合肥市8種常見(jiàn)植物的水分利用效率

合肥市8種常見(jiàn)植物的水分利用效率

在我國(guó)，隨著城市化進(jìn)程的加快，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注自己居住區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，逐步形成共識(shí)，即增加城市綠地是改善環(huán)境、提高生活質(zhì)量的重要舉措。因此，城市綠化建設(shè)的投資日益增加。城市綠化建設(shè)中的一個(gè)主要問(wèn)題是植物材料的選擇和使用。選擇合適的樹種、進(jìn)行合理的配置,在最大程度發(fā)揮景觀功能、生態(tài)效益的同時(shí),更能有效地減少日常養(yǎng)護(hù)的投入,為此對(duì)城市常用樹種在生理生態(tài)水平上的深入了解無(wú)疑是十分重要的,而這一點(diǎn)恰恰是目前尚未深入研究的,特別是對(duì)樹種水分生理的研究。在樹種的選擇上,除了選擇耐旱樹種外,通過(guò)人工灌溉是緩解樹木干旱脅迫的主要方法,但會(huì)導(dǎo)致城市綠地的用水量大大增加,這對(duì)我國(guó)絕大多數(shù)缺水的城市來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān),因此選擇景觀效果好、生態(tài)作用大,但需水量少、不需要特殊養(yǎng)護(hù)的樹種,以及設(shè)計(jì)合理的灌溉方案,成為城市綠化建設(shè)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容,而這必須建立在對(duì)不同樹種的水分生理生態(tài)研究的基礎(chǔ)上。目前對(duì)樹木耗水研究主要在樹木個(gè)體以及林分群體耗水兩個(gè)層面。樹木個(gè)體耗水性指的是單位時(shí)間、單位樹冠葉面積(單位樹冠投影面積、單位樹干邊材面積)的蒸騰耗水量。研究表明,在相同的環(huán)境條件下,樹木耗水量是僅僅與樹種遺傳性狀密切相關(guān)的指標(biāo),因此可以用于評(píng)價(jià)和比較樹種之間的蒸騰耗水性。植物在通過(guò)氣孔開放吸收同化CO2的同時(shí),不斷向外界蒸發(fā)水分,在很大程度上植物蒸騰作用的強(qiáng)弱取決于土壤提供水分的能力。只要水分供應(yīng)能保證植物的蒸騰作用,氣孔導(dǎo)度維持在正常水平,植物就能通過(guò)氣孔與大氣實(shí)現(xiàn)氣體交換,因此蒸騰速率是植物水分狀況最重要的生理指標(biāo)?；谶@一理論,作者在合肥市選擇園林配置中經(jīng)常應(yīng)用的幾個(gè)常綠樹種,開展樹種耗水性能的比較研究。試圖通過(guò)實(shí)地觀測(cè)分析,比較不同樹種的蒸騰速率和水分利用效率之間的差異,為實(shí)現(xiàn)城市綠化樹種在水分利用基礎(chǔ)上的選擇、配置、養(yǎng)護(hù)提供必要的參考。1一般試驗(yàn)與研究方法1.1南果梨酒氣候特點(diǎn)合肥市為安徽省省會(huì),位于江淮丘陵,東經(jīng)117°11′～117°22′,北緯31°48′～31°58′,屬于北亞熱帶氣候,四季分明,氣候溫和,雨量適中,春溫多變,秋高氣爽,梅雨顯著,夏雨集中。年平均氣溫15.7℃,降雨量1000mm,日照2100h。據(jù)調(diào)查,合肥城市范圍地帶性植被為落葉與常綠闊葉混交林,有450余種木本植物分屬于73科170屬,其中裸子植物屬22個(gè),被子植物屬148個(gè)。1.2觀測(cè)植株的選擇依據(jù)前人關(guān)于合肥城市森林樹種組成結(jié)構(gòu)的研究,選擇合肥最常見(jiàn)的8種常綠樹種,女貞(Ligustrumlucidum)、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)、香樟(Cinnamomumcamphora)、石楠(Photiniaserrulata)、桂花(Osmanthusfragrans)、海桐(Pittosporumtobira)、欏木石楠(Photiniadavidisoniae)和大葉黃楊(Euonymusjaponicus)作為研究對(duì)象,觀測(cè)地點(diǎn)在合肥市中心的杏花公園,所有觀測(cè)植株均處于全光照條件,具有基本相同的土壤條件。1.3形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定采用美國(guó)Li-COR公司生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合作用測(cè)定儀,測(cè)定葉片的凈光合速率(Pn,μmol·m-2·s-1)、蒸騰速率(Tr,mmol·m-2·s-1)、胞間CO2濃度(Ci,μmol·mol-1)、氣孔導(dǎo)度(Cond,mol·m-2·s-1)、大氣CO2濃度(CO2,μmol·mol-1)、氣溫(Tair,℃)、葉溫(Tleaf,℃)、光合有效輻射(PAR,μmol·m-2·s-1)和空氣相對(duì)濕度(RH,%)等。采取野外測(cè)定,在不同季節(jié)選擇晴朗無(wú)風(fēng)天氣進(jìn)行測(cè)定;每株選擇冠層中部不同枝條上向陽(yáng)、完全展開、無(wú)蟲咬與破損的成熟葉片3個(gè)標(biāo)號(hào)作固定觀察。從8:00到18:00每隔1h測(cè)定1次。2結(jié)果與分析2.1蒸騰速率的日變化由圖1和圖2可看出,就蒸騰速率日變化格局而言,4種喬木樹種的時(shí)平均蒸騰速率波動(dòng)較大,最大幅度為3.51～0.91mmol·m-2·s-1,且在早晨的蒸騰速率相對(duì)較高,這可能是由于早間的輻射較低而空氣濕度較高,這4種喬木的氣孔對(duì)大氣濕度反映更為強(qiáng)烈,造成早上蒸騰速率較高。經(jīng)過(guò)一系列變化以后,在下午16:00時(shí)之后由于光照不足等因素影響,氣孔逐漸關(guān)閉,蒸騰速率逐漸減弱,直至達(dá)到最低值,且多數(shù)樹種變化曲線一般為單峰型,所以這些樹種可歸入非蒸騰午休型。不同樹種日蒸騰峰值出現(xiàn)的時(shí)間變幅很大。而女貞和桂花在上午11:00和下午14:00時(shí),蒸騰速率都有不同程度的下降,即出現(xiàn)了輕微的“蒸騰午休現(xiàn)象”,這可能是由于水分虧缺所引起的氣孔關(guān)閉造成的。實(shí)際上,一些農(nóng)作物在遇到水分虧缺時(shí)也表現(xiàn)出不同程度的蒸騰午休現(xiàn)象。蒸騰速率日均值(mmol·m-2·s-1)以女貞最高(2.244),以后依次為香樟(1.469)>海桐(1.408)>欏木石楠(1.383)>大葉黃楊(1.382)>桂花(1.087)>廣玉蘭(0.918)>石楠(0.916)。這表明在相同環(huán)境下,前3種樹種比其它樹種消耗更多的水分,同時(shí)也表明這3個(gè)樹種水分疏導(dǎo)組織發(fā)達(dá),在干旱脅迫環(huán)境下可能比其它樹種更容易受到傷害。由8種植物的時(shí)平均蒸騰速率與時(shí)平均氣孔導(dǎo)度日進(jìn)程(圖1～圖4)可以看出,女貞的Cond1d變化幅度不明顯,與其Tr存在著明顯的差異,說(shuō)明女貞的蒸騰速率受氣孔限制不是很明顯,其他樹種的Tr和Cond的日變化趨勢(shì)類似,隨著光照和氣溫的增加,氣孔出現(xiàn)不同程度的關(guān)閉,蒸騰速率也隨之降低。2.2種植物古環(huán)境分析結(jié)果從生理意義上定義葉片水分利用效率(WUE)又稱瞬時(shí)蒸騰效率,用同化速率(A)與蒸騰速率(E)的比值來(lái)表示,它能準(zhǔn)確反映植物葉片的瞬間或短期反應(yīng)行為。但是A和E可能隨時(shí)間、生長(zhǎng)季節(jié)和外界環(huán)境條件的變化而改變,因此這種方法很難真實(shí)地反映較長(zhǎng)時(shí)間和大尺度范圍內(nèi)如種群或群落水平上的WUE。盡管如此,由于A和E的值容易測(cè)定,并且能反映植物對(duì)外在環(huán)境的瞬時(shí)變化,多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的WUE仍然是瞬時(shí)測(cè)定的A/E值。從8種植物的WUE在不同季節(jié)的日變化(圖5～圖12)可以看出,WUE與光照日變化趨勢(shì)具有顯著相關(guān)性,且峰值主要出現(xiàn)在上午9:00左右和下午16:00左右,僅有少數(shù)出現(xiàn)在中午。由圖還可以看出,8種植物的WUE季節(jié)變化趨勢(shì)具有一定的差異,其中,春季、秋季W(wǎng)UE都呈明顯的單峰曲線,變化幅度相對(duì)比較平緩,而在冬季、夏季則呈雙峰曲線,且變幅較大。比較4個(gè)季節(jié)WUE的大小可知,夏季W(wǎng)UE明顯高于其他季節(jié),且谷峰值相差明顯,以欏木石楠為例,夏季的第一峰值出現(xiàn)在上午8:00,高達(dá)22.38μmol·mmol-1,第二峰值出現(xiàn)在下午16:00,為19.72μmol·mmol-1,是第一峰值的88.11%,谷值出現(xiàn)在中午12:00,為1.602μmol·mmol-1,是第一峰值的7.16%,差異非常明顯。夏季W(wǎng)UE高是植物能夠適應(yīng)夏季的高輻射與高溫條件的主要原因之一。計(jì)算可以得出8種植物年平均水分利用效率(μmol·mmol-1)的順序?yàn)?廣玉蘭(5.864)>石楠(4.187)>欏木石楠(3.869)>女貞(3.325)>桂花(3.215)>海桐(2.974)>香樟(2.636)>大葉黃楊(2.581)。結(jié)果表明,消耗等量水分的廣玉蘭、石楠、欏木石楠能固定更多的CO2,即具有較高的水分利用效率,它們即使處于水分條件較差的立地環(huán)境也能保持一定的生長(zhǎng),在節(jié)水型城市森林的構(gòu)建中是較好的樹種選擇。海桐、香樟、大葉黃楊是相對(duì)耗水的植物。研究發(fā)現(xiàn)影響植物水分利用效率(WUE)的外界因子有很多,空氣溫度、光照、水分、濕度、葉溫、飽和差、CO2、干旱、降溫等均對(duì)植物水分利用效率有不同程度的影響。植物內(nèi)在因子如氣孔導(dǎo)度、溫度、光合速率、飽和蒸汽壓和光合有效輻射也不同程度地影響著水分利用效率。植物水分利用效率不僅受內(nèi)外因子的影響,而且還與其遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)有密切關(guān)系。許多品種間存在WUE差異,而且這種品種間的差異是一個(gè)穩(wěn)定的遺傳性狀,在不同環(huán)境條件下具有穩(wěn)定的表現(xiàn)。這使得通過(guò)品種選育提高植物WUE效率成為可能,也為半干旱條件下栽植樹木提供了除補(bǔ)充灌溉外的另一條途徑。3生物處理技術(shù)在城市綠地中的應(yīng)用各因子的影響綜合分析8種植物葉片測(cè)定結(jié)果可以得出以下初步結(jié)論:(1)各樹種除女貞外氣孔導(dǎo)度日變化與它們蒸騰速率的日變化的變化趨勢(shì)基本一致。氣孔導(dǎo)度對(duì)環(huán)境因子的變化十分敏感,凡是影響植物光合作用和葉片水分狀況的各種因子都有可能對(duì)氣孔導(dǎo)度造成影響,其大小受光照、溫度、濕度、光合有效輻射等多種因子的影響。(2)各種植物均能以不同的方式調(diào)節(jié)氣孔開閉以控制植物體的水分蒸騰?？偟膩?lái)說(shuō)女貞、香樟、海桐具有較高的蒸騰速率,在相同的條件下消耗更多的水分,同時(shí)也表明這幾種植物的水分輸導(dǎo)組織發(fā)達(dá),當(dāng)處在干旱環(huán)境下可能比其它植物更容易受到傷害。而廣玉蘭、石楠?jiǎng)t較能節(jié)約用水,更能適應(yīng)干旱環(huán)境,在城市綠地的建設(shè)中可以較多的應(yīng)用。(3)