑-試驗處理前地徑生物量增量=試驗結(jié)束后干物質(zhì)量-試驗處理前干物質(zhì)量

水分利用效率(WUE)=生物量增量/總耗水量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel進行數(shù)據(jù)整理及圖表制作；利用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析，采用Duncan法進行多重比較，并用字母法標記。

以8個明確和14條基本方略為核心要義的習近平新時代中國特色社會主義新思想開辟了馬克思主義新境界、中國特色社會主義新境界、黨治國理政新境界、管黨治黨新境界，是已被十八大以后五年實踐證明了的科學理論。它從理論與實踐兩個方面確保中國化馬克思主義最新成果的時代前沿性，為新時代全黨全國人民確立理論自信提供了堅實前提。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤水分條件下3種灌木幼苗耗水日變化

從圖1中可以看出，3種灌木幼苗在4種土壤水分條件下的耗水日變化曲線變化趨勢基本一致，均呈單峰型特征，但在不同測定日和不同土壤水分條件下各自變化規(guī)律不同。

在5月27日的峰值均出現(xiàn)在11：00—13：00期間，之后緩慢下降；8月2日的耗水高峰出現(xiàn)在11：00—15：00期間，高耗水時段較長，這與當?shù)卮藭r段太陽輻射較強、溫度較高有關；10月25日的峰值同樣出現(xiàn)在11：00—13：00期間，之后耗水量隨太陽輻射強度減弱、溫度降低而快速減小。從不同土壤含水量處理對植物耗水量的影響來看，3種灌木幼苗的日耗水量均隨土壤含水量的升高而增大，大小順序依次表現(xiàn)為：W4>W3>W2>W1。

注：各分圖橫坐標值中時間段1表示7:00—9:00；2表示9:00—11:00；3表示11:00—13:00；4表示13:00—15:00；5表示15:00—17:00；6表示17:00—19:00。圖1 試驗地不同土壤水分條件下3種灌木的日耗水變化

2.2 不同土壤水分條件下3種灌木幼苗月耗水量變化

從表1可以看出，3種灌木幼苗在4種土壤水分條件下的月耗水量呈現(xiàn)出明顯的變化特征，總的變化趨勢是先上升后下降。從5月控水試驗開始，耗水量快速增大，7月有所下降，這可能與該地區(qū)7月上旬出現(xiàn)的連續(xù)陰雨天氣(梅雨季節(jié))有關，月耗水量在8月達到峰值，8月植物處于快速生長階段，加之太陽輻射較強，溫度較高，導致耗水量達到最大值，之后逐月降低，到10月降到最低。

從水分處理水平對各月耗水量的影響來看，各處理之間的耗水量在同一月份存在明顯差異，表現(xiàn)為土壤含水量越高，耗水量越大，這說明在相同環(huán)境條件下，土壤水分是影響苗木耗水的關鍵因子之一。方差分析表明，馬棘在整個試驗期W4和W3的耗水量顯著大于其他條件；二色胡枝子和紫穗槐在W4條件下顯著大于其他條件。從植物耗水量角度考慮，選擇水分較低的處理植物耗水量較低，節(jié)水效果明顯。

表1 不同土壤含水量條件下3種灌木幼苗月耗水量變化

注：同一列中同種植物不同字母表示相同月份不同處理間差異顯著(p<0.05)。下同。

2.3 不同土壤含水量對3種灌木幼苗生長的影響

2.3.1 株高和地徑株高和地徑是描述植物生長最基礎的形態(tài)指標。由圖2可以看出，截止試驗結(jié)束時，3種灌木幼苗在不同水分條件下株高和地徑生長均出現(xiàn)明顯的差異，表現(xiàn)為高水處理顯著優(yōu)于低水處理。方差分析表明，控水試驗2個月后，馬棘株高W4與W3，W2差異顯著，W3，W2與W1處理差異顯著，而W3與W2處理之間差異不顯著；其地徑W4，W3，W2大于W1處理，且差異顯著，而W4，W3，W2處理之間差異不顯著；馬棘在W4，W3，W2條件下長勢較好，而在W1條件下株高和地徑生長緩慢，這表明在長期W1條件下其生長受到了明顯抑制。二色胡枝子和紫穗槐株高W4，W3處理高于W2，W1處理，且差異顯著，而W2與W1處理之間除了10月差異顯著外，其他月份都沒有達到顯著水平；其地徑W4，W3處理同樣大于W2，W1處理，且差異顯著，而W4和W3處理之間差異不顯著；從圖2中可以看出，二色胡枝子和紫穗槐在W4和W3條件下長勢較好，而在W1和W2條件下株高和地徑生長緩慢，株高和地徑生長均受到不同程度的抑制。試驗結(jié)束時，分別計算3種灌木幼苗株高和地徑增長量，同樣驗證馬棘在W1條件下、二色胡枝子和紫穗槐在W1，W2條件下生長受到抑制的結(jié)論(表2)。

2.3.2 生物量增量和水分利用效率 同一樹種在不同土壤水分條件下總耗水量差異顯著，大小順序表現(xiàn)為:W4>W3>W2>W1。馬棘在W4條件下的總耗水量分別是W3，W2和W1條件下的1.21,2.18和2.88倍，二色胡枝子在W4條件下分別是W3，W2和W1的1.32,1.54和2.39倍，紫穗槐在W4條件下分別是W3，W2和W1的1.40,1.71和2.59倍。3種灌木幼苗的生物量增量同樣表現(xiàn)為隨土壤含水量的升高而增大。馬棘生物量增量在W4條件下最大，W3和W2次之且差異不顯著，W1最小；二色胡枝子和紫穗槐在W4和W3條件下的生物量增量大于W1和W2，且差異顯著，而W4與W3,W2與W1之間差異不顯著。用生物量增量與總耗水量分別計算3種灌木幼苗在4種土壤含水量條件下的水分利用效率WUE，由表2可知，馬棘在W2處理下的WUE顯著大于其他處理，W3次之，W4和W1最??；而二色胡枝子和紫穗槐W3處理顯著大于其他處理，W4和W1次之，W2最小。

圖2 不同土壤含水量條件下3種灌木幼苗株高、地徑生長變化

灌木名稱處理株高增長量/cm地徑增長量/mm生物量增量/g總耗水量/kg水分利用效率/(g·kg-1)馬棘W45042±152a670±063a1644±108a1144±104a149±0097cW34565±102b666±061a1483±096b954±075b155±0075bW24477±025b654±058a1459±103b524±090c278±0114aW12296±020c365±047b574±083c397±005d144±0083c二色胡枝子W44067±101a669±068a1458±093a906±102a172±0084bW33548±100b666±064a1439±087a686±092b210±0103aW22373±043c455±055b948±068b587±086c141±0079cW11899±041d365±041c605±043b379±091d160±0085b紫穗槐W44209±132a715±072a1555±114a997±124a156±0145bW33645±122b721±078a1491±108a713±086b209±0086aW21966±098c386±042b745±058b573±091c130±0079cW11673±075d287±035c560±046b385±077d145±0085b

3 討論與結(jié)論

水分是植物生長的條件和基礎，而土壤含水量是影響植物耗水量最直接的因素[8]。有研究表明[9]，苗木耗水量隨干旱程度的增加而減少，在受到嚴重干旱脅迫時，灌木樹種的耗水量降至正常水分條件下的16.9%。本試驗中，3種灌木幼苗的耗水量同樣明顯受土壤水分的影響，月耗水量及總耗水量均表現(xiàn)為:水分充足>輕度缺水>中度缺少>嚴重缺水，且不同處理間差異較大。試驗期間，3種灌木幼苗的耗水量高峰出現(xiàn)在6—9月，該階段也是灌木幼苗快速生長階段。在岳西地區(qū)，降雨主要集中在5—9月，基本能夠滿足3種護坡灌木幼苗快速生長所需水分。

植物的生長不僅與其遺傳特性有關，而且還受外界環(huán)境因子的影響，過低的土壤水分會對植物的生長狀況、形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理生態(tài)過程產(chǎn)生顯著影響[10-11]。水分脅迫會對植物光合器官生長產(chǎn)生抑制，致使光合面積減少，光合產(chǎn)物總量也隨之降低，從而使植物生長受到限制[12]。研究表明[13]，土壤干旱會對二色胡枝子光合色素的合成與分解、色素的種類及變化造成影響，進而影響光合作用，最終影響植物的生長；紫穗槐為適應干旱環(huán)境，在外部形態(tài)上主要通過降低株高、減小地徑、減少復葉上的小葉數(shù)量、縮小葉面積等方式，以利于在逆境下保存水分，增強抗旱能力，提高其生存能力[14]。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤水分條件下馬棘、二色胡枝子、紫穗槐幼苗的形態(tài)指標差異明顯，表現(xiàn)為高水處理顯著優(yōu)于低水分梯度。3種灌木幼苗在較高水分條件下株高和地徑均生長良好，試驗2個月后，灌木幼苗生長差距拉開，馬棘在30%～45%FC條件下、二色胡枝子和紫穗槐在30%～45%FC和45%～60%FC條件下生長受到不同程度的抑制。除土壤水分條件外，植物耗水量還受氣象條件影響[15-16]，在太陽輻射強、氣溫高的條件下，其耗水量會顯著增加，所以在對邊坡進行灌溉時，一般選擇早晨或晚上進行，以利于水分能夠被植被高效利用。

長期水分脅迫會抑制植物生物量的積累，但適度水分脅迫會提高植物水分利用效率。研究表明，3種水分處理下酸棗生物量表現(xiàn)為：適宜水分(田間持水量的75%)>中度脅迫(田間持水量的55%)>重度脅迫(田間持水量的35%)，干旱脅迫造成酸棗過早停止生長，導致植株矮小[17]；火炬樹幼苗在受到中度脅迫(田間最大持水量的25%～30%)和重度脅迫(田間最大持水量的15%～20%)時，其總生物量的積累受到抑制[18]；3種土壤水分條件下(田間持水量的75%，55%和40%)杠柳水分利用效率隨著水分供應的減少表現(xiàn)出逐漸升高的變化趨勢[19]。本試驗中，3種灌木幼苗的生物量增量均隨土壤含水量的升高而增大，馬棘在30%～45%FC條件下、二色胡枝子和紫穗槐在30%～-45%FC，45%～60%FC條件下的生物量增量顯著小于其它條件，生長受到抑制。不同土壤水分條件下植物總耗水量間差異顯著，馬棘在60%～75%FC和75%～90%FC條件下、二色胡枝子和紫穗槐在75%～90%FC條件下總耗水量顯著大于其他條件。進一步計算水分利用效率(WUE)發(fā)現(xiàn)，隨著土壤含水量的降低，3種灌木幼苗水分利用效率呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律，表明馬棘、二色胡枝子、紫穗槐幼苗在適度水分脅迫下有利于提高水分利用效率。其中，馬棘在45%～60%FC處理下的水分利用效率最高，且顯著高于其他處理；而二色胡枝子和紫穗槐在60%～75%FC處理下最高，且顯著高于其它處理。

綜上所述，綜合考慮3種灌木幼苗的耗水量及生長表現(xiàn)，認為馬棘幼苗土壤含水量維持在45%～60%FC、二色胡枝子和紫穗槐維持在60%～75%FC時耗水量較低，同時幼苗長勢良好，能夠?qū)吰缕鸬胶芎玫姆雷o作用，實現(xiàn)水資源的高效利用。通常情況下，道路邊坡坡下土壤含水量高于坡上和坡中[20]，在高速公路植物護坡應用時，建議將二色胡枝子和紫穗槐配置在水分條件相對較好的坡下部位，而將馬棘配置在水分條件相對較差的坡上、坡中部位。在公路邊坡植物苗期進行澆水養(yǎng)護時，建議優(yōu)先采用滴灌方式進行澆水，當采用水車澆水時應使用高壓噴霧器使養(yǎng)護水成霧狀均勻地濕潤坡面，同時注意控制好噴頭與坡面的距離、出水量和移動速度，避免形成地表徑流、造成基質(zhì)沖刷。在澆水時間上通常選擇早晨、晚上，避免中午高溫時分澆水增大蒸發(fā)量，同時避免灼傷植被葉片。

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Water Consumption and Growth Characteristics of Three Shrubs Seedlings Under Different Soil Water Conditions

XUE Qiang1, ZHAO Tingning1, ZHAO Ping2, YANG Jianying1, YANG Yang1, XU Zening3

(1.CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China; 2.BeijingOrientLandscapeCo.Ltd.,Beijing100012,China; 3.AnhuiProvinceExpresswayHoldingGroupCo.,Ltd.,Hefei,Anhui230000,China)

[Objective] The water consumption characteristics and growth performances of three shrubs seedlings on the embankment slope of Yuexi-Wuhan highway under different soil water conditions were studied to provide a theoretical basis for the local slope vegetation restoration and plants maintenance of slope protection. [Methods] Three shrubs,Indigoferapseudotinctoria,LespedezabicolorandAmorphafruticosawere cultivated using pot method. Water consumption and seedlings growth of them were measured under four different water treatments﹝30%～45%, 45%～60%, 60%～75% and 75%～90% of the field water capacity(FC)of pot soil〕. [Results] Result indicated that the diurnal variation of water consumption of the three shrub seedlings presented an unimodal shape. The peak values appeared in the noon. The monthly water consumption and total water consumption increased significantly with the increase of soil moisture. There existed significant differences in height, basal diameter and biomass increment for all of the three shrub seedlings among different soil water content. The growth ofIndigoferapseudotinctoriain long time of 30%～45% FC, and the growths ofLespedezabicolorandAmorphafruticosain long time of 30%～45% FC and 45%～60% FC, respectively were inhibited. Soil water content had a great influence on the water use efficiency of three shrubs seedlings. Soil water conditions of 75%～90% FC and 30%～45% FC reduced the water use efficiency(WUE). [Conclusion] If seedlings water consumption and growth characteristics were both considered, soil moisture ofIndigoferapseudotinctoriashould maintain at 45%～60% FC,LespedezabicolorandAmorphafruticosaat 60%～75% FC. On these conditions of soil moisture, they can grow at normal rate with relative efficient uses of water.

shrubs seedlings; water consumption characteristics; water use efficiency

2016-03-31

2016-05-21

安徽省交通科技項目“高速公路生態(tài)型護坡技術應用研究”(AHGS2013-5)

薛強(1990—),男(漢族),內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市人,碩士研究生,研究方向為水土保持、工程綠化。E-mail:734572863@qq.com。

趙廷寧(1962—),男(漢族),河北省陽原縣人,博士,教授,博士生導師,主要從事工程綠化和水土保持方面的研究。E-mail:zhtning@bjfu.edu.cn。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.014

A

1000-288X(2016)06-0078-06

S732

文獻參數(shù)： 薛強, 趙廷寧, 趙平, 等.不同水分條件下3種灌木幼苗的耗水及生長特征[J].水土保持通報，2016,36(6)：078-083.