铅笔柏、侧柏抗旱水分特征研究

赵亚萍，赵学敏，薛睿，张继强

铅笔柏、侧柏抗旱水分特征研究

赵亚萍1，赵学敏2，薛睿1，张继强1

（1.甘肃省林业科学研究院，甘肃兰州730020；2.甘肃林业职业技术学院，甘肃天水741020）

运用P-V技术研究铅笔柏、侧柏的原初总体渗透势π0、失膨点总体渗透势πp、均渗透势、相对含水量RWC、失膨点渗透水与饱和渗透水比值VP/V0等水分特征参数。结果表明，铅笔柏抗旱能力弱于侧柏，但在水分相对充裕的条件下，铅笔柏较侧柏能够维持较高的细胞膨胀度，生长因而比较旺盛。随着树龄的增加，铅笔柏和侧柏的抗旱能力均有所增强。

铅笔柏；侧柏；水分参数；抗旱性

铅笔柏Sabina virginiana和侧柏Platycladus orientalis均是柏科常绿高大乔木，铅笔柏为国外引进树种，侧柏为我国乡土树种。我国引种铅笔柏始于20世纪初期，2000年甘肃省从美国引进种源试验，在甘肃省天水市北山种植了大面积的铅笔柏试验林，现已成林[1]，在其周围种植侧柏对比林。当地属于干旱、半干旱地区，水分是植物生存的主要限制因子。通过长期观察，发现铅笔柏长势比侧柏长势要好。长期以来，侧柏被人们认为是北方抗旱性较强的树种[2]，说明铅笔柏抗旱能力优于侧柏，是又一个优良的抗旱造林树种。为了揭示铅笔柏、侧柏的抗旱生理机制，我们对2个树种利用P-V曲线技术开展了一系列水分参数对比研究，以便准确掌握铅笔柏的生态习性，为将来在各类不同立地条件下大规模应用铅笔柏造林提供理论依据。

1 试验地点、材料与方法

1.1 试验地点

试验地点选在甘肃省天水市北山。该处海拔1 120.2 m，年平均气温11.2 ℃，极端高温37.2 ℃，极端低温-17.6 ℃，年相对湿度69%，年降水量496.5 mm，年蒸发量1 297.5 mm，全年日照时数2 032.5 h。

1.2 试验材料

试验材料取自7年林龄（造林时间2008年）和15年林龄（造林时间2000年）的铅笔柏、侧柏试验林。林内选取长势良好的植株挂牌标号，作为标准木。试验林立地环境较差，土壤干旱。2015年9月16日上午8:30～9:30，从标准木树冠中下部、东南方向剪取当年生枝条为样枝，样枝无病虫害，无机械损伤，无球果，长10～15 cm，剪口位于当年芽鳞痕以下约1 cm，标记编号。供试样枝剪取后立刻用湿毛巾包裹封装于塑料袋内带回室内测定。

1.3 试验仪器

称量所用天平精度为万分之一，型号SHIMAD2U。便携式植物压力室为美国产，型号3115。恒温烘箱，型号DGG-9240A。

1.4 P-V曲线的制作

修整供试样枝基部平齐以便测定，称量鲜质量记录后，插入盛有清水的烧杯中侵泡，置于暗处，记录时间。经反复试验确定，铅笔柏样枝吸水26 h达到饱和，侧柏样枝吸水24 h达到饱和。试样达到吸水饱和后，取出剥去基部0.5 cm的表皮，暴露木质部，称量记录饱和质量，迅速装入压力室测定。20～25 ℃室温条件下，采用Hammel逐步升压法测定绘制试样P-V曲线[3]。用透明胶带封装并以过滤纸包裹的药棉棒套在小枝上面收集被压出的树液，药棉棒长约1 cm，先称量记录干质量。每次升压、减压速度低于0.2 MPa/min，直到所需平衡压，保持10～15 min。取出吸水药棉棒，迅速称量计算收集的树液体积。重复以上步骤，依次升高平衡压9～15次，计算出全过程中样枝在每个测点的树液体积。从压力室中取出测试样，103 ℃烘干至质量恒定，称量记录干质量。

利用Excel软件处理数据，绘制P-V曲线（图1），以每个测点平衡压的倒数为纵坐标(1/Pe)，以每个测点收集的树液累计体积（Ve）为横坐标，曲线部分为各个测点的平滑连线，直线部分利用趋势线法获得，以相关系数平方值最大值为准。

1.5 计算方法

从P-V曲线图中求得：总体原初渗透势π0，读取直线部分延长线与纵坐标轴交点的坐标值，即其纵坐标轴截距，取其倒数的负值即可。失膨点总体渗透势πp，细胞开始发生质壁分离膨压为0时的渗透势，读取直线部分与曲线部分的分离点纵坐标值，取其倒数的负值即可。饱和渗透水体积V0，直线部分延长线与横坐标轴相交点的坐标值，即其横坐标轴的截距；失膨点压出树液累计体积Ve，读取直线部分与曲线部分的分离点横坐标值。

测定供试样品吸水饱和鲜质量Wf、干质量W，计算失膨点渗透水体积Vp、失膨点相对含水量RWC、失膨点渗透水和饱和渗透水比值Vp/V0。计算公式为：

2 结果与分析

试样各水分参数测定结果见表1。

由表1可以得出：铅笔柏、侧柏2个树种的水分参数明显有差异。无论是7年生还是15年生，铅笔柏枝条原初总体渗透势π0和失膨点总体渗透势πp均高于侧柏（绝对值小）。原初总体渗透势π0是植物吸水饱和处于完全膨胀状态的渗透势，是植物组织吸水能力的表现，其值越低（绝对值越大），组织的吸水能力越强，越能够从更为干旱的环境中吸收水分，即其抗旱能力越强。πp是植物组织细胞初始失去膨压开始发生质壁分离时的水势。维持组织膨压，植株才能维持正常的生理生化过程。当膨压为零时，植物组织细胞质壁分离，细胞吸水发生困难，叶片开始萎蔫，生理生化难以正常进行[4,5]。所以πp是组织维持膨压能力的体现，其值越低，植物组织忍耐脱水的能力愈强，在干旱环境中更利于自身调节。因此，测定结果表明，铅笔柏抗旱能力和组织忍耐脱水的能力均低于侧柏。

图1 试样P-V曲线

表1 试样各水分参数

铅笔柏的π0-πp值同样小于侧柏，但同龄植株两值相差不大。π0-πp值同样是植物组织耐脱水能力的体现，该值大说明组织忍耐脱水的能力强，该值小则说明组织忍耐脱水的能力弱；另一方面，在土壤水分能够满足植株组织细胞膨胀需求时，该值小的植物能够维持较高的细胞膨胀度，膨胀度越高，生理活动越旺盛。铅笔柏的π0-πp值低于侧柏，但相差不大，说明铅笔柏忍耐脱水抵抗干旱的能力弱于侧柏，但相差不大，而在土壤水分相对充裕时则能够维持较高的细胞膨胀度，生理活动比较旺盛，这可能是铅笔柏在同样易遭受干旱胁迫的立地中生长较侧柏旺盛的原因。

失膨点时的相对含水量RWC也是判断植物耐旱性的重要指标，一般认为该值越低，表明植物组织在很低的含水量下才发生质壁分离，因此可以在一定程度上反映植物组织细胞忍耐脱水的能力。由表1可见，无论是7年生还是15年生，铅笔柏的RWC值均高于侧柏，说明铅笔柏忍耐脱水的能力弱于侧柏。

VP/V0为失膨压点时的渗透水与饱和渗透水的比值，表示细胞壁渗透调节能力的强弱[6]；其值越大，其渗透调节能力也越强，反之则说明渗透调节能力越小。由表1可见，7年生铅笔柏的VP/V0值小于侧柏，但15年时，铅笔柏与侧柏的VP/V0值相同，说明幼龄铅笔柏渗透调节能力弱于侧柏，但随着树龄的增加，铅笔柏渗透调节能力趋向于与侧柏相同。这可能也是在同样易遭受干旱胁迫的立地环境中，铅笔柏生长优于侧柏的原因。综合分析所测水分参数，结果表明，铅笔柏抗旱能力弱于侧柏，但在水分相对充裕的条件下，铅笔柏较侧柏能够维持较高的细胞膨胀度，生长因而比较旺盛。

另外，由表1还可以看出，无论是铅笔柏还是侧柏，15年生植株的π0和πp均低于7年生植株，说明随着树龄的增加，植株抗旱能力增强；π0-πp值则是15年植株略低于7年生植株，说明随着树龄的增加，植株维持细胞膨胀度的能力略有增强，生理活动能力略有增加。15年生植株的失膨点相对含水量RWC值均略低于7年生植株，但差异不明显，说明随着树龄的增加，细胞忍耐脱水的能力的略有增加。15年生植株的VP/V0值均高于7年生植株，说明随着树龄的增加，组织细胞渗透调节能力有所增强。综合分析所测水分参数，结果表明，随着树龄的增加，植株的抗旱能力有所增强。

3 小结

本次测定结果表明，铅笔柏抗旱能力弱于侧柏，但在水分相对充裕的条件下，铅笔柏较侧柏能够维持较高的细胞膨胀度，生长因而比较旺盛。随着树龄的增加，铅笔柏和侧柏的抗旱能力均有所增强。

[1] 魏晓兰，王俊杰，孟少童，朱红斌，赵亚萍，赵瑞花，薛睿.甘肃黄土区铅笔柏引种初报[J]. 甘肃林业科技，2010，35（3）：51-53.

[2] 刘广全，罗伟样，唐德瑞，马松涛，侯琳. 八种针叶树抗旱生理指标的研究——PV技术在测定树木抗旱性中的应用[J].陕西林业科技，1995（2）：1-5.

[3] 王万里. 压力室在植物水分状况研究中的应用[J]. 植物生理学通讯，1984（3）：52-57.

[4] 孙志虎，王庆成.应用PV技术对北方4种阔叶树抗旱性的研究林业科学[J]. 林业科学2003，39（2）：33-38.

[5] 柴宝峰，李洪建，王孟本. 晋西黄土丘陵区若干树种水分生理及抗旱性量化研究[J]. 植物研究，2000，20（1）：79-85.

[6] 王孟本，李洪建. 黄土区树种抗旱性指数的研究[J]. 植物研究，1999， 19（3）：341-346.

Study on Drought Resistance and Moisture Characteristics of Sabina virginiana, Platycladus orientalise

ZHAO Ya-ping1, ZHAO Xue-min2, XUE Rui1, ZHANG Ji-qiang1
(1.Gansu Academy of Forestry, Lanzhou 730020, China; 2.Gansu Forestry Technological College, Tianshui Gansu 741020, China)

This paper used P-V technology to study the moisture characteristic parameters of Sabina virginiana and Platycladus orientalis, including initial bulk osmotic potential π0, bulk osmotic potential at the turgor loss point πp, average osmotic potential, relative water content RWC, the ratio of VP/V0, and so on. The results indicated that the ability of drought resistance Sabina virginiana was weaker than Platycladus orientalis, under the condition of relatively enough water, Sabina virginiana could maintain a high degree of swelling of cell growth than Platycladus orientalis, and keep the growth strong. As the age of trees increases, the drought resistance of Sabina virginiana and Platycladus orientalis were enhanced.

Sabina virginiana; Platycladus orientalis; moisture parameters; drought resistance

S718.48

A

10.3969/j.issn. 1006-0960.2016.03.005

1006-0960（2016）03-0018-04

2016-05-08

甘肃省技术研究与开发专项计划项目（项目编号：1305TCYA017）。

赵亚萍（1964—），女，陕西乾县人，高级工程师，研究方向为生态林业。

赵学敏（1960—），男，陕西乾县人，工程师，研究方向林木育种。