青楊類苗木水分調(diào)控與抗旱能力研究

王薇娜 王福森 楊春柳 邢政華 趙曉 貫春雨

摘要：為了解青楊類苗木水分調(diào)控與抗旱能力，以青楊類樹種黑青楊、青山楊及小黑楊為材料，采用搭建人工塑料棚室，進(jìn)行控根容器苗木水分控制脅迫技術(shù)方法，研究青楊類樹種苗木對(duì)水分需求與抗旱能力，以此探討和解決青楊類生產(chǎn)中苗木優(yōu)質(zhì)高效培育關(guān)鍵技術(shù)。研究結(jié)果表明，青楊類楊樹品種小黑楊、青山楊、黑青楊在苗期土壤含水率在降至10.82%即為嚴(yán)重干旱，將造成苗木的水分脅迫，此前需要及時(shí)灌溉，當(dāng)土壤含水率達(dá)6.69 %以下時(shí)青楊類品種就已達(dá)到萎蔫系數(shù)。此項(xiàng)研究為青楊類楊樹工業(yè)資源材高效培育提供科學(xué)依據(jù)，其理論意義及實(shí)踐價(jià)值較大。

關(guān)鍵詞：青楊類楊樹；控根容器；水分脅迫；抗旱能力；苗木培育

水分是構(gòu)成生物的必要成分，也是生物賴以生存的必不可少的物質(zhì)，它對(duì)植物的光合作用、蒸騰作用、呼吸作用等有明顯的影響。植物的生長和發(fā)育過程會(huì)受到土壤水分、土壤鹽分、光照強(qiáng)度、溫度高低、土壤養(yǎng)分含量、土壤肥力和土壤質(zhì)地等多種因素的影響，其中水分是限制植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一。在植物正常的生長環(huán)境里，土壤和空氣中的水分狀況往往高于植物各生育時(shí)期所要求的水分臨界點(diǎn)，此時(shí)植物就能夠順利地完成良種其生命史。在水分脅迫下，植物會(huì)產(chǎn)生一系列的內(nèi)在的生理生化變化，影響植物的生長發(fā)育。所謂水分脅迫是指當(dāng)植物失水大于吸水時(shí)，細(xì)胞和組織的緊張度下降，植物的正常生理功能受到干擾的狀態(tài)[1，2]。

楊樹具有生長快，適應(yīng)性廣，抗逆性強(qiáng)，分布及用途廣泛等特點(diǎn)，因此成為紙漿、人造板等工業(yè)用材林、園林綠化、防護(hù)林等主要栽培樹種之一，也是我國北方主要的造林樹種。黑龍江省西部松嫩平原屬半干旱地區(qū)，自然環(huán)境惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱，是我省三北防護(hù)林的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)，主要造林樹種是評(píng)價(jià)楊樹的抗旱能力是選育抗旱楊樹品種的重要一環(huán)，對(duì)林業(yè)生產(chǎn)也具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。按照植物生長環(huán)境的不同，把抗旱性鑒定方法分為田間鑒定法、干旱棚法和人工氣候室法[3]。本研究以青楊為材料，采用干旱棚法，沒有自然降水的條件下人為控制灌水，造成不同的水分脅迫，以此進(jìn)行青楊育苗水分調(diào)控及抗旱性觀察。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

綠源基地位于齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)，嫩江西岸，地處松嫩平原，屬溫帶季風(fēng)性氣候，東經(jīng)123°56′，北緯47°20′。年降水量450 mm，年蒸發(fā)量1400 mm，年平均氣溫3.2 ℃，無霜期144 d，試驗(yàn)地土層深厚、疏松，土壤較肥，為碳酸鹽栗鈣土，透水性良好，pH值7.4。該區(qū)域?yàn)楹邶埥鞑堪敫珊档貐^(qū)，氣候特點(diǎn)是寒冷、多風(fēng)少雨，空氣干燥、風(fēng)沙大，植被少，生態(tài)環(huán)境脆弱，樹木等植物對(duì)水分需求矛盾較高。該地是我省三北防護(hù)林、人工豐產(chǎn)用材林等重要建設(shè)區(qū)域，是楊樹重要栽培地區(qū)。

1.2 試驗(yàn)材料

在齊齊哈爾綠源林業(yè)科技示范基地，選擇青楊樹種黑青楊、青山楊和小黑楊為試驗(yàn)樹種，以當(dāng)?shù)刂髟詷浞N小黑楊為對(duì)照。黑青楊和青山楊均為黑龍江省林業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院選育的楊樹新品種，已通過黑龍江省林木品種審定委員會(huì)審定的良種，是我省工業(yè)資源材、退耕還林及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的優(yōu)良楊樹品種，已在黑龍江省西部大面積推廣應(yīng)用采用3個(gè)品種1年生苗根在塑料控根容器內(nèi)育苗培育。塑料控根容器為育苗桶狀，高為50cm，直徑為30cm。材質(zhì)為黑色塑料，厚度2.5mm，其上打通氣孔。采用當(dāng)?shù)氐睦踱}土進(jìn)行育苗。用自來水控制苗木水分。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3. 1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，7株小區(qū)。每個(gè)樹種采用一年生母根栽植70個(gè)塑料控根容器，分成10組，每組依次按時(shí)間定期觀測(cè)，在控制給水前可循環(huán)觀測(cè)，3個(gè)樹種總計(jì)210容器桶。先培育苗木，待苗木長到1.0～1.2cm高度，搭建塑料拱棚，進(jìn)行水分脅迫試驗(yàn)，等到苗木葉子脫落到3/4接近死亡時(shí)，給水進(jìn)行苗木恢復(fù)試驗(yàn)。觀察苗木水分脅迫表現(xiàn)及土壤含水率變化狀況，測(cè)定青楊類苗木不同樹種凋萎系數(shù)。

1.3. 2試驗(yàn)苗木培育

2019年5月初，在齊齊哈爾綠源林業(yè)科技示范基地，先按設(shè)計(jì)進(jìn)行控根塑料容器裝土，土壤取自該基地的栗鈣土，稍加入適量的有機(jī)肥，充分?jǐn)嚢杈鶆?。然后取自本基地的黑青楊、青山楊和小黑楊?dāng)年生母根，母根的大小均勻一致，每個(gè)容器栽植2株，確保1株成活，栽植后正常澆水、抹芽定干、病蟲害防治等撫育管理，待確定成活后，每個(gè)容器保留一株苗木。

1.3. 3觀測(cè)分析

在待苗木生長到一定高度，進(jìn)行室外搭建塑料拱棚控制給水，觀測(cè)水分變化下各樹種苗木形態(tài)變化。從2019年8月29日至9月28日每3天測(cè)定土壤含水率。測(cè)定一段時(shí)間后，待苗木落葉枯黃時(shí)測(cè)定含水率后馬上給水，觀察苗木恢復(fù)情況，直到苗木真正死亡，給水不能復(fù)活為止。用土壤水分速測(cè)儀測(cè)定土壤含水率。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1.1 干旱脅迫下青楊類苗木生長、形態(tài)表現(xiàn)

青楊類苗木在塑料拱棚內(nèi)，在水分脅迫下，各品種土壤含水率在水分控制初期開始下降，在缺水情況下，苗木葉片由綠色轉(zhuǎn)為黃綠色、黃色、葉子下垂、葉子干枯、枝條干枯。青山楊、黑青楊和小黑楊在水分脅迫下第9天苗木土壤含水率在12.32 %～13.72 %時(shí)，葉的顏色開始變黃，在10.22 %～11.42 %時(shí)，逐漸變下垂和脫落，青山楊和小黑楊至6.52 %～6.82 %時(shí)苗干皮部萎縮，最后葉子全部脫落，干枯死。在葉片3/4干枯時(shí)給水，觀察苗木成活情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，青山楊、黑青楊、小黑楊在土壤含水率6.52 %、6.72 %和6.82 %時(shí)給水苗木不復(fù)活，是苗木致死含水率，即青楊類苗木的萎蔫系數(shù)（表1）。

2.1.2 青楊類不同品種干旱脅迫的差異分析

在干旱脅迫前期，青楊類黑青楊、青山楊和小黑楊不同品種土壤含水率差異較明顯，其中黑青楊和小黑楊的土壤含水率較大，達(dá)10.22 %～11.42 %，青山楊土壤含率相對(duì)較低，在9月10日，葉子變黃、開始下垂時(shí)3個(gè)品種的土壤含水率很相近，直到葉子、枝條干枯給水不能復(fù)活，3個(gè)青楊類品種的土壤含水率更接近，為6.52 %～6.82 %（表1和圖1）。試驗(yàn)表明，青楊類苗木對(duì)水分需求從正常到干旱脅迫整體表現(xiàn)分三個(gè)階段，一是苗木正常生長階段，土壤含水率為15.72%～22.72%，具體苗木表現(xiàn)葉子綠色，生長常，土壤水分適中；二是干旱脅迫階段，此時(shí)土壤含水率為7.72%～13.22%，苗木葉子變黃，下垂，個(gè)別葉子干枯或脫落，苗木不能正常生長，受到嚴(yán)重水分脅迫，但此時(shí)給水苗木還不至于死亡；三是苗木死亡階段，土壤含水率為6.32%～6.69，苗木葉子干枯或脫落，上部枝梢彎曲和干枯，給水不能復(fù)活，此時(shí)苗木已經(jīng)死亡。

2.1.3 青楊類苗木培育水分調(diào)控分析

對(duì)青楊類不同品種的干旱脅迫試驗(yàn)研究主要目的是掌握青楊類苗木培育過程中水分調(diào)控機(jī)制，有效控制水分的供給，實(shí)現(xiàn)節(jié)水、降低苗木培育成本、提高苗木質(zhì)量的目標(biāo)。本項(xiàng)試驗(yàn)，黑青楊、青山楊和小黑楊等青楊類品種對(duì)水分需求及干旱脅迫的反應(yīng)相近，即對(duì)這3種青楊類品種的苗木培育可采取一致相似的水分調(diào)控技術(shù)?？稍诿缒救~子變黃綠前給水，不影響苗木正常生長，即此時(shí)的土壤含水率大于13.22%。此時(shí)土壤的含水率是個(gè)苗木正常生長和干旱脅迫的分水嶺。生產(chǎn)中觀察苗木是否水分缺少，葉子由綠變黃綠，是重要外部形態(tài)表現(xiàn)，此時(shí)的土壤含水率是的土壤缺水的重要指標(biāo)。根據(jù)此土壤含水率指標(biāo)可現(xiàn)實(shí)青楊類苗木培育精準(zhǔn)水分調(diào)控，實(shí)現(xiàn)苗木培育經(jīng)濟(jì)效益最大化，生產(chǎn)中意義重大。

3 ?結(jié)論與討論

楊樹五大派中，青楊派樹種在黑龍江省種類最多，生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍。選取青楊派樹種中小黑楊、青山楊、黑青楊作為研究對(duì)象，經(jīng)試驗(yàn)證明，青楊類楊樹品種小黑楊、青山楊、黑青楊在苗期初始土壤含水率20.52 %～23.92 %，當(dāng)土壤含水率降至12.32 %～13.72 %時(shí)，葉片顏色開始變黃，降至10.22 %～11.42 %時(shí)，葉片逐漸下垂和脫落，降至6.52 %～6.82 %時(shí)苗干皮部萎縮，最后干枯至死。因此，當(dāng)初始含水率青楊類楊樹品種小黑楊、青山楊、黑青楊在苗期土壤含水率在降至10.82 %～13.72 %即為嚴(yán)重干旱，將造成苗木的水分脅迫，此前需要及時(shí)灌溉，當(dāng)土壤含水率達(dá)6.69 %以下時(shí)青楊類品種就已達(dá)到萎蔫系數(shù)。

青楊類楊樹品種黑青楊、青山楊與小黑楊品種在苗期水分脅迫下表現(xiàn)無明顯差別，即具有相似的抗旱性。綜上所述在青楊類楊樹樹葉開始失綠變黃前土壤含水率達(dá)13.22 %時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)水分控制，盡可能減少育苗培育成本，達(dá)到利益最大化。

干旱脅迫嚴(yán)重影響苗木的生長及生理反應(yīng)，水分調(diào)控非常重要，生產(chǎn)過程中要給予足夠的重視 [4，5]。本項(xiàng)研究重點(diǎn)研究了干旱脅迫對(duì)青楊類青山楊、黑青楊及小黑楊的土壤含水率的變化對(duì)苗木的形態(tài)影響，提出了青楊類苗木培育受到干旱脅迫的土壤水分情況、萎蔫系數(shù)及苗木水分調(diào)控的土壤水分的定量指標(biāo)，為青楊類苗木壯苗培育提供了科學(xué)依據(jù)。

水分脅迫下青楊類楊樹變化是一個(gè)復(fù)雜的生理學(xué)過程，單一或多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)青楊派楊樹的耐旱性強(qiáng)弱評(píng)價(jià)并不全面，采用綜合評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行分析，能夠較為精確地反映青楊類樹種的抗旱性。由于研究對(duì)象針對(duì)的是青楊類楊樹的盆栽幼苗，盆栽幼苗在速生期部分家系的根系可能受到束縛，所以結(jié)論更加適用于苗期的水分管控，指導(dǎo)改進(jìn)常規(guī)育苗管理措施。此外，對(duì)青山楊、黑青楊及小黑楊的研究僅測(cè)定了苗木外部形態(tài)、土壤含水率的變化規(guī)律，因此，青楊類苗木的生理反應(yīng)及生長狀況等尚需開展深入研究，以期可以更加完善、精準(zhǔn)地揭示出青楊派楊樹在水分脅迫下的抗性機(jī)理，使得出的結(jié)論更具科學(xué)性和指導(dǎo)性。

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