5种石楠属植物引种的越冬适应性研究

5种石楠属植物引种的越冬适应性研究

石南属植物系蔷薇科、多年生落叶树、小树和灌木。其中,石楠(P.serrulata)、椤木石楠(P.davidsoniae)、红叶石楠(P.×fraseri)等常绿树种是目前市场上广受欢迎的彩色苗木种类,但由于石楠属植物中许多种类耐寒性较弱,在山东大部分地区受冬季低温影响而不能过冬,大大限制了其栽培的范围,导致其在山东城市绿化中不能大范围推广。笔者对引种到济南市长清区苗圃、兖州市林业科学研究所和临沂市罗庄区绿化研究所3个试验地的5种石楠属植物,进行越冬期间植物外部形态冻害观察和电导法的测定,比较各树种间抗寒性的强弱和差异,以期为今后往北引种预测、筛选及其栽培和应用提供科学依据。1材料和方法1.1不同气候、不同种植密度的石楠属植物山东省济南市长清区苗圃试验地(117°00′E,36°40′N),属暖温带大陆性季风气候区,年平均气温14℃,冬季极端最低温-19.1℃,年平均降雨量650~700mm。山东省兖州市林业科学研究所兴隆庄镇试验地(115°54′~117°06′E,34°25′~35°55′N),属暖温带大陆性季风气候区,年平均气温为13.3~14.1℃,冬季极端最低温-17.5℃,年平均降水量597~820mm。山东省临沂市罗庄区绿化研究所试验地(117°24′~119°11′E,34°22′~36°22′N),属暖温带大陆性季风气候区,年平均气温13℃,冬季极端最低温-16.2℃,年平均降雨量687~880mm。供试用的植物材料均为石楠属植物中的常绿植物种类,且为2年生扦插苗。于2006年4月8日引入试验地,其中石楠、椤木石楠、红罗宾(P.×fraseri‘RedRobin’)引自常州市夏溪镇,鲁宾斯(P.glabravar.Robens)引自南京市栖霞区,金红(P.×fraseri‘JinHong’)引自临沂市罗庄区。1.2试验研究(1)冻害指数测定自2006年11月初开始,至2007年3月底,配合气温变化对3个试验地石楠属植物进行露地越冬冻害程度的动态观察与记录,根据冻害表现,制定冻害程度标准,计算冻害指数。苗木冻害观测级别:0级,基本无冻害;Ⅰ级,10%~15%叶缘受冻或嫩叶发黄、变褐卷缩;Ⅱ级,20%~25%叶受冻;Ⅲ级,40%~50%叶受冻或个别顶梢受冻,皮层皱缩;Ⅳ级,70%以上叶受冻或主梢1/3~1/2冻枯;Ⅴ级,地上部分冻枯至死亡。冻害指数=Ν∑j=1njxi/(Ν⋅Xmax)×100％,式中:i为冻害级得分值,分别赋予0,1,2,3,4,5;n为相应级别的观测植株数;N为总株数,分别为j=1,2,3,…,N,Xmax=5。(2)温度对叶片电导率的影响试验于2006年11月至2007年2月进行。均选择生长健康植株上1年生枝条进行采样。取1年生枝条上叶位处于倒2、倒3的叶片,利用海尔BCD-238K型程控冰箱进行处理,设-3℃、-7℃、-11℃、-15℃、-19℃、-23℃共6个温度梯度,以-3℃作为处理对照。将需要处理的材料置于2℃的冰箱预冷24h,再从2℃开始降温,每2℃之间降温需要10min,到达设定温度时停留1h,取出一组样品置于2℃冰箱中解冻,然后继续降温。即从2℃降至-3℃,在-3℃停留1h,取出第1组样品,其余继续降温至-7℃,依此类推,直至降温至-23℃为止。用电导法进行测定分3个步骤:①称取不同植物材料的叶片各0.3g,重复3次;②将处理好的材料放入盛有20mL蒸馏水的烧杯中,每半小时震荡1次,静置10~12h后,用雷磁DDS-237电导仪测定电导率;③然后再放入沸水浴中煮20min,置于室温条件下,待自然冷却后测其煮沸电导率。相对电导率=浸泡液电导率值/煮沸后电导率值×100%。对叶片组织在不同低温处理下的相对电导率随温度的变化用Logistic方程Y=k/(1+ae-bx)拟合,求其方程的二阶导数,并令其为零,则可获得曲线的拐点X,即X=(lna)/b,即为LT50。在此点,低温对电导率的递增效应最大,表明其半致死温度最低,即该树种抗寒性最强。2结果与分析2.17年1月5日不同树种叶片冻害情况第1次观测日期为2006年11月7日,3个试验地最低气温保持在4~5℃,均未有冻害发生。进入12月,气温降到0℃以下,12月11日开始回升到0℃以上,直至12月17日,3个试验地同时出现大幅度持续降温,降幅最大为8℃,树种开始进入低温适应期。第2次观测时期为2006年12月17日,在温度降幅最大的长清区试验地,椤木石楠的顶梢叶片出现发黄、变褐现象,其他树种无冻害的发生;另两地均未有冻害发生。第3次观测日期为2007年1月5日(表1),济南市长清区、兖州市兴隆庄镇、临沂市罗庄区3个试验地最低气温分别为-6℃、-6℃、-4℃,日平均气温在-3.5~-0.5℃,观测日发现植株上覆盖有霜冻,只有个别植株的新梢受冻,表现为顶梢叶片卷缩、干枯,以椤木石楠表现最为明显;而在临沂市罗庄区试验地表现为各树种有不同程度的叶缘受冻。第4次观测日期为2007年2月3日,是气温又回升的时期,平均气温由-0.5℃上升到4℃。发现3个试验地各树种均出现不同程度的冻害,在济南市长清区试验地,以椤木石楠冻害最为严重,叶片大面积失绿发白、干枯等,当年生枝条也有较大程度的冻害,有些新梢已经冻枯,其次为石楠、金红,而红罗宾和鲁宾斯除了新梢叶片出现冻枯外,叶片也出现大量的褐斑;在兖州市试验地,同样存在以上冻害现象;而在临沂市罗庄区试验地,各树种叶片主要表现为不同程度的褐斑,有些植株的主梢受冻,以椤木石楠和金红表现明显。第5次观测日期为2007年3月16日,经历了几次春潮后,植株冻害最为明显。在长清区试验地,有大范围的冻害,整体表现为叶片大面积干枯,主枝部分冻枯,甚至主干受冻,椤木石楠冻害最严重,其次为石楠、金红、红罗宾、鲁宾斯;在兖州市兴隆庄镇试验地,同样以椤木石楠冻害最明显,表现为叶片大面积发黄、干枯,主枝出现部分冻枯,石楠、红罗宾也出现主枝受冻;在临沂市罗庄区试验地各树种叶片出现大范围褐斑甚至干枯。表1为以冻害指数表示的冻害调查结果。2.2各树种按半致死温度排序低温胁迫下,植物营养组织细胞相对电导率与温度之间的关系呈S形曲线,与Logistic方程Y=k/(1+ae-bx)具有较好的拟合度。将2006年11月与2007年2月两次采样期间的相对电导率进行数据分析,根据刘祖祺的计算方法,求出Logistic方程各参数(a、b、k)、LT50及拟合度(R2),结果见表2。由2006年11月的测定结果看出,在济南市长清区试验地,各树种按半致死温度高低排序依次为:椤木石楠(-12.08℃)、石楠(-14.89℃)、金红(-14.2℃)、红罗宾(-16.1℃)、鲁宾斯(-19.8℃);在兖州市试验地,各树种按半致死温度高低排序依次为:椤木石楠(-7.7℃)、石楠(-9.7℃)、金红(-10.3℃)、红罗宾(-11.3℃)、鲁宾斯(-11.9℃);在临沂市罗庄区试验地,各树种按半致死温度高低排序依次为:椤木石楠(-7.3℃)、石楠(-7.7℃)、金红(-8.0℃)、鲁宾斯(-8.1℃)、红罗宾(-9.5℃)(表2)。由2007年2月的测定结果看出,在长清区试验地,各树种按半致死温度高低排序依次为:椤木石楠(-10.9℃)、金红(-11.1℃)、鲁宾斯(-11.4℃)、石楠(-11.6℃)、红罗宾(-12.2℃);在兖州市试验地,各树种按半致死温度高低排序依次为:椤木石楠(-10.9℃)、石楠(-11.3℃)、金红(-11.8℃)、红罗宾(-15.9℃)、鲁宾斯(-19.6℃);在临沂市罗庄区试验地,各树种按半致死温度高低排序依次为:椤木石楠(-10.0℃)、石楠(-11.3℃)、金红(-12.5℃)、鲁宾斯(-13.7℃)、红罗宾(-16.5℃)。以兖州市为例,由2006年11月与2007年2月两次采样来看,2月各树种间叶片的半致死温度比11月都有很大程度的降低,表明植物的抗寒性增强,并且各树种间的排序没有发生变化(表2)。3各树种抗寒力的基本特征比较(1)通过对3个试验地5种石楠属植物越冬适应性的观察,发现整个越冬过程中,以春季的寒潮期间植物冻害最为严重,表明春寒降温幅度与持续时间对树种的耐寒性有直接的影响。由冻害记录观测结果,经冻害指数计算,得出长清区和兖州市两试验地各树种抗寒力由强到弱顺序均为:鲁宾斯、红罗宾、金红、石楠、椤木石楠;而临沂市罗庄区试验地各树种抗寒力由强到弱依次为:红罗宾、鲁宾斯、金红、石楠、椤木石楠。(2)通过设定不同温度处理,根据离体叶片的相对电导率拟合Logistic方程可看出叶片的相对电导率与Logistic方程具有较好的拟合度。结合两次采样求得的半致死温度,可以看出LT50值逐渐变小,即耐低温的能力逐渐加强。这与在许多植物上的研究相一致,可见植物对低温的抵抗是一个适应性锻炼的过程。(3)3个试验地各树种间半致死温度高低排序与越冬适应性观察结