喀斯特次生林不同植物季節性干旱下的綠色度變異特征

李雪，張桂玲，羅緒強，3，4，袁忠秀，王紹英，趙文楷，馬浪

（1.貴州師范學院地理與資源學院，貴州 貴陽 550018；2.貴州師范學院化學與材料學院，貴州 貴陽 550018；3.中國科學院普定喀斯特生態系統觀測研究站，貴州 普定 562100；4.貴州省流域地理國情監測重點實驗室，貴州 貴陽 550018）

植物的綠色度即SPAD值，是表征葉綠素相對含量的指標［1－4］。SPAD值與葉綠素含量顯著相關，葉綠素含量高的植物綠色度（SPAD值）就高，綠色度的變化是葉綠素含量增減的外在表現［5－10］。葉綠素是植物吸收光能進行光合作用的物質基礎，是綠色植物光合能力和健康狀況的指示器［11－15］。植物葉綠素含量的高低直接影響著光合作用的強弱和體內有機質的合成，葉綠素含量增加，有助于植物捕獲更多的光能，增強光合能力，提高光能利用率和光合作用效能，有利于植物的健康生長與資源競爭［16－21］。

綠色度可用SPAD葉綠素儀測得，相對于傳統的分光光度法測定葉綠素絕對含量來說，該方法具有簡便、適時和無損檢測等特點［22－24］。近年來，綠色度已被廣泛用于植物生理生態監測和健康狀態評價等方面的研究，并取得了顯著成果［11，25－28］，但在喀斯特森林生態系統方面的研究還鮮見報道［24，29］。本研究以中國科學院普定喀斯特生態系統觀測研究站沙灣監測研究區次生林通量觀測站內的喀斯特次生林為例，在連續干旱背景下，對其中8種常見植物的葉片SPAD值（綠色度）進行了測定分析，旨在探討季節性干旱下喀斯特次生林不同樹種綠色度的變異特征及其影響因素，并為退化喀斯特植被恢復重建的植物選種和育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象

在普定次生林通量觀測站［30］通量塔下墊面的喀斯特次生林內選取樸樹（Celtis sinensis）、構樹（Broussonetia papyrifera）、梓樹（Catalpa ovata）、馬桑（Coriaria nepalensis）、石巖楓（Mallotus repandus）、厚果崖豆藤（Millettia pachycarpa）、鐵線蓮（Clematis florida）和木通（Akebia quinata）共8種常見植物為研究對象。其中，樸樹、構樹和梓樹是落葉喬木植物，馬桑和石巖楓是常綠灌木植物，厚果崖豆藤是常綠藤本植物，鐵線蓮和木通是落葉藤本植物。

1.2 試驗設計

每種植物選取3株長勢一致、樹齡相當、高度相當、無病蟲害的健康植株作為待測植株，共選取待測植株24株。在待測植株樹冠外圍的中上部，選擇春梢自上往下數第三片完全展開的成熟健康葉片作為測量葉片，掛牌標記。測定前，用蒸餾水將葉片噴洗干凈。測定時，保持葉片自然生長角度不變，同一葉片重復測量3次取平均值。

1.3 測定方法

在研究區連續15天（2019年9月13日至27日）多晴少雨（降雨量幾乎為0）背景下，于2019年9月28日（天氣晴好、無風）開展測試工作，自9時開始到17時結束，每間隔2 h測定1批次，共測定5批次。采用TYS－3N型植株養分速測儀（浙江托普儀器有限公司）測定植物綠色度（葉片SPAD值）［24，29］；植物葉片周圍的空氣溫度（Ta，℃）、相對濕度（RH，%）采用DT－321S型溫濕度測量儀（CEM深圳華盛昌機械實業有限公司）測定；光照強度（Li，klx）采用AS823型光照度計（香港希瑪儀表集團有限公司）測定。Ta、RH、Li均在距離待測葉面1 cm處測定，待測葉片均與測定SPAD值時的葉片一致，緊隨SPAD值測定完成之后進行。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel2010進行數據處理和作圖，采用IBM SPSSStatistics 19完成描述分析、方差分析和相關分析。

2 結果與分析

2.1 植物綠色度的日變化特征

從表1、表2可以看出，研究區常見植物綠色度的大小關系為馬桑＞厚果崖豆藤＞石巖楓＞梓樹＞構樹＞樸樹＞木通＞鐵線蓮，葉片SPAD值日間主要在13.88～66.21之間變化。綠色度日變化中，樸樹、構樹、石巖楓和木通的變化趨勢一致，馬桑和厚果崖豆藤的變化趨勢一致。樸樹、構樹、石巖楓、木通、梓樹和鐵線蓮的綠色度均在13時達到最高，而馬桑和厚果崖豆藤的綠色度均在11時達到最高；樸樹、構樹、石巖楓、木通、馬桑和厚果崖豆藤的綠色度均在15時最低，而梓樹的綠色度在9時最低，鐵線蓮的綠色度在17時降到最低。方差分析結果（表2）表明，研究區8種常見植物的綠色度日變化存在顯著差異（P＜0.05）。

表1 研究區常見植物葉片SPAD值的總體特征（n＝15）

表2 植物葉片SPAD值的日變化特征（n＝3；平均值±標準偏差）

2.2 植物綠色度的種間差異特征

表2表明，研究區8種常見植物的綠色度在一天中相同時點間的差異均不顯著（P＞0.05）。8種常見植物葉片的SPAD值9、11、13、15時和17時分別在20.95～26.13、17.41～60.51、53.78～58.69、17.21～22.98和17.07～34.68之間變化。研究區植物的綠色度在9、11、13時和17時均以馬桑最高，11、13時和17時均以鐵線蓮最低，9時以梓樹最低，而15時則以梓樹最高、厚果崖豆藤最低。

2.3 不同生活型植物綠色度的差異

從圖1可以看出，研究區植物的綠色度在一天中除15時外均以灌木植物最高，除9時外均以藤本植物最低。11、13時和17時均表現為灌木＞喬木＞藤本，9時表現為灌木＞藤本＞喬木，而在15時則表現為喬木＞灌木＞藤本。不同生活型植物的綠色度差異除9時外均不顯著（P＞0.05），9時，灌木植物與喬木植物的綠色度有顯著差異（P＜0.05）。

圖1 喬木、灌木、藤本的SPAD值差異

從圖2可以看出，除15時外，研究區植物的綠色度在一天中均表現出常綠植物＞落葉植物，而在15時則表現為落葉植物＞常綠植物。常綠植物與落葉植物的綠色度在9、11時和17時均表現出顯著差異。

圖2 常綠植物、落葉植物的SPAD值差異

2.4 植物綠色度與環境因子的相關性

從表3可以看出，研究區不同種植物的綠色度受環境因子的影響程度不同。其中，馬桑的綠色度受空氣溫度和相對濕度的影響均較大，其葉片SPAD值與空氣溫度表現出顯著正相關關系，與相對濕度表現出顯著負相關關系（P＜0.05），說明馬桑的綠色度會隨著空氣溫度的升高而升高，隨著相對濕度的增大而降低。構樹、梓樹和厚果崖豆藤的綠色度受相對濕度的影響也較大，其葉片SPAD值與相對濕度均表現出顯著或極顯著的負相關關系，說明構樹、梓樹和厚果崖豆藤的綠色度均會隨著相對濕度的增大而降低。研究區常見植物的綠色度與光照強度之間既有正相關也有負相關關系，但相關性均不顯著（P＞0.05）。

表3 植物葉片SPAD值與環境因子的皮爾遜相關系數（n＝15）

2.5 物種和環境因素對植物綠色度的交互影響

為了解物種和環境因素對研究區植物綠色度的交互影響，以物種（植物自身遺傳因素）和測試時間（光照、空氣溫度、相對濕度等環境因素）為控制變量，植物葉片SPAD值為觀測變量建立固定效應飽和模型進行多因素方差分析。結果（表4）表明，研究區植物的綠色度受自身遺傳因素和環境因素的交互影響不顯著（P＞0.05）。同時，從多因素方差模型對觀測變量數據的總體擬合程度來看，擬合效果并不理想（R2＝0.811，調整的R2＝0.719），說明研究區植物的綠色度可能還受本研究未監測的諸如氮含量等因素的影響。

表4 物種和環境因素對植物葉片SPAD值交互影響的方差分析

3 討論與結論

植物的綠色度主要受自身遺傳因素和生境條件的影響［18，31，32］。生境條件中，光照和溫度對植物綠色度的影響較大。已有研究證實，弱光環境和適宜的溫度對植物綠色度均有促進作用，但過強的光照度、過高或者過低的溫度都有可能使其綠色度降低［5，16，19，33，34］。本研究結果表明，喀斯特次生林在遭遇季節性連續干旱后，常見植物的綠色度以馬桑最高，鐵線蓮最低。同種植物的綠色度日間變化存在顯著差異，但不同種植物在一天中相同時點的綠色度無顯著差異。灌木植物和常綠植物的綠色度普遍較高，藤本植物和落葉植物的綠色度普遍較低。大部分植物的綠色度在13時達到最高，15時降到最低。季節性連續干旱背景下，喀斯特次生林常見植物的綠色度受空氣溫度和相對濕度的影響較為顯著，而物種因素和光照強度的影響并不顯著，物種因素與環境因素對研究區植物的綠色度沒有產生顯著的交互影響。