青杨类苗木水分调控与抗旱能力研究

王薇娜 王福森 杨春柳 邢政华 赵晓 贯春雨

摘要：为了解青杨类苗木水分调控与抗旱能力，以青杨类树种黑青杨、青山杨及小黑杨为材料，采用搭建人工塑料棚室，进行控根容器苗木水分控制胁迫技术方法，研究青杨类树种苗木对水分需求与抗旱能力，以此探讨和解决青杨类生产中苗木优质高效培育关键技术。研究结果表明，青杨类杨树品种小黑杨、青山杨、黑青杨在苗期土壤含水率在降至10.82%即为严重干旱，将造成苗木的水分胁迫，此前需要及时灌溉，当土壤含水率达6.69 %以下时青杨类品种就已达到萎蔫系数。此项研究为青杨类杨树工业资源材高效培育提供科学依据，其理论意义及实践价值较大。

关键词：青杨类杨树；控根容器；水分胁迫；抗旱能力；苗木培育

水分是构成生物的必要成分，也是生物赖以生存的必不可少的物质，它对植物的光合作用、蒸腾作用、呼吸作用等有明显的影响。植物的生长和发育过程会受到土壤水分、土壤盐分、光照强度、温度高低、土壤养分含量、土壤肥力和土壤质地等多种因素的影响，其中水分是限制植物生长发育的重要环境因子之一。在植物正常的生长环境里，土壤和空气中的水分状况往往高于植物各生育时期所要求的水分临界点，此时植物就能够顺利地完成良种其生命史。在水分胁迫下，植物会产生一系列的内在的生理生化变化，影响植物的生长发育。所谓水分胁迫是指当植物失水大于吸水时，细胞和组织的紧张度下降，植物的正常生理功能受到干扰的状态[1，2]。

杨树具有生长快，适应性广，抗逆性强，分布及用途广泛等特点，因此成为纸浆、人造板等工业用材林、园林绿化、防护林等主要栽培树种之一，也是我国北方主要的造林树种。黑龙江省西部松嫩平原属半干旱地区，自然环境恶劣，生态环境脆弱，是我省三北防护林的重点建设区，主要造林树种是评价杨树的抗旱能力是选育抗旱杨树品种的重要一环，对林业生产也具有重大的现实意义。按照植物生长环境的不同，把抗旱性鉴定方法分为田间鉴定法、干旱棚法和人工气候室法[3]。本研究以青杨为材料，采用干旱棚法，没有自然降水的条件下人为控制灌水，造成不同的水分胁迫，以此进行青杨育苗水分调控及抗旱性观察。

1 材料与方法

1.1 试验地点

绿源基地位于齐齐哈尔市富拉尔基区，嫩江西岸，地处松嫩平原，属温带季风性气候，东经123°56′，北纬47°20′。年降水量450 mm，年蒸发量1400 mm，年平均气温3.2 ℃，无霜期144 d，试验地土层深厚、疏松，土壤较肥，为碳酸盐栗钙土，透水性良好，pH值7.4。该区域为黑龙江西部半干旱地区，气候特点是寒冷、多风少雨，空气干燥、风沙大，植被少，生态环境脆弱，树木等植物对水分需求矛盾较高。该地是我省三北防护林、人工丰产用材林等重要建设区域，是杨树重要栽培地区。

1.2 试验材料

在齐齐哈尔绿源林业科技示范基地，选择青杨树种黑青杨、青山杨和小黑杨为试验树种，以当地主栽树种小黑杨为对照。黑青杨和青山杨均为黑龙江省林业科学院齐齐哈尔分院选育的杨树新品种，已通过黑龙江省林木品种审定委员会审定的良种，是我省工业资源材、退耕还林及生态环境建设的优良杨树品种，已在黑龙江省西部大面积推广应用采用3个品种1年生苗根在塑料控根容器内育苗培育。塑料控根容器为育苗桶状，高为50cm，直径为30cm。材质为黑色塑料，厚度2.5mm，其上打通气孔。采用当地的栗钙土进行育苗。用自来水控制苗木水分。

1.3 试验方法

1.3. 1试验设计

试验采用随机区组设计，3次重复，7株小区。每个树种采用一年生母根栽植70个塑料控根容器，分成10组，每组依次按时间定期观测，在控制给水前可循环观测，3个树种总计210容器桶。先培育苗木，待苗木长到1.0～1.2cm高度，搭建塑料拱棚，进行水分胁迫试验，等到苗木叶子脱落到3/4接近死亡时，给水进行苗木恢复试验。观察苗木水分胁迫表现及土壤含水率变化状况，测定青杨类苗木不同树种凋萎系数。

1.3. 2试验苗木培育

2019年5月初，在齐齐哈尔绿源林业科技示范基地，先按设计进行控根塑料容器装土，土壤取自该基地的栗钙土，稍加入适量的有机肥，充分搅拌均匀。然后取自本基地的黑青杨、青山杨和小黑杨当年生母根，母根的大小均匀一致，每个容器栽植2株，确保1株成活，栽植后正常浇水、抹芽定干、病虫害防治等抚育管理，待确定成活后，每个容器保留一株苗木。

1.3. 3观测分析

在待苗木生长到一定高度，进行室外搭建塑料拱棚控制给水，观测水分变化下各树种苗木形态变化。从2019年8月29日至9月28日每3天测定土壤含水率。测定一段时间后，待苗木落叶枯黄时测定含水率后马上给水，观察苗木恢复情况，直到苗木真正死亡，给水不能复活为止。用土壤水分速测仪测定土壤含水率。

1.3.4 数据统计分析

采用SPSS 22.0 统计软件进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1.1 干旱胁迫下青杨类苗木生长、形态表现

青杨类苗木在塑料拱棚内，在水分胁迫下，各品种土壤含水率在水分控制初期开始下降，在缺水情况下，苗木叶片由绿色转为黄绿色、黄色、叶子下垂、叶子干枯、枝条干枯。青山杨、黑青杨和小黑杨在水分胁迫下第9天苗木土壤含水率在12.32 %～13.72 %时，叶的颜色开始变黄，在10.22 %～11.42 %时，逐渐变下垂和脱落，青山杨和小黑杨至6.52 %～6.82 %时苗干皮部萎缩，最后叶子全部脱落，干枯死。在叶片3/4干枯时给水，观察苗木成活情况。试验结果表明，青山杨、黑青杨、小黑杨在土壤含水率6.52 %、6.72 %和6.82 %时给水苗木不复活，是苗木致死含水率，即青杨类苗木的萎蔫系数（表1）。

2.1.2 青杨类不同品种干旱胁迫的差异分析

在干旱胁迫前期，青杨类黑青杨、青山杨和小黑杨不同品种土壤含水率差异较明显，其中黑青杨和小黑杨的土壤含水率较大，达10.22 %～11.42 %，青山杨土壤含率相对较低，在9月10日，叶子变黄、开始下垂时3个品种的土壤含水率很相近，直到叶子、枝条干枯给水不能复活，3个青杨类品种的土壤含水率更接近，为6.52 %～6.82 %（表1和图1）。试验表明，青杨类苗木对水分需求从正常到干旱胁迫整体表现分三个阶段，一是苗木正常生长阶段，土壤含水率为15.72%～22.72%，具体苗木表现叶子绿色，生长常，土壤水分适中；二是干旱胁迫阶段，此时土壤含水率为7.72%～13.22%，苗木叶子变黄，下垂，个别叶子干枯或脱落，苗木不能正常生长，受到严重水分胁迫，但此时给水苗木还不至于死亡；三是苗木死亡阶段，土壤含水率为6.32%～6.69，苗木叶子干枯或脱落，上部枝梢弯曲和干枯，给水不能复活，此时苗木已经死亡。

2.1.3 青杨类苗木培育水分调控分析

对青杨类不同品种的干旱胁迫试验研究主要目的是掌握青杨类苗木培育过程中水分调控机制，有效控制水分的供给，实现节水、降低苗木培育成本、提高苗木质量的目标。本项试验，黑青杨、青山杨和小黑杨等青杨类品种对水分需求及干旱胁迫的反应相近，即对这3种青杨类品种的苗木培育可采取一致相似的水分调控技术。可在苗木叶子变黄绿前给水，不影响苗木正常生长，即此时的土壤含水率大于13.22%。此时土壤的含水率是个苗木正常生长和干旱胁迫的分水岭。生产中观察苗木是否水分缺少，叶子由绿变黄绿，是重要外部形态表现，此时的土壤含水率是的土壤缺水的重要指标。根据此土壤含水率指标可现实青杨类苗木培育精准水分调控，实现苗木培育经济效益最大化，生产中意义重大。

3  结论与讨论

杨树五大派中，青杨派树种在黑龙江省种类最多，生产中应用最普遍。选取青杨派树种中小黑杨、青山杨、黑青杨作为研究对象，经试验证明，青杨类杨树品种小黑杨、青山杨、黑青杨在苗期初始土壤含水率20.52 %～23.92 %，当土壤含水率降至12.32 %～13.72 %时，叶片颜色开始变黄，降至10.22 %～11.42 %时，叶片逐渐下垂和脱落，降至6.52 %～6.82 %时苗干皮部萎缩，最后干枯至死。因此，当初始含水率青杨类杨树品种小黑杨、青山杨、黑青杨在苗期土壤含水率在降至10.82 %～13.72 %即为严重干旱，将造成苗木的水分胁迫，此前需要及时灌溉，当土壤含水率达6.69 %以下时青杨类品种就已达到萎蔫系数。

青杨类杨树品种黑青杨、青山杨与小黑杨品种在苗期水分胁迫下表现无明显差别，即具有相似的抗旱性。综上所述在青杨类杨树树叶开始失绿变黄前土壤含水率达13.22 %时应进行补水，实现精准水分控制，尽可能减少育苗培育成本，达到利益最大化。

干旱胁迫严重影响苗木的生长及生理反应，水分调控非常重要，生产过程中要给予足够的重视 [4，5]。本项研究重点研究了干旱胁迫对青杨类青山杨、黑青杨及小黑杨的土壤含水率的变化对苗木的形态影响，提出了青杨类苗木培育受到干旱胁迫的土壤水分情况、萎蔫系数及苗木水分调控的土壤水分的定量指标，为青杨类苗木壮苗培育提供了科学依据。

水分胁迫下青杨类杨树变化是一个复杂的生理学过程，单一或多项指标对青杨派杨树的耐旱性强弱评价并不全面，采用综合评价的方法进行分析，能够较为精确地反映青杨类树种的抗旱性。由于研究对象针对的是青杨类杨树的盆栽幼苗，盆栽幼苗在速生期部分家系的根系可能受到束缚，所以结论更加适用于苗期的水分管控，指导改进常规育苗管理措施。此外，对青山杨、黑青杨及小黑杨的研究仅测定了苗木外部形态、土壤含水率的变化规律，因此，青杨类苗木的生理反应及生长状况等尚需开展深入研究，以期可以更加完善、精准地揭示出青杨派杨树在水分胁迫下的抗性机理，使得出的结论更具科学性和指导性。

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