合肥市8種常見植物的水分利用效率

合肥市8種常見植物的水分利用效率

在我國，隨著城市化進程的加快，人們越來越關(guān)注自己居住區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，逐步形成共識，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)中的一個主要問題是植物材料的選擇和使用。選擇合適的樹種、進行合理的配置,在最大程度發(fā)揮景觀功能、生態(tài)效益的同時,更能有效地減少日常養(yǎng)護的投入,為此對城市常用樹種在生理生態(tài)水平上的深入了解無疑是十分重要的,而這一點恰恰是目前尚未深入研究的,特別是對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,通過人工灌溉是緩解樹木干旱脅迫的主要方法,但會導(dǎo)致城市綠地的用水量大大增加,這對我國絕大多數(shù)缺水的城市來說無疑是一個沉重的負擔,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)護的樹種,以及設(shè)計合理的灌溉方案,成為城市綠化建設(shè)的一項重要研究內(nèi)容,而這必須建立在對不同樹種的水分生理生態(tài)研究的基礎(chǔ)上。目前對樹木耗水研究主要在樹木個體以及林分群體耗水兩個層面。樹木個體耗水性指的是單位時間、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,因此可以用于評價和比較樹種之間的蒸騰耗水性。植物在通過氣孔開放吸收同化CO2的同時,不斷向外界蒸發(fā)水分,在很大程度上植物蒸騰作用的強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,植物就能通過氣孔與大氣實現(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?；谶@一理論,作者在合肥市選擇園林配置中經(jīng)常應(yīng)用的幾個常綠樹種,開展樹種耗水性能的比較研究。試圖通過實地觀測分析,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)護提供必要的參考。1一般試驗與研究方法1.1南果梨酒氣候特點合肥市為安徽省省會,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,被子植物屬148個。1.2觀測植株的選擇依據(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)作為研究對象,觀測地點在合肥市中心的杏花公園,所有觀測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)指標的測定采用美國Li-COR公司生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合作用測定儀,測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)和空氣相對濕度(RH,%)等。采取野外測定,在不同季節(jié)選擇晴朗無風(fēng)天氣進行測定;每株選擇冠層中部不同枝條上向陽、完全展開、無蟲咬與破損的成熟葉片3個標號作固定觀察。從8:00到18:00每隔1h測定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種喬木樹種的時平均蒸騰速率波動較大,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種喬木的氣孔對大氣濕度反映更為強烈,造成早上蒸騰速率較高。經(jīng)過一系列變化以后,在下午16:00時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)的時間變幅很大。而女貞和桂花在上午11:00和下午14:00時,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。實際上,一些農(nóng)作物在遇到水分虧缺時也表現(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,同時也表明這3個樹種水分疏導(dǎo)組織發(fā)達,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種植物的時平均蒸騰速率與時平均氣孔導(dǎo)度日進程(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)又稱瞬時蒸騰效率,用同化速率(A)與蒸騰速率(E)的比值來表示,它能準確反映植物葉片的瞬間或短期反應(yīng)行為。但是A和E可能隨時間、生長季節(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地反映較長時間和大尺度范圍內(nèi)如種群或群落水平上的WUE。盡管如此,由于A和E的值容易測定,并且能反映植物對外在環(huán)境的瞬時變化,多數(shù)文獻報道的WUE仍然是瞬時測定的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。計算可以得出8種植物年平均水分利用效率(μmol·mmol-1)的順序為: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,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基本一致。氣孔導(dǎo)度對環(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?？偟膩碚f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,同時也表明這幾種植物的水分輸導(dǎo)組織發(fā)達,當處在干旱環(huán)境下可能比其它植物更容易受到傷害。而廣玉蘭、石楠則較能節(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)