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        水分脅迫對祁連圓柏生理特性的影響

        2023-11-06 03:47:16田得璽
        鄉(xiāng)村科技 2023年16期
        關(guān)鍵詞:圓柏增長量祁連

        田得璽

        海東工業(yè)園區(qū)互助綠色產(chǎn)業(yè)園管理委員會,青海 海東 814000

        0 引言

        祁連圓柏(Juniperus przewalskiiKom.)屬于柏科刺柏屬植物,高可達12 m,樹干通直,小枝呈方圓形或四棱形(不下垂),有刺葉與鱗葉(刺葉三枚交互輪生,鱗葉交互對生),球果為卵圓形,種子兩端鈍。祁連圓柏是我國主要的造林樹種之一,主要分布在青海省、甘肅省河西走廊及南部、四川省北部等地。在全球氣候變化的影響下,我國部分地區(qū)干旱程度不斷加劇,水分缺失對植樹造林造成了嚴(yán)重的不利影響?;诖?,筆者試驗研究水分脅迫對祁連圓柏生理特性的影響,以期提升祁連圓柏的造林效果。

        1 試驗材料與方法

        1.1 試驗地概況

        試驗地位于青海省海東互助縣某林業(yè)種植地,地理坐標(biāo)為東經(jīng)101°46′~102°45′、北緯36°30′~37°9′,屬于大陸寒溫帶氣候區(qū),年平均氣溫為5.8 ℃,年降水量為477.4 mm,年日照時間為2 581.7 h,年無霜期為114 d[1]。

        1.2 試驗材料

        試驗選擇1 年生的實生苗,由青海省林業(yè)科學(xué)研究所培育。

        1.3 試驗設(shè)計

        試驗共設(shè)置4 個水分梯度,即適宜水分T1(田間最大持水量的80%)、輕度干旱T2(田間最大持水量的60%)、中度干旱T3(田間最大持水量的40%)、重度干旱T4(田間最大持水量的20%),共4 個處理,每個處理3 次重復(fù)。分析不同水分脅迫下祁連圓柏的生長特性、氣體交換參數(shù)及生理指標(biāo)的表現(xiàn)。

        1.4 試驗實施

        2021 年5 月10 日開始試驗,將幼苗運輸?shù)搅謽I(yè)種植基地,準(zhǔn)備塑料盆(內(nèi)徑21 cm、深21 cm、容積6 L),盆中基質(zhì)為泥炭土與珍珠巖等體積比混合物。選取生長良好、長勢一致的幼苗,在每個塑料盆中栽植3株,每個梯度10 盆幼苗,而后將其放于無色透明塑料遮雨棚中進行培養(yǎng)。原花盆中裝入15 kg 基質(zhì),澆足水后,采用環(huán)刀法從花盆上、中、下3 部分分別取泥炭土與珍珠巖混合后的原狀土樣30.0 g,混合后將其放置在烘箱中,在80 ℃下烘干48 h,獲得土壤干質(zhì)量為22.4 g,計算得到土壤含水量為25.33%(此為田間最大持水量),此時每個花盆中土壤含水量為3.80 kg。于7月10日開始采用稱量法進行控水處理,根據(jù)試驗要求,用電子秤每2 d稱量一次,將土壤含水量控制在設(shè)定范圍內(nèi)。每個水分梯度處理設(shè)置3個對照(不栽幼苗),并稱其質(zhì)量澆水,記錄土壤蒸發(fā)量。試驗于10月30日結(jié)束。

        1.5 測定指標(biāo)與方法

        1.5.1 生長特性測定

        于試驗初始,每個水分梯度選取具有代表性的10株幼苗,用直尺和游標(biāo)卡尺測定10 株幼苗的株高和基徑,并做標(biāo)記。于試驗結(jié)束時,采用相同方法測定標(biāo)記的10 株幼苗的株高和基徑,計算二者之差,以獲得幼苗株高增長量ΔHt和基徑增長量ΔBd。

        于試驗初始,每個水分梯度選取具有代表性的10株幼苗,洗凈根部,將植株分成地上部分R(莖和葉)和地下部分S(根),分別裝入塑料袋中,放入105 ℃烘箱中進行殺青,15 min后將溫度調(diào)至80 ℃,烘干至質(zhì)量恒定為止,之后再放入干燥器中冷卻至室溫,用天平稱量樣品干質(zhì)量。于試驗結(jié)束時,采用相同方法再選取10株幼苗,測定其地上部分和地下部分干質(zhì)量,并計算相對生長速率RGR、地上部分生物量占比AP和地下部分生物量占比BP、根冠比R/S、比葉面積SLA(葉面積采用LI-3000A便攜式葉面積儀測定)。相關(guān)計算公式為[2]

        式(1)中:Wt和W0分別為試驗結(jié)束時和初始時的生物量(mg),t為試驗持續(xù)天數(shù)(d)。

        1.5.2 氣體交換參數(shù)測定

        每個水分梯度處理選取具有代表性的10 株幼苗,于天氣晴朗的09:00—11:00,用LI-6400便攜式光合儀測定氣孔導(dǎo)度Gs、凈光合速率Pn、蒸騰速率Tr、瞬時水分利用效率WUEi。其中,瞬時水分利用效率WUEi計算公式為

        1.5.3 生理指標(biāo)測定

        試驗結(jié)束時,每個水分梯度處理選取具有代表性的10株幼苗,取植株中間葉片(從上向下數(shù)第3片新展開葉片),按照李冬花[3]的高效液相色譜法方法測定丙二醛物質(zhì)的量濃度(Malondialdehyde,MDA),按照崔英等[4]的氮藍四唑光化還原法測量葉片超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性、過氧化氫酶(Catalase,CAT)活性、過氧化物酶(Peroxidase,POD)活性、抗壞血酸過氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)活性。

        1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

        利用Microsoft Excel2016 和SPSS13.0 統(tǒng)計和分析試驗數(shù)據(jù)。

        2 試驗結(jié)果與分析

        2.1 水分脅迫對祁連圓柏生長特性的影響

        由表1 可知,隨著水分脅迫的加劇,祁連圓柏株高增長量、基徑增長量及相對生長速率均隨之下降。在株高增長量方面,T4處理為2.37 cm,顯著低于其他處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。在基徑增長量方面,T4處理為1.24 mm,顯著低于其他處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。在相對生長速率方面,T4處理為6.08 mg/(g·d),顯著低于其他處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。在干物質(zhì)分配方面,各水分梯度處理下地下部分干物質(zhì)量占比均高于地上部分,其中T4處理地上部分干物質(zhì)量占比(40.45%)顯著高于其他處理,而T1、T2、T3處理地上部分干物質(zhì)量占比無顯著差異(P>0.05);T4處理地下部分干物質(zhì)量占比顯著低于其他處理,而T1、T2、T3處理地下部分干物質(zhì)量占比無顯著差異(P>0.05)。在根冠比方面,T4處理為0.67,顯著高于其他處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。在比葉面積方面,T4處理為3.72 m2/kg,顯著低于其他處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。

        表1 水分脅迫對祁連圓柏生長特性的影響

        2.2 水分脅迫對祁連圓柏氣體交換參數(shù)的影響

        由表2 可知,在氣孔導(dǎo)度方面,T4處理為0.027 mmol/(m2·s),顯著低于其他水分梯度處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。在凈光合速率方面,T4處理為6.12 μmol/(m2·s),顯著低于其他處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。在蒸騰速率方面,T4處理為2.45 mmol/(m2·s),顯著低于其他處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。在瞬時水分利用效率方面,T4處理為5.34 μ mol/mmol,顯著高于其他水分梯度處理(P<0.05),而T1、T2、T3處理無顯著差異(P>0.05)。

        表2 水分脅迫對祁連圓柏氣體交換參數(shù)和水分利用效率的影響

        2.3 水分脅迫對祁連圓柏生理指標(biāo)的影響

        由表3 可知,隨著水分脅迫的加劇,祁連圓柏MDA 物質(zhì)的量濃度、SOD 活性、CAT 活性、POD 活性、APX 活性隨之降低,且均在T4處理下達到最低值,與其他處理相比,T4處理祁連圓柏各項生理指標(biāo)變化較為顯著(P<0.05),而T1、T2、T3處理各項生理指標(biāo)變化不顯著(P>0.05)。

        表3 水分脅迫對祁連圓柏生理指標(biāo)的影響

        3 結(jié)論與討論

        試驗結(jié)果表明:①隨著水分脅迫的加劇,祁連圓柏株高增長量、基徑增長量及相對生長速率隨之下降。其中,20%水分梯度處理下祁連圓柏株高增長量、基徑增長量及相對生長速率最小,顯著低于其他處理,而40%、60%、80%水分梯度處理下上述3 個指標(biāo)無顯著差異。這說明重度水分脅迫會抑制祁連圓柏生長,而其他水分脅迫下抑制作用不明顯。

        ②在水分脅迫下,地下部分干物質(zhì)量均高于地上部分。其中,20%水分梯度處理下地上部分干物質(zhì)量高于其他處理,而地下部分干物質(zhì)量低于其他處理,同時其根冠比高于其他處理,而比葉面積低于其他處理;40%、60%、80%水分梯度處理下干物質(zhì)量、地上部分和地下部分干物質(zhì)量、根冠比、比葉面積均無顯著差異。這說明在重度水分脅迫下祁連圓柏受影響較大,造成地上部分干物質(zhì)量較高,地下部分干物質(zhì)量較低。

        ③隨著水分脅迫的加劇,祁連圓柏的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、凈光合速率隨之降低,瞬時水分利用效率隨之提高。這主要是因為在重度水分脅迫下,作為植物氣體交換通道的氣孔會逐漸關(guān)閉,導(dǎo)致CO2進入葉片受阻,凈光合速率下降,進而使蒸騰速率受到相應(yīng)的影響。若蒸騰速率高于凈光合速率,瞬時水分利用效率就會提高[5-6]。

        ④隨著水分脅迫的加劇,祁連圓柏丙二醛物質(zhì)的量濃度、超氧化物歧化酶活性、過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、抗壞血酸過氧化物酶活性隨之降低,且均在重度水分脅迫下變化較為顯著,在其他水分梯度處理下無顯著差異。由此可見,祁連圓柏具有較強的抗旱性,在輕度和中度干旱條件下均可以種植。

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