周 鑫，胡紅玲，胡庭興，楊珊珊，陳玉鳳，鐵得祥，王 曦

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，四川 成都 611130)

中國(guó)南方地處亞熱帶和熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，持續(xù)或多次降雨會(huì)造成地下水位增高，進(jìn)而會(huì)對(duì)植物造成澇漬脅迫[1]。在澇漬脅迫下，土壤由于水淹而缺氧，致使植物根系呼吸受阻、活力下降、對(duì)水分和礦質(zhì)元素的吸收速率下降，葉片萎蔫[2-3]；同時(shí)澇漬會(huì)造成葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和光化學(xué)量子效率[4-5]等降低，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)，表現(xiàn)為植株生長(zhǎng)緩慢，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致植株的枯萎死亡。

楨楠(Phoebezhennan)為樟科(Lauraceae)楠屬(Phoebe)常綠喬木，是常綠闊葉林的主要組成樹種[6]。楨楠樹干通直，材質(zhì)優(yōu)良、樹姿優(yōu)美，是上等的用材樹種和優(yōu)良的綠化樹種[7-8]，由于長(zhǎng)期的人為砍伐，這一珍貴樹種資源日漸枯竭。而現(xiàn)存楨楠林分多系人工栽培的半自然林和風(fēng)景保護(hù)林，在廟宇、公園、庭院等處尚有少量的大樹，但大多過熟，且病蟲危害較嚴(yán)重，相繼衰亡。楨楠生長(zhǎng)緩慢、種質(zhì)資源匱乏，這嚴(yán)重制約了其人工林的發(fā)展[9-10]。本課題組在前期楨楠苗木大田培育研究中發(fā)現(xiàn)，土壤澇漬會(huì)對(duì)楨楠生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯影響，其中嚴(yán)重澇漬脅迫的株高生長(zhǎng)顯著降低，其樹高生長(zhǎng)量?jī)H為正常生長(zhǎng)條件下株高生長(zhǎng)量的10%，因此研究不同程度澇漬脅迫對(duì)楨楠幼樹生長(zhǎng)及光合特性的影響，具有一定的理論意義和實(shí)踐意義。

目前，對(duì)于農(nóng)作物的澇漬研究已較為多見，而對(duì)于林木澇漬的研究則相對(duì)較少，對(duì)珍稀樹種苗木的澇漬研究則更少[11-12]。楨楠是我國(guó)西南地區(qū)特有樹種，目前對(duì)其的研究主要集中在生長(zhǎng)規(guī)律與群落分布[9-10]、容器育苗[13]、繁殖技術(shù)[14]、施肥措施[15-16]等方面，而關(guān)于其澇漬脅迫的研究鮮見報(bào)道。為此，本研究擬通過對(duì)盆栽楨楠幼樹進(jìn)行漬水脅迫，測(cè)定其形態(tài)生長(zhǎng)及光合生理參數(shù)，探討不同程度澇漬脅迫對(duì)楨楠幼樹生長(zhǎng)的影響，為加強(qiáng)其苗圃水分管理及造林地的選擇，提高大田育苗生產(chǎn)效率和推動(dòng)其人工林資源的發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于四川省成都市溫江區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)科研園區(qū)，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，全年無霜期282 d，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，年均降雨量896.1 mm，四季分配很不均勻，雨季主要集中在6-9月，年平均相對(duì)濕度達(dá)84%，年均氣溫16.4 ℃ ，年均日照時(shí)數(shù)1 104.5 h。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用套盆法，外盆為盆口內(nèi)徑34 cm、盆底內(nèi)徑28 cm、高26 cm的無孔聚乙烯塑料盆，內(nèi)盆為盆口內(nèi)徑29 cm、盆底內(nèi)徑25 cm、高26 cm的有底孔聚乙烯塑料盆。土壤為取自雅安的沙壤土，其理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)23.69 g/kg，pH值6.12，全氮1.55 g/kg，銨態(tài)氮1.74 mg/kg，全磷1.33 g/kg，全鉀27.13 g/kg。

2015年1月，將土壤裝入內(nèi)盆中(厚度20 cm),并將30株生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的1年生楨楠幼樹移栽至內(nèi)盆，每盆1株，適量澆水。栽植后進(jìn)行常規(guī)水分管理，用HH2土壤水分速測(cè)儀(ML2x，GBR)監(jiān)測(cè)并控制土壤含水量，保持盆內(nèi)土壤體積含水量在20%左右(即田間持水量的80%左右)，繼續(xù)培育1.5 年,于2016年7月進(jìn)行試驗(yàn)，幼樹平均樹高約56 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，分別為對(duì)照(CK，正常生長(zhǎng)，不進(jìn)行水淹處理)、輕度漬水(H5，淹水深度約為5 cm)、中度漬水(H10，淹水深度約為10 cm)、重度漬水(H15，淹水深度約為15 cm)和完全漬水(H20，淹水深度約為25 cm(超過盆栽土面5 cm))，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)，共計(jì)30盆。每天至少1次通過添加或移除外盆內(nèi)積水對(duì)淹水深度進(jìn)行調(diào)整，以確保各處理土壤淹水深度符合試驗(yàn)要求。試驗(yàn)進(jìn)行至H20處理葉片明顯萎蔫失綠，測(cè)定各處理楨楠幼樹株高和各項(xiàng)光合生理指標(biāo)。整個(gè)漬水處理期為51 d，各處理取樣及指標(biāo)測(cè)定均在2016-09-10進(jìn)行。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 株 高 株高用卷尺測(cè)定，每個(gè)處理測(cè)定6株，精確至0.01 cm。

1.4.2 光合色素含量 采集楨楠幼樹2/3樹高處無病蟲害、長(zhǎng)勢(shì)一致的成熟功能葉片，擦凈葉片表面污物，剪碎成小塊，貯藏于4 ℃冰箱中待測(cè)。按V(丙酮)∶V(無水乙醇)∶V(水)=4∶5∶1混合提取法提取光合色素，并用分光光度法[17]測(cè)定葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量。

1.4.3 氣體交換參數(shù) 采用Li-6400便攜式光合儀(Li-Cor Inc.,USA)，設(shè)定光照強(qiáng)度為1 200 μmol/(m2·s)、CO2濃度為400 μmol/mol、溫度為25 ℃、相對(duì)濕度為45%～65%，測(cè)定各處理楨楠葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。葉片選擇同1.4.2節(jié)，每個(gè)處理選取5片葉子進(jìn)行測(cè)定，每片葉子記錄10個(gè)數(shù)據(jù)。

1.4.4 光合-光響應(yīng)曲線和光合-CO2響應(yīng)曲線 葉片選取同1.4.2節(jié)，采用Li-6400測(cè)定光合-光響應(yīng)和光合-CO2響應(yīng)。①光合-光響應(yīng)曲線：葉室溫度設(shè)定為25 ℃，CO2濃度設(shè)置為400 μmol/mol，光合有效輻射(Photosynthetically active radiation,PAR)梯度為0，25，50，100，150，200，400，600，800，1 000，1 200，1 600和1 730 μmol/(m2·s)。②光合-CO2響應(yīng)曲線，測(cè)定時(shí)光照強(qiáng)度設(shè)定為1 200 μmol/(m2·s)，CO2濃度梯度設(shè)定為0，50，75，100，150，200，400，600，800，1 200，1 600和2 030 μmol/mol，葉室溫度設(shè)定為25 ℃。

1.4.5 光合日變化 采用Li-6400便攜式光合儀，設(shè)定CO2濃度為400 μmol/mol，測(cè)定各處理楨楠葉片的Pn、光合有效輻射和溫度的日變化。測(cè)定時(shí)間從06:00-18:00，每2 h測(cè)定1次，共測(cè)7次，每個(gè)處理選取5片葉子進(jìn)行測(cè)定，葉片選取同1.4.2節(jié)，每片葉子每次記錄10個(gè)數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用非直角雙曲線模型[18]擬合光合-光響應(yīng)曲線，采用直角雙曲線[19]模擬光合-CO2響應(yīng)曲線，并計(jì)算光合-光響應(yīng)曲線的特征參數(shù)表觀量子效率(AQY)、最大凈光合速率(Pn,max)和暗呼吸速率(Rd)及光合-CO2響應(yīng)曲線的特征參數(shù)羧化速率(CE)、Pn,max和光呼吸速率(Rp)；同時(shí)，采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，用最小顯著差數(shù)法(LSD法)進(jìn)行多重比較，利用Sigmaplot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 澇漬脅迫對(duì)楨楠幼樹株高的影響

表1顯示，各處理楨楠幼樹的樹高在漬水處理前均無顯著差異；H5、H10、H15和H20漬水處理株高凈生長(zhǎng)量較CK分別降低了30.2%，76.7%，81.4%和90.7%，差異顯著(P<0.05)；4個(gè)漬水處理之間相比，隨漬水程度的加劇株高凈生長(zhǎng)量明顯降低，H10、H15和H20間差異不顯著(P>0.05)，但均顯著低于H5處理。結(jié)果表明，漬水脅迫可顯著抑制楨楠的生長(zhǎng)，中度(H10)及以上漬水處理影響更嚴(yán)重。

表1 澇漬脅迫對(duì)楨楠幼苗株高生長(zhǎng)的影響Table 1 Effects of waterlogging stress on height growth of Phoebe zhennan saplings cm

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。
Note：Different lowercase letters in each column indicate significant difference (P<0.05).The same below.

2.2 澇漬脅迫對(duì)楨楠幼樹光合色素的影響

由表2可知，隨著漬水程度的加劇，各處理植株葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量整體呈降低趨勢(shì)，其中H20處理顯著低于其他處理(P<0.05)，較CK分別降低62.7%，50.5%和42.8%；隨著漬水程度的加劇，各處理Chl a/Chl b整體呈降低趨勢(shì)，其中H15和H20處理比CK分別顯著降低6.8%和24.4%(P<0.05)。

表2 澇漬脅迫對(duì)楨楠幼樹光合色素含量的影響Table 2 Effects of waterlogging stress on pigment content of Phoebe zhennan saplings

2.3 澇漬脅迫對(duì)楨楠幼樹葉片氣體交換的影響

如圖1所示，各處理下楨楠葉片Pn、Gs和Tr的變化趨勢(shì)基本一致，均隨著漬水強(qiáng)度的加劇呈顯著下降的趨勢(shì)(P<0.05)，與對(duì)照(CK)相比， H5、H10、H15和H20處理楨楠葉片Pn分別下降了24.2%，48.3%，61.6%和99.1%，Gs分別下降了28.6%，59.9%，67.8%和96.2%，Tr分別下降了23.9%，51.5%，60.0%和94.7%；Ci隨著漬水程度的加劇呈先降低后升高的趨勢(shì)，其中H20較CK顯著增加了101.7%(P<0.05)。

圖柱上標(biāo)不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Different lowercase letters above columns indicate significant difference (P<0.05)圖1 不同澇漬處理對(duì)楨楠幼樹葉片凈光合速率及氣體交換參數(shù)的影響Fig.1 Effects of waterlogging on net photosynthetic rate and gas exchange parameters of Phoebe zhennan saplings

2.4 澇漬脅迫對(duì)楨楠幼樹葉片光合響應(yīng)特征的影響

2.4.1 光合-光響應(yīng)特征 圖2-A表明，各處理Pn飽和點(diǎn)的光照強(qiáng)度約為496.8 μmol/(m2·s),在PAR較低 (<200 μmol/(m2·s))時(shí)，各漬水處理楨楠葉片Pn迅速上升；在PAR>200 μmol/(m2·s))時(shí)，隨著PAR的升高，各處理間Pn差異明顯，整體表現(xiàn)為：相同PAR條件下對(duì)照和輕度漬水處理的Pn值明顯高于其余3種漬水處理(CK、H5>H10、H15>H20)。從圖2-A中H5與CK的交點(diǎn)可知，在PAR小于600 μmol/(m2·s)時(shí)，H5處理光合速率高于CK，表明在弱光條件下輕度漬水對(duì)楨楠的光合作用有一定的促進(jìn)作用。由表3可知，楨楠幼樹的AQY、Pn,max和Rd均隨著淹水深度的增大而降低，其中AQY和Pn,max在H10、H15、H20處理下分別較CK顯著下降了86.1%，63.7%和75.3%及60.0%，68.5%和79.9%(P<0.05)。

2.4.2 光合-CO2響應(yīng)特征 由圖2-B可以看出，各處理楨楠幼樹光合-CO2響應(yīng)曲線之間存在明顯的梯度關(guān)系，相同CO2濃度條件下隨著漬水程度的加劇Pn整體呈下降趨勢(shì)，表現(xiàn)為CK>H5>H10>H15>H20。從圖2-B中H5與CK的交點(diǎn)可知，當(dāng)CO2濃度小于600 μmol/mol，H5處理凈光合速率高于CK，表明在低CO2濃度條件下輕度漬水對(duì)楨楠的光合作用有一定的促進(jìn)作用。從表3可以看出，隨著澇漬脅迫程度的加劇，楨楠幼樹的CE、Rp均呈先升高后降低的趨勢(shì)，在輕度漬水(H5)處理時(shí)達(dá)到最大值，比CK分別增加了13.1%和4.0%；Pn，max隨著澇漬脅迫的加劇呈降低趨勢(shì)，H5、H10、H15和H20較對(duì)照分別顯著下降了39.3%，39.3%，51.6%和79.3%。

圖2 不同澇漬處理楨楠幼樹葉片的光合-光響應(yīng)曲線(A)與光合-CO2響應(yīng)曲線(B)Fig.2 Effects of waterlogging on light (A) and CO2 (B) response of photosynthesis of Phoebe zhennan saplings

表3 不同澇漬處理下楨楠葉片的光響應(yīng)和CO2響應(yīng)特征參數(shù)Table 3 Photosynthetic rate parameters in response to light and CO2 intensity of Phoebe zhennan saplings leaves under different waterlogging stresses

2.5 澇漬脅迫對(duì)楨楠幼樹葉片光合速率日變化的影響

由圖3可知，各澇漬脅迫處理下楨楠幼樹的Pn日變化呈“單峰型”曲線，峰值均出現(xiàn)在10:00左右，且楨楠幼樹凈光合日累積量隨漬水程度的加劇逐漸減小，整體表現(xiàn)為CK>H5>H10>H15>H20。由圖3和圖4可見，PAR在12:00-16:00均大于1 100 μmol/(m2·s)，盡管在16:00時(shí)PAR略有下降，但這時(shí)出現(xiàn)了第二次氣溫高峰，使得H15和H20處理的Pn有較大幅度下降，而到18:00氣溫下降時(shí)又有較大幅度回升，即出現(xiàn)了光合“午休”現(xiàn)象，說明在高PAR和高溫的綜合作用下，重度(H15)及以上漬水植株的Pn也會(huì)受到抑制。

圖3 不同澇漬脅迫下楨楠幼樹葉片的凈光合速率日變化Fig.3 Daily Pn variation of Phoebe zhennan sapling leaves under different waterlogging stresses

圖4 楨楠幼樹光合有效輻射和氣溫日變化Fig.4 Daily PAR and temperature variations at the same day of determining photosynthesis of Phoebe zhennan saplings

3 討論與結(jié)論

光合色素含量變化在一定程度上反映了植物光合作用的強(qiáng)弱，且能夠指示植物對(duì)水分脅迫的敏感性[20-21]。在漬水脅迫下，不耐澇漬的植物葉片失綠、發(fā)黃，甚至凋落[22-23]，這種葉片失綠現(xiàn)象與光合色素含量的變化相關(guān)[24]。在本試驗(yàn)中,3種光合色素的含量均隨淹水程度的加劇呈下降趨勢(shì)，并在完全漬水處理(H20)條件下出現(xiàn)顯著差異，其直接原因可能是完全漬水降低了土壤通透性，進(jìn)而造成土壤缺氧，根系呼吸以及對(duì)水分和礦質(zhì)元素吸收受阻，導(dǎo)致植物生理缺水，生理機(jī)能下降，影響光合色素合成。此外，有學(xué)者指出，植物不會(huì)被動(dòng)受害，它可以通過調(diào)節(jié)自身色素的比例來應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫，且相對(duì)較高的葉綠素b(較低的Chl a/Chl b)具有更強(qiáng)的光捕捉能力[25-26]。本研究中，楨楠葉片葉綠素Chl a/Chl b隨澇漬脅迫的加劇而降低，與吳靜等[27]對(duì)雞爪槭(Acerpalmatum)的研究結(jié)果一致，這可能是由于植物通過調(diào)節(jié)色素比例來盡量維持較高的光合速率。不過值得注意的是，在持續(xù)逆境條件下，保持相對(duì)較高的葉綠素b含量可能會(huì)增加葉綠體光能轉(zhuǎn)化負(fù)擔(dān)，使光能富余而產(chǎn)生光抑制。

大多數(shù)植物在逆境中均表現(xiàn)出Pn明顯下降，其原因包括氣孔限制因素和非氣孔限制因素[28-30]。本試驗(yàn)中隨著漬水程度的加劇，楨楠幼樹Pn、Gs和Tr顯著降低，這與澇漬對(duì)木槿[31]、無梗櫟[32]和栓皮櫟、楓楊[33]的影響結(jié)果相同；Ci則先降后升，這與巨桉(Eucalyptusgrandis)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)情況[34]類似。上述結(jié)果表明，在中度漬水(H10)之前，楨楠幼樹光合速率降低主要是由氣孔因素主導(dǎo)，而在脅迫程度大于中度漬水以后則由非氣孔限制因素主導(dǎo)，這與許大全[35]的研究結(jié)論一致。

光合-光響應(yīng)曲線與光合-CO2響應(yīng)曲線描述的是光照強(qiáng)度和CO2濃度與植物Pn之間的關(guān)系，能較好地解釋植物對(duì)光照和環(huán)境中CO2濃度2種影響因子變化的適應(yīng)能力[36]。AQY反映了植物在弱光下轉(zhuǎn)換利用光能的能力，其值越高，植物利用弱光的能力越強(qiáng)[37]；CE反映了植物在給定條件下對(duì)CO2的同化能力，CE值大，則光合速率較高[38]。本試驗(yàn)中，隨著澇漬脅迫的加重，楨楠的AQY和CE均呈降低趨勢(shì)，表明漬水抑制了楨楠幼樹對(duì)光合有效輻射和CO2的利用和適應(yīng)能力。在弱光或低CO2濃度條件下，輕度漬水與CK都具有較高的Pn、AQY和CE，這與羅芳麗等[39]對(duì)三峽庫區(qū)岸生植物秋華柳(Salixvariegata)的研究結(jié)果相似，表明在弱光或低二氧化碳濃度下，輕度漬水能促進(jìn)楨楠的光合作用。

楊吉華等[40]研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)光條件下花椒(Zanthoxylumbungeanum)可通過降低光合作用來避免高溫對(duì)其自身的傷害。通常光合有效輻射強(qiáng)度在一日當(dāng)中隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增大后減小的趨勢(shì)，一般最大值出現(xiàn)在12:00-14:00。在本試驗(yàn)中,測(cè)試當(dāng)日楨楠幼樹的Pn隨光合有效輻射強(qiáng)度的增大而增大，在10:00左右達(dá)到最大值之后下降。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因與中午的強(qiáng)光降低了葉片PSⅡ光合反應(yīng)中心活性及高溫導(dǎo)致光合酶活性受到抑制有關(guān)[41]，使得溫度和光照強(qiáng)度升高到一定值后楨楠葉片Pn不再隨光照強(qiáng)度的增加而增加。本研究估算出Pn飽和點(diǎn)的光照強(qiáng)度為496.8 μmol/(m2·s)，而12:00-16:00的光合有效輻射強(qiáng)度均遠(yuǎn)高于楨楠的光飽和點(diǎn)，在16:00氣溫出現(xiàn)第二次高峰時(shí)，重度及以上漬水植株出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象，表明強(qiáng)光照射下高溫會(huì)抑制楨楠在重度及以上漬水脅迫下的光合作用，這與楊吉華等[40]的研究結(jié)果相類似。

漬水51 d時(shí)，楨楠幼樹株高凈生長(zhǎng)量顯著低于對(duì)照組，這與曹福亮等[42]對(duì)于澇漬脅迫影響烏桕(Sapiumsebiferum)株高生長(zhǎng)的研究結(jié)果相同。株高生長(zhǎng)量隨澇漬脅迫程度的加劇而降低，表明澇漬脅迫可嚴(yán)重抑制楨楠幼樹的生長(zhǎng)，對(duì)株高生長(zhǎng)的影響最為明顯，這與漬水對(duì)2 種楊樹(Populus)無性系的影響結(jié)果[43]一致。

綜上所述，輕度漬水能促進(jìn)低光照或低CO2濃度下楨楠幼樹的光合作用，而高光照、高溫則抑制重度及以上漬水脅迫下楨楠幼樹的光合作用；漬水脅迫降低了光合色素含量、Pn和Gs，并導(dǎo)致了RuBP羧化效率、表觀量子效率、光呼吸和暗呼吸速率等指標(biāo)顯著下降，最終顯著抑制楨楠幼樹的生長(zhǎng)，嚴(yán)重漬水則可能導(dǎo)致死亡。因本試驗(yàn)采用的是質(zhì)地為沙壤的農(nóng)耕土，其透氣性較好，對(duì)于土壤質(zhì)地粘重的種植環(huán)境，漬水脅迫對(duì)楨楠幼樹生長(zhǎng)的抑制作用可能更嚴(yán)重。因此在楨楠的育苗及造林過程中，應(yīng)避免在地下水位過高的地區(qū)栽植，如確需栽培則應(yīng)采取排水措施。