谭飞理
摘 要：以１年生臭椿幼苗为试材，采用盆栽方法，研究了不同浓度保水剂的使用对盆栽臭椿生长及叶片光合特性的影响，以期为臭椿在华北石质山区的造林及园林绿化应用提供技术参考。结果表明：施用保水剂可以提高土壤含水量、生长量和光合特性参数；不同浓度的保水剂处理对臭椿的侧根长度和数目、总干生物量、根系干质量、地上部分干质量、根冠比等均产生极显著的差异，但对地径的生长无显著影响；不同浓度保水剂明显影响臭椿的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。综合试验结果来看，以０．１００％浓度的保水剂效果最好，可以提高臭椿叶片的光合性能，提高植株的根系生长及生物量。
水分是华北石质山区植被恢复的限制性因子，因此采取有效的抗旱造林技术措施，以提高水分的利用率，是实现森林植被恢复的关键。保水剂（ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｓ，ＳＡＰ）是一种利用强吸水性树脂制成的具有超高吸水保水能力的高分子聚合物。它能迅速吸收和保持比自身质量高几百倍的水分，可以显著提高土壤的持水能力和水分利用率，具有很强的吸水性和保水性［１］，同时，保水剂具有反复吸水功能，在植物受到干旱胁迫时，保水剂能释放水分，提高根系周围含水量，维持体内水分平衡［２－５］，保水剂在农林业抗旱节水植物栽培技术中有不少研究［６－９］，但在臭椿的应用上尚鲜见报道。臭椿（Ａｉｌａｎ－ｔｈｕｓ ａｌｔｉｓｓｉｍａ Ｓｗｉｎｇｌｅ）属苦木科臭椿属，生长迅速，适应性强，是我国北部地区石质山区主要造林的先锋树种，另外，臭椿抗烟尘，耐盐碱，树干通直，冠大荫浓，是良好的观赏树和行道树。为此，现以１年生臭椿幼苗为试材，采用盆栽方法，研究不同浓度的保水剂对臭椿盆栽幼苗的生长及光合特性的影响，以期为臭椿在华北石质山区的造林及园林绿化应用提供技术参考。
１ 材料与方法
１．１ 试验地概况
试验地设在河北省平山县岗南镇寺家沟村，地理位置为东经１１３°３１′～１１４°１５′，北纬３８°９′～３８°４７′，海拔１００～３００ｍ，四季分明，属于暖温带半干旱半湿润季风型大陆性气候，年平均气温１２．７℃，年平均降水量６０９ｍｍ。
１．２ 试验材料
选择臭椿１年生裸根苗作为试验树种。采用法国ＳＮＦ公司生产的ＡＱＵＡＳＯＲＢ３００５ＫＭ保水剂，粒径０．３～１．０ｍｍ，其物理状态为颗粒状。盆栽土壤为河北省平山县试验区土壤（深度为０～２０ｃｍ混合土壤），风干过０．７５ｃｍ孔径筛子，去除杂质和石砾的土壤，用于盆栽试验；另外过１ｍｍ筛的风干土样用于室内试验测定最大吸湿量。试验用盆为塑料盆，规格为高３０ｃｍ，直径３２ｃｍ。
１．３ 试验方法
１．３．１ 盆栽试验 于２００８年４月开始，采用完全随机化设计，每盆用风干土壤１２ｋｇ，
保水剂按施入量占风干土质量比例的０．０２５％、０．０５０％、０．１００％、０．１５０％、０．２００％施入，以不施保水剂为对照（ＣＫ），每处理５株重复，共３０盆。施入方法是将保水剂吸水３０ｍｉｎ后，所得凝胶与土混匀，一部分凝胶施在盆的底部，待苗木用土固定后，把余下的凝胶施在苗木根部周围，然后填土，再浇水５ｋｇ，最后随机排列摆放。于２００８年４月２６日栽种。为了使苗木恢复到正常生长，在恢复期间根据天气、土壤及苗木状况，间隔一定天数的１８：００给每株苗补充相同量的水。于当年９月１日对各处理浇水５ｋｇ后，停止浇水，使苗木遭受干旱胁迫，至９月１６日控水结束。为避免控水期间天然降雨的影响，在盆栽试验场上方布设防雨棚（长８ｍ、宽６ｍ、高２ｍ），每天傍晚或降雨前用塑料布盖好，待翌晨或雨后将塑料布收起。
１．３．２ 室内试验 将不同量的ＡＱＵＡＳＯＲＢ３００５ＫＭ保水剂与过１ｍｍ筛的风干土样混合共５种处理，分别是保水剂按占风干土质量的比例为０．０２５％、０．０５０％、０．１００％、０．１５０％和０．２００％，不施保水剂为对照（ＣＫ），用饱和硫酸钾法测定各处理土壤的最大吸湿量［１０］。
１．４ 项目测定
１．４．１ 土壤含水量的测定 采用铝盒烘干法［１１］，在控水期间，用取土钻采集２０ｃｍ处的土壤测定。
１．４．２ 苗木生长及生物量的测定 地径采用游标卡尺测量。苗木生物量在控水结束后测定，每处理随机选３株，保存根系的完整，带回实验室，用水冲净，测量侧根数、侧根长，之后将苗木于１０５℃烘箱中杀青１５ｍｉｎ，８０℃烘干至恒重，称取苗木总干质量、根质量、地上部分干质量，计算根冠比。
１．４．３ 光合作用指标的测定 采用美国ＬＩ－ＣＯＲ公司生产的ＬＩ－６４００型便携式光合作用分析系统测定。在控水期间（９月１—１６日）选晴朗天气，选取标准木树冠中部上的叶片，分南、北方向各测３次重复。每天０８：００—１８：００测定净光合速率、气孔导度、蒸腾速率等日变化，每２ｈ测定１次。
１．４．４ 土壤最大吸湿量测定及土壤凋萎系数 采用饱和硫酸钾法测定各处理土壤的最大吸湿量后，利用公式计算凋萎系数［１２］：凋萎系数＝最大吸湿量×１．３４。
１．５ 数据分析
２ 结果与分析
２．１ 土壤含水量和凋萎系数
由表１可知，９月２—１６日，土壤含水量随着保水剂浓度的增加而提高。由于蒸散作用，土壤含水量变化趋势是随着控水时间的延长，各处理含水量逐渐下降。但可以看出，保水剂处理的土壤含水量比对照下降的缓慢，对照的含水量下降比较快。由表２可以看出，在９月１２日（控水的第１２天）臭椿对照的含水量是４．１２％，已经少于凋萎系数（对照土壤凋萎系数是４．２８％）。由表１、２可以看出，保水剂处理的土壤含水量都比各自的凋萎系数大，直到控水结束时，大于０．１００％的保水剂用量比例的土壤含水量仍然比凋萎系数大。在整个试验过程中，保水剂浓度高的处理土壤含水量始终高于保水剂浓度低的处理。
２．２ 不同浓度保水剂对苗木生长及生物量的影响
由表３可以看出，不同浓度保水剂盆栽臭椿幼苗生长量集中在０．１３～０．１５ｃｍ范围内，经方差分析，Ｆ＝１．３３３＜Ｆ０．０５（５，２４）＝２．６２１，表明不同浓度保水剂处理后的地径生长量差异不显著。
使用保水剂后，苗木根系与对照相比产生极显著差异，使用了保水剂的臭椿侧根长度和侧根数目高于对照。在保水剂浓度０％～０．１００％范围内，随着浓度的增加，臭椿苗木的侧根长和侧根数增加，保水剂浓度０．１００％表现最好，侧根长度最长为１５．１５ｃｍ，侧根数为９．３３条；但是保水剂浓度超过０．１００％后，即在０．１００％～０．２００％范围内，随着浓度的增加，臭椿苗木的侧根长和侧根数反而下降。
由表３还可知，施用了保水剂后臭椿干质量生物量均高于对照，而且干质量的各项指标均达到极显著的差异。总干质量生物量在浓度０．１００％时最高，平均值为６９．４０ｇ，其次为０．０５０％，平均值６８．９６ｇ，这２种处理之间无显著差异，但二者处理的结果极显著高于其它浓度和对照处理的结果。根系的干质量最高为０．１００％处理，其次为０．０５０％处理，这２种处理之间无显著差异，但这２种浓度处理后的臭椿根干质量极显著高于其它处理。地上部分干质量以０．０５０％处理最高，平均值为３４．９２ｇ，其次为０．１００％处理，平均值为３４．１５ｇ，浓度０．０５０％、０．１００％处理的结果无显著差异；根冠比的统计结果表明，浓度０．０５０％、０．１００％、０．１５０％３种处理间根冠比无显著差异，但３种处理的结果极显著高于其它处理，其中０．１００％处理的结果最高，根冠比达１．０３。浓度０～０．１００％范围内，随着浓度的增加，除了地上部分干质量外，各处理的干质量均呈增加的趋势，而０．１００％～０．２００％范围内，随着保水剂浓度的增加，干质量生物量的各项指标均呈下降的趋势。
研究结果表明，除地径生长量外，不同浓度的保水剂对臭椿幼苗的侧根长度、侧根数、总干质量、根系干质量、地上部分干质量、根冠比的影响产生了极显著的差异。从提高臭椿幼苗的根系生长及幼苗的生物量的角度来看，臭椿幼苗使用保水剂的浓度以０．１００％效果最好，其次为０．０５０％。
２．３ 保水剂对臭椿幼苗光合特性的影响
２．３．１ 净光合速率（Ｐｎ）变化 由图１可知，添加了不同浓度的保水剂后，臭椿幼苗净光合速率均高于对照，表明保水剂可提高臭椿幼苗的净光合速率。从图１臭椿净光合速率日变化进程中可以看出，不同处理的臭椿净光合速率日变化趋势基本一致，即净光合速率从早晨开始逐渐上升，峰值出现在１０：００，１２：００降到一个低谷，午后又有所回升，１４：００出现峰值，而后又下降。这与张德奇等［１３］的研究结果一致。各处理净光合速率日变化存在“午休现象”，保水剂的使用，可以使臭椿幼苗光合“午休现象”有所减缓，并一定程度提高了净光合速率，在９月１４日，不同处理之间臭椿苗的净光合速率日变化有明显差异，浓度０．１００％、０．１５０％和０．２００％明显大于ＣＫ、０．０２５％和０．０５０％。０．１００％、０．１５０％和０．２００％净光合速率相对比较接近，而ＣＫ、０．０２５％和０．０５０％净光合速率非常接近。当浓度从ＣＫ增加到０．１００％时，净光合速率明显提高；而浓度从０．１００％增加到０．２００％，虽然净光合速率也有提高，但是没有从ＣＫ增加到０．１００％明显。在９月１６日，不同处理臭椿的净光合速率下降明显，不同处理之间幼苗的净光合速率日变化与９月１４日相同。说明由于土壤含水量的降低，导致了净光合速率下降。
２．３．２ 蒸腾速率（Ｔｒ）变化 从图２可以看出，在９月１４日，不同处理间的臭椿苗木蒸腾速率日变化有一定的差异，其中０．２００％和０．１００％浓度处理的蒸腾速率最高，而其它处理与对照蒸腾速率相对接近。在９月１６日，仍以０．２００％和０．１００％浓度处理的蒸腾速率最高，而其余的处理与对照蒸腾速率更加接近。研究还表明，１２：００后，臭椿叶片的蒸腾速率均呈持续下降趋势。
２．３．３ 气孔导度（Ｇｓ）变化 由图３可知，随着土壤含水量的下降，各处理气孔导度也下降，仍以０．２００％和０．１００％浓度处理的为最高，而其余的处理与对照气孔导度更加接近。
综上所述，不同浓度保水剂会明显影响臭椿苗木的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。臭椿处理浓度为０．１００％、０．１５０％和０．２００％的净光合速率明显大于ＣＫ、０．０２５％和０．０５０％，０．２００％和０．１００％的蒸腾速率和气孔导度最高，而其余处理与对照相对接近。
３ 讨论不同浓度保水剂盆栽臭椿幼苗地径生长量差异不显著。可能因为种植时间短，而幼苗本身的生长量非常小，因而在短时间内没能看出明显差异，表明保水剂对臭椿的促进作用在生长初期不明显。这与刘方春等［１８］的研究结果一致。但与章岳涛等［１９］、周金池等［２０］、李兴等［２１］的研究结论并不完全吻合，其原因可能是试验的土壤不同，试验所使用的树种不同，生长上存在差异。
凋萎系数是作物开始永久凋萎时的土壤含水量，此时，土壤水分供应不足，植物细胞不能维持它的膨压，导致植物永久凋萎［１４］，凋萎系数是确定土壤有效含水量的一个重要指标。研究结果表明，施用保水剂可以提高土壤的含水量，这一结果与包刚等［６］、韩玉国等［１５］、张鸿雁等［１６］的研究一致。臭椿使用浓度大于０．１００％的保水剂可以保持土壤含水量高于凋萎系数，同时，随着保水剂浓度的增加，土壤含水量也呈上升的趋势。这与包刚等［６］、宋海燕等［１７］的研究结果一致。
不同浓度保水剂盆栽臭椿幼苗地径生长量差异不显著。可能因为种植时间短，而幼苗本身的生长量非常小，因而在短时间内没能看出明显差异，表明保水剂对臭椿的促进作用在生长初期不明显。这与刘方春等［１８］的研究结果一致。但与章岳涛等［１９］、周金池等［２０］、李兴等［２１］的研究结论并不完全吻合，其原因可能是试验的土壤不同，试验所使用的树种不同，生长上存在差异。
保水剂的使用可以提高臭椿的侧根长度和数目、提高臭椿的总干质量、地上部分生物量、根系生物量及根冠比，这与刘群等［２２］的研究结果一致，但使用的浓度不是越高越好。保水剂在浓度０～０．１００％范围内，随着浓度的增加，除了地上部分干质量外，臭椿苗木生长各项指标均呈增加的趋势，保水剂浓度０．１００％表现最好；但是保水剂浓度超过０．１００％后，即在０．１００％～０．２０％范围内，随着浓度的增加，臭椿苗木的侧根数目和长度、干质量生物量等各项指标均呈下降的趋势。因此保水剂用量过低，起不到应有的作用，而用量过高时，不仅会提高成本，而且会影响土壤通透性，影响植物根系生长和同化产物的积累，从臭椿促进根系生长及提高植物生物量的角度来看，保水剂的浓度以０．１００％最佳，其次为０．０５０％。
保水剂的使用可提高臭椿幼苗的净光合速率、叶片气孔导度和叶片蒸腾速率等，这与包刚等［６］、高天鹏等［２３］、马行等［２４］、李在军等［２５］的研究结果一致。不同浓度保水剂明显影响臭椿苗木的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。保水剂处理为０．１００％时，臭椿的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均较高，综合不同浓度保水剂对臭椿生长的研究表明，０．１００％浓度的保水剂可以提高臭椿叶片的光合性能，进而提高植株的生物量。