喬梅生，季志平

(1.山西省管涔山國有林管理局，山西 寧武 036700；2.西北農(nóng)林科技大學林學院，陜西 楊凌 712100)

沙棗(Elaeagnusangustifolia)為胡頹子科胡頹子屬喬木或大灌木，根系發(fā)達，生命力強，抗干旱、抗風沙、耐鹽堿、耐貧瘠，具有生態(tài)、經(jīng)濟和藥用多種價值，主要分布在我國的西北各省區(qū)，華北西北部、東北西部也有少量分布[1]。目前，沙棗已成為我國干旱半干旱地區(qū)造林綠化的先鋒樹種，20世紀80年代，山西省在黃土丘陵區(qū)、晉北風區(qū)的荒地、沙化土地、鹽堿地進行了小面積的引種栽培，但并未大面積成林。近幾年，管涔山國有林管理局十分重視沙棗在管涔山的發(fā)展，立項開展沙棗系統(tǒng)化育苗及造林技術(shù)研究，嘗試一些適宜山西寒冷干旱區(qū)域林地沙棗育苗試驗研究，取得了許多經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

水分脅迫是影響干旱半干旱地區(qū)樹木成活最普遍面臨的環(huán)境問題，沙棗雖然是一種耐旱樹種，但對于沙棗育苗來說，仍然需要確定沙棗苗期的抗旱時長、抗旱程度以及適時灌水節(jié)點和節(jié)水灌溉量，以上指標的確立都離不開對沙棗苗期干旱脅迫下光合特征變化的掌握，因此，準確掌握沙棗在不同干旱程度下的光合特性十分重要。本研究采用盆栽苗木控水的試驗方式，通過測定不同控水梯度下沙棗盆栽苗的葉綠素含量和光合參數(shù)，為沙棗育苗提供可靠的水分管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這對于優(yōu)化改進山西干旱、半干旱地區(qū)沙棗育苗方法，豐富山西林業(yè)造林樹種具有實際的生產(chǎn)指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試驗區(qū)環(huán)境

試驗用沙棗種子來自于甘肅省張掖市臨澤縣。將收集來的沙棗種子洗凈晾干后置于4 ℃冰箱中備用。試驗地點位于山西省管涔山國有林管理局下屬的溫泉林場，溫泉林場位于岢嵐縣境內(nèi)，地理位置111°15′ ～ 111°30′ E，38°40′ ～ 38°52′ N，為呂梁山脈北端的晉西北黃土高原區(qū)。屬中溫帶大陸性季風氣候，氣候涼爽，晝夜溫差較大，年平均氣溫6.2 ℃；多年年均降水量456 mm；無霜期110 d左右。土壤類型主要為黃土質(zhì)淡栗褐土。喬木群落主要以油松(PinusTabulaeformis)為主；灌木主要有沙棘(Hippophaerhamnoides)、繡線菊(Spiraeatrilobata)黃刺玫(Rosaxanthina)、忍冬(Lonucerschrysantha)等。農(nóng)作物主要有莜麥(Avenanuda)、土豆(Solanumtuberosum)、豌豆(Pisumsativum)等。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用盆栽苗木控水的方式形成不同的控水梯度，然后測定在不同干旱程度下沙棗盆栽苗的葉綠素含量和光合參數(shù)。

盆栽基質(zhì)由地表土壤∶沙子∶腐殖質(zhì)=2∶1∶1組成，均勻攪拌、過篩、殺菌后裝盆。配制好的基質(zhì)最大田間持水量為24.65%，密度為1.03 g·cm-3，全N含量0. 65 g·kg-1，全P含量0.96 g·kg-1，全K含量8.5 g·kg-1，pH值8±0.1。

將催芽露白的沙棗種子播種于盆栽基質(zhì)中，每盆播種2粒種子，置于塑料棚內(nèi)進行培育，正常澆水管護，選取生長狀況良好、無病蟲害，且長勢基本一致的1年生盆栽沙棗幼苗作為試驗對象進行各項測試。

采用控水法控制栽培基質(zhì)含水量，設(shè)置4個水分梯度，分別為田間持水量的80% ～ 85% (CK)、60% ～ 65%(T1)、 40% ～ 45% (T2)和30%以下(T3)。每個處理設(shè)置3次重復。水分控制采取人工稱重的方法，即每天下午16∶00稱重并補充散失的水分，并用塑料薄膜覆蓋盆栽基質(zhì)表面，密封花盆底部，以防止水分散失和滲漏，保證土壤水分保持在要求范圍之內(nèi)。 將待測的盆栽苗木放置于人工遮雨棚內(nèi)，防止天然降水進入盆內(nèi)，但能保持四周通風透光。

1.3 指標測定

采用浸提法測定葉綠素含量[2]。在干旱脅迫30 d后，選擇生長較為一致的沙棗苗，取生長良好無病蟲害的中上層葉片，快速放入冰盒中帶回實驗室。采用浸提法提取葉綠體色素混合液，標記，用Agilent 8453型分光光度計測定波長663、645 nm 下的光密度(OD)值，再利用ARNON公式計算葉綠素a 、葉綠素b和葉綠素a+b含量。每隔10 d測定1次，每次測定3次重復。

利用LI-6400XT便攜式光合作用測量系統(tǒng)測定光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)等光合參數(shù)。選擇全天晴朗、無風、光照自然天氣，在每個水分梯度下挑選3個長勢相近苗木進行測定并標記順序，在每個苗木上選定1片大小相近、所處位置大致相同的健康成熟葉片作為測定標準葉。從7∶00到19∶00每隔2 h測定1次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel程序進行數(shù)據(jù)處理及其圖表生成。計算每一處理的平均數(shù)，對不同干旱脅迫水平之間進行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對沙棗光合葉綠素含量的影響

光合作用與葉片葉綠素含量密切相關(guān)，葉片葉綠素含量關(guān)系著植物光合同化的過程，在干旱脅迫條件下，葉片葉綠素含量也是衡量其抗旱性的重要生理指標之一[3]。根據(jù)葉綠素含量的測定結(jié)果(表1)，沙棗葉綠素含量在不同干旱脅迫條件下有明顯變化。在水分充足的情況下，沙棗葉片的葉綠素a含量并非最高水平，葉綠素a含量最高的卻是在輕度干旱(T1)、中度干旱(T2)下與水分充足下的葉綠素a含量幾乎處于同一水平，沒有顯著差異，但在重度干旱(T3)下，葉綠素a含量則顯著低于其它。葉綠素b含量的變化則不同，在水分充足和輕度干旱時沒有顯著差異，隨著干旱程度加劇，其含量也隨之下降。葉綠素a+b含量與葉綠素a含量的變化相似，輕度干旱時最高，水分充足與重度干旱時相當，重度干旱時最低。隨著干旱程度逐漸增強，葉綠素a/b則隨之增加。

表1 干旱脅迫下沙棗葉片葉綠素含量的變化

出現(xiàn)這種情況可能有以下三個原因：一是葉綠素a最大吸收波長范圍在420～663 nm，葉綠素b最大吸收波長范圍在460～645 nm，相比而言，葉綠素a吸收紅光能力較強，葉綠素b吸收藍紫光能力較強。二是在陽光正常情況下，干旱脅迫刺激沙棗葉片葉片葉綠素a含量增加，但干旱脅迫程度有閾值，一旦干旱程度超過閾值，則朝相反方向發(fā)展。三是由于葉綠素b 對藍紫光的吸收力大于葉綠素a，所以一般陽生植物葉綠素a與葉綠素b的含量都比陰生植物高。葉綠素a/b的生物學意義主要是為了區(qū)分該植物屬于陰生植物還是陽生植物。本試驗測定的葉綠素a/b則反映出在不同干旱程度下沙棗的耐陽性能，在持續(xù)干旱影響下，隨著干旱程度的提升，沙棗葉綠素a/b越來越大，說明沙棗不僅是典型的陽性樹種，而且干旱脅迫越嚴重越表現(xiàn)出更強的耐陽性能。

2.2 干旱脅迫對沙棗葉片凈光合速率的影響

沙棗葉片凈光合速率(Pn)日變化曲線表現(xiàn)為典型的“單峰型”(圖1)。在各個干旱脅迫處理下，其葉片凈光合速率均在9∶00時達到最高值，之后逐漸降低。其中充分供水與輕度干旱之間無顯著差異，其余處理間均具有顯著差異。不同干旱程度各個觀測點的光合速率縱向比較發(fā)現(xiàn)，其進光合速率隨著干旱脅迫的加重而降低，即CK>T1>T2>T3。同時也發(fā)現(xiàn)17∶00之后，T2與T3之間的凈光合速率差距越來越小，19∶00之后CK與T1之間的差距也變小。隨著干旱程度的加劇，沙棗凈光合速率的變化則相對越遲緩，峰值越來越不明顯。

圖1 沙棗葉片凈光合速率(Pn)日變化曲線

2.3 干旱脅迫對沙棗葉片日蒸騰速率的影響

在不同干旱脅迫條件下，沙棗的日蒸騰速率(Tr)的日變化曲線呈“雙峰型”(圖2)。蒸騰速率在11∶00和15∶00達到高峰，在中午前后蒸騰速率出現(xiàn)低谷。在水分充足和輕度干旱時雙峰突，隨著干旱程度的提升，峰值越來越小，至重度干旱時峰值變得極小。把不同干旱程度各個觀測點的蒸騰速率進行縱向比較，其進蒸騰速率隨著干旱脅迫的加重而降低，即CK>T1>T2>T3，但在7∶00時CK、T1、T2之間差距極小，17∶00之后，T2與T3之間的蒸騰速率差距越來越小，19∶00之后CK與T1之間的差距也變小。隨著干旱程度的加劇，沙棗蒸騰速率的變化也相應(yīng)越遲緩。

圖2 沙棗葉片蒸騰速率(Tr)日變化曲線

2.4 干旱脅迫對沙棗葉片氣孔導度(Gs)的影響

植物可以通過葉片氣孔開張或閉合調(diào)節(jié)水氣的擴散，氣孔導度(Gs)表示單位時間單位葉面積氣孔通過CO2的體積。在不同干旱脅迫下，沙棗的氣孔導度日變化曲線大致表現(xiàn)為“雙峰型”曲線(圖3)。沙棗氣孔導度曲線的峰值出現(xiàn)時間與其蒸騰速率曲線峰值出現(xiàn)時間大致相同，分別出現(xiàn)在11∶00和15∶00。從各測定時間點的縱向?qū)Ρ瓤矗瑲饪讓Ф染S著干旱脅迫的加重而減小，即CK>T1>T2>T3，但在傍晚19∶00時各干旱脅迫下的氣孔導度接近趨同。從峰值的凸顯度看，水分充足和輕度干旱下比較顯著，重度和重度干旱的峰值不明顯。

圖3 沙棗葉片氣孔導度(Gs)日變化曲線

氣孔是植物葉片與外界進行氣體交換的主要通道，植物光合作用須經(jīng)由氣孔吸收CO2，因而氣孔必須處于張開狀態(tài)，但氣孔開張又不可避免地發(fā)生蒸騰作用，所以，在干旱脅迫狀態(tài)下，與其他植物相似，沙棗氣孔可以根據(jù)干旱程度變化來調(diào)節(jié)氣孔開度大小，而使其在損失水分較少的條件下獲取最多的CO2。氣孔開度對蒸騰有直接影響，因而氣孔導度曲線與蒸騰速率曲線十分相似。

2.5 干旱脅迫對沙棗葉片胞間CO2濃度(Ci)的影響

胞間CO2濃度(Ci)也是植物光合生理生態(tài)特性中的一個重要指標，在氣孔限制中，它的大小是判斷植物光合速率變化是否受氣孔因素影響的依據(jù)[4]。在不同干旱脅迫條件下，沙棗的胞間CO2濃度日變化曲線波動較大，在7∶00都處于較高水平，到9∶00時則處于低值狀態(tài)，11∶00時稍有回升，13∶00時稍有下降，之后至19∶00時逐漸回升至高值，與凈光合速率日變化趨勢相反(圖4)。

從各測定時間點的縱向?qū)Ρ瓤?，沙棗葉片胞間CO2濃度均隨著干旱脅迫的加重而增加，在水分充足時胞間CO2濃度最低，在重度干旱(T3)下為最高，依次CK

3 結(jié)論與討論

(1)在干旱脅迫條件下，沙棗葉片的葉綠素含量均受到不同程度的影響。沙棗在輕度干旱脅迫條件下葉綠素a、葉綠素(a+b)含量高于充分供水條件，中度干旱(T2)下與水分充足下的葉綠素a含量幾乎處于同一水平，沒有顯著差異。有研究認為葉綠素含量隨著干旱加重而減少[5-6]，也有研究認為，一些抗旱能力較強的樹種其葉綠素含量在干旱脅迫條件下會出現(xiàn)增加的現(xiàn)象[7]。本研究結(jié)果表明沙棗屬于后者，是抗旱能力較強的樹種。

葉綠素a/b的生物學意義主要是為了區(qū)分該植物屬于陰生植物還是陽生植物。但本試驗的測定結(jié)果也反映出沙棗在不同干旱程度下沙棗的耐陽性能，隨著干旱程度的提升，沙棗的葉綠素a/b也在不斷增大，說明沙棗不僅是典型的陽性樹種，而且干旱脅迫越嚴重越表現(xiàn)出更強的耐陽性能。

(2)干旱脅迫也引起了沙棗光合特征指數(shù)的變化。很多研究表明，一些植物葉片凈光合速率在中午會有所降低，即所謂的“光合午休”現(xiàn)象[8]，但也有一些植物并不出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象[7]。本研究結(jié)果表明沙棗的凈光合速率變化曲線呈現(xiàn)“單峰型”，并沒有出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象。隨著干旱脅迫的加重，沙棗葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導度(Gs)在同一時間點均呈下降的趨勢，而重度干旱脅迫條件下降尤為明顯。

Pn和Tr值在中度干旱條件下的下降幅度開始變大。氣孔是調(diào)節(jié)葉片氣體交換的重要結(jié)構(gòu)，植物的光合速率和蒸騰速率在很大程度上取決于氣孔的活動狀態(tài)，但與非氣孔因素有關(guān)。一般認為當Pn和Gs下降的同時Ci下降，說明氣孔因素起主導作用；當Pn和Gs下降而Ci上升，說明非氣孔因素起指導作用[9]。本研究發(fā)現(xiàn)沙棗Pn和Gs下降的同時Ci沒有表現(xiàn)出規(guī)律的升降趨勢，表明沙棗光合特性的變化同時受氣孔和非氣孔雙重因素的控制。

綜上所述，干旱脅迫對沙棗葉綠素含量和光合指標都產(chǎn)生了影響。沙棗不僅是抗旱能力較強的樹種，而且在干旱條件下表現(xiàn)出了更強的耐陽性能。雖然沙棗具有較強的抗旱和耐陽性能，但在中度干旱脅迫下，其光合指標的變化幅度就開始變大。因而，在生產(chǎn)上還是要在中度干旱時就應(yīng)當適當補充土壤水分，才能保障沙棗的正常生長和發(fā)育，這也是本研究的生產(chǎn)指導意義。