土壤水分对大红袍花椒生物量与耗水特性的影响*

吴顺科,陈明杰,孙丙寅

(1.凤县平木镇林业站,陕西凤县 721704;2.凤县林业局,陕西凤县 721700;3.杨凌职业技术学院,陕西杨陵 712100)

花椒(Zanthoxy lum bungeanum)作为一种经济树种,具有速生、早实、适应性强、易栽培、好管理等特点,由于根系发达、固土能力强,也是荒山绿化、保持水土的生态树种[1]。

近年来,随着退耕还林工程的实施,花椒作为生态经济树种被广泛应用,截至2008年底,我国花椒栽培面积167万hm2,年产花椒20～40万t,年产值 30亿元[2]。目前,种植面积正以每年20%～30%的速度增加,花椒产业已成为山区农民致富的新经济增长点。但在生产中,干旱造成的落花落果率高,落花率可达60%,落果率可达55%左右,整个花序的座果率仅为10%左右[3]。2006年,由于干旱,重庆全市花椒受灾面积3.33 hm2,受灾苗木4 361万株。在干旱半干旱地区,干旱导致树体衰弱,引发病虫危害,如花椒枯梢病及花椒雅氏山蝉危害猖獗,严重时导致树体死亡,进一步影响了花椒生态效能的发挥。本研究在人工控制土壤水分含量的基础上,对一年生大红袍花椒在不同土壤水分条件下的耗水特性和生长特性进行分析,旨在对花椒的水分利用规律进行初步研究,为花椒的栽培管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试材为1年生大红袍花椒实生苗,种子来源于陕西凤县。

1.2 方法

1.2.1 土壤水分处理 2008年3月,将花椒1年生实生苗定植于塑料桶内,桶高25 cm,口径25 cm,每桶栽1株,重复3次;试验用土按比例园土∶腐殖质∶砂子=4∶1∶1混合而成,每桶装土12 kg,田间持水量为22.82%。5月中旬开始进行土壤梯度控水,共设4个水分梯度处理,土壤含水量分别为田间持水量的80%(适宜水分)、60%(轻度干旱胁迫)、45%(中度干旱胁迫)和35%(重度干旱胁迫)。

1.2.2 蒸腾耗水量测定 5～8月份,每2 d测定1次栽植桶的重量,并补充散失的水量。记录桶重与灌水量。以不栽植株作为对照。

1.2.3 鲜重、干重的测定 将试验植株从桶中取出,从根茎结合部切开,将地上部分鲜样迅速称重后置于烘箱中105℃杀青30 m in后,80℃烘至恒重,自然冷却至室温后称取干重;将地下部分轻轻抖去根系表面附着土壤,迅速称取鲜重,然后用同样方法测量干重。

2 结果与分析

2.1 花椒耗水特性

研究结果(表1)表明,5～8月份,大红袍花椒在轻度、中度和重度干旱胁迫条件下,蒸腾耗水总量分别为 5.97、5.39、3.37 kg,分别较适宜水分条件下(10.05 kg)降低了 40.8%、46.4%和66.5%。表明随土壤含水量的下降,花椒耗水量显著减少。

图1表明,6～7月份是花椒蒸腾耗水的高峰期,在不同水分条件下,幼苗均表现出耗水高峰。在适宜水分、轻度、中度和重度水分胁迫条件下,6～7月份的耗水量分别占生长季总耗水量的81.3%、76.5%、70.4%和65.0%,表明水分条件越好,植物代谢越旺盛,蒸腾量越多。

表1 不同水分条件下花椒蒸腾耗水量 kg

2.2 花椒生物量的变化

在花椒生长结束后,测定了不同水分处理下幼苗地上部分和地下部分的鲜重及干重(表2)。可以看出,随着土壤含水量的降低,地下部分和地上部分的生长量均减少,且不同水分条件下差异显著。土壤含水量从45%下降到35%时,各部分下降最显著,其中,茎干重下降了49.3%,根干重下降了47.2%,总干重下降了48.4%。地上部分与地下部分相比,地上部分生长对土壤缺水更敏感,随着含水量的降低,根茎比增大,重度干旱胁迫时,地下/地上达到0.85,表明土壤含水量的降低,使地上部分生长量较地下部分生长量下降的幅度大。已有研究表明,根系的生长对水分胁迫的响应发生最晚,只有严重水分胁迫才能影响根的生长。

表2 不同水分条件下花椒生物量 g

2.3 不同土壤水分状况对花椒水分利用效率的影响

水分利用效率是指植物消耗单位水所产出的同化量,反映植物生产过程中的能量转化效率,也是评价水分亏缺下植物生长适宜度的指标之一[4],本研究采用总干重与总蒸腾耗水量的比值表示。研究表明,花椒在轻度、中度和重度水分胁迫条件下,水分利用效率随土壤含水量降低而减小(图2),在轻度干旱胁迫时水分利用效率最高,适宜水分条件下次之,重度水分胁迫时最低。表明花椒在轻度干旱条件下更能充分利用土壤水分,水分利用率甚至高于适宜水分条件。

图1 花椒耗水量随时间的变化

图2 不同水分条件下花椒水分利用效率

3 结论与讨论

水分是植物生长的重要条件和基础,而蒸腾耗水则是植物水分散失的主要途径[4-5]。在干旱地区,植物对水分的消耗直接决定了植物的生存状况。植物蒸腾作用受环境多种因素的影响,如太阳辐射、空气温度、湿度、土壤水分状况以及风速等[6-8]。研究表明,大红袍花椒对水分的消耗存在明显的季节变化,6～7月份是花椒蒸腾耗水的高峰期,也是其旺盛生长的时期,该时期的耗水量约占全年的70%,因此可以作为花椒的需水期,在生产中应加强这一时期的水分管理。

不同水分处理下花椒地上、地下生长状况差异较大。水分供应充足及轻度土壤干旱时,花椒会保持较高的生长速度直到8月初,但在重度干旱胁迫下,花椒在7月中旬就停止生长。在不同水分条件下,花椒地上和地下生长呈现出不同的规律。在水分缺乏时,地下与地上生物量的比值达到0.85,虽然干旱胁迫对根系的生长同样起到制约作用,但干旱对地上部分的生长制约远大于地下,造成根茎比增大。

花椒在轻度水分胁迫条件下能正常生长,且水分利用效率最高,在重度水分亏缺时生长明显受抑,水分利用效率显著减小,表明轻度水分亏缺时花椒更能充分利用有限的水资源,具有较强的耐旱能力。

[1] 马玉敏,孙海伟,武志刚,等.大红袍花椒生物学特性观测[J].山东农业科学,2006(3):40-41.

[2] 崔 俊,李孟楼.花椒开发利用研究进展[J].林业科技开发,2008,22(2):9-14.

[3] 毕 君,赵京献,王春荣,等.国内外花椒研究概况[J].经济林研究,2002,20(1):46-48.

[4] 张继澍.植物生理学[M].北京:高等教育出版社,2006:30-31.

[5] 柴宝峰,李洪建,王孟本,等.植物抗旱的分子生物学机制研究进展[J].山西大学学报:自然科学版,1999,22(4):400-405.

[6] 孙洪仁,刘国荣,张英俊,等.紫花苜蓿的需水量、耗水量、需水强度、耗水强度和水分利用效率研究[J].草业科学,2005,22(12):24-30.

[7] 蒲光兰,袁大刚,胡学华,等.杏树抗旱性研究[J].西北林学院学报,2005,20(3):40-43.

[8] 郭孟霞,毕华兴,刘鑫,等.树木蒸腾耗水研究进展[J].中国水土保持科学,2006,4(4):114-120.