热带环境中观赏灌木生长和保水的护根效益

欧莱芬^＊以及Mohd Lokman Mohd Yusof

城市绿化中心生态国家公园委员会，新加坡植物园，克伦尼路，新加坡

*通讯作者:: 黎芬嗷
城市绿化中心生态国家公园委员会，新加坡植物园，1克伦尼路，新加坡
电话:+ 65-6-462-6960。
电子邮件: (电子邮件保护)

收到:26/03/2018接受:29/03/2018发表:03/04/2018

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摘要

在砂壤土上进行了田间试验土壤评价覆盖和无覆盖条件下4种灌木土壤水分状况。植物覆盖处理改善了土壤水分状况，不覆盖处理显著降低了所有四种测试物种的生长性能。通过相对含水量和叶片水势评估，植物水分状况在覆盖表明需要较少水或减少灌溉频率的条件下良好。施用地膜时比叶重和干生物量显著增加。在有地膜的条件下，即使在干旱时期，也观察到波动有限的最佳土壤和热环境。因此，得出的结论是，覆盖将有利于这里所评估的物种，因为它能够保持更好的土壤和植物水分状态，从而促进生长。

关键字

覆盖，土壤温度，土壤水分状况，植物水分状况，根长密度。

简介

覆盖在保存水分和提高植物生长和生产力方面的好处以前已经有报道，但主要是在作物上[1-8］．护根物具有控制杂草生长、保持土壤水分和减少灌溉频率的潜力[9-12］．在干旱时期，保存的水分已被证明对植物有益[13］．

本研究的意义在于对地膜应用相关的生长属性的认识不足和量化不足。此外，很少有人知道覆盖物对观赏灌木的影响。青三角梅，鸢尾花，膜花和木香woodsonii在这项研究中对Maas进行了测试。这些灌木在城市中广泛生长。它们被用作景观美化的观赏灌木，并因其鲜艳的花朵而受到青睐。考虑到这些灌木是为了美观而种植的，保持它们开花的能力至关重要。因此，在根区保持良好的土壤湿度和温度将是持续生长的理想条件。

在各种措施中，覆盖可能是一种有用而廉价的选择，以保持土壤中的最佳水分条件。覆盖的干预也可以通过减少蒸发来提高水的利用效率。本研究以热带条件下的砂壤土为研究对象，研究了覆盖和不覆盖条件下4种不同灌木的土壤和植物水分状况。本实验结果将增加我们对覆盖对灌木生长影响的认识，并可应用于其他常见灌木以改善和维持生长。此外，保持土壤水分还能提高生产力、节约成本和节约用水。

材料与方法

试验区及气象条件

2015-2017年，在新加坡(1.3483°N, 103.6831°E)的一个研究站进行了为期480天的田间试验。青三角梅，鸢尾花，膜花以及科斯特斯·伍德索尼·马斯。气候是热带雨林，没有明显的季节。气候的特点是环境温度均匀、湿度高和雨量充沛(表1)．土壤为沙质壤土，中等到有棱角的块状结构，微酸性。土壤(0-30 cm)的容重为1.52 Mg m³；水导率(饱和)1.07 cm h^－1，饱和含水量0.51 m^3.米³；pH值6.5;有机C, 0.5 g kg-1;总N, 0.047%;有效磷7.3 kg ha^－1；有效钾，331公斤公顷^－1；砂、粉、粘土分别占60.1、22.8%和17.1%。0 ~ 0.9 m土层的有效土壤湿度在3-44%和3-10%(萎蔫点)之间。研究期间的月平均气温、蒸发皿蒸发量、相对湿度及总雨量均列于表1．

2015 - 2017	温度(°C)	(毫米)	(毫米^－1）	湿度(%)
11月	28.2	266	5.8	68
12月	28.4	281	5.4	69
1月	30.6	235	6.3	72
2月	29.5	133	6.7	71
3月	29.7	158	6.1	69
4月	28.5	164	6.2	78
五月	29.4	147	6.9	65
6月	30.1	145	6.7	77
7月	30.8	134	6.5	81
8月	29.7	147	6.1	75
9月	29.3	152	5.7	72
10月	28.9	155	5.5	63
11月	28.1	231	5.3	61
12月	28.5	257	5.4	64
1月	28.8	221	6	70
2月	29.9	185	6.5	77

表1:研究期间的气候条件。

实验设计

试验采用随机区组设计，有覆盖和无覆盖两种处理。灌木高度约1 - 1.3米。每天施用足够的农田灌溉能力，每个处理重复三次。地块面积约为4米× 3.0米。地膜厚度为1±0.5 cm。所使用的覆盖物由有机堆肥组成园艺树叶、草、树枝等废弃物。地膜的营养成分主要为N、P₂O₅K₂O H₁₄分别以₁₁S的比例为32:35.5:20:12.5 kg·ha^－1,分别。在灌木发芽后(播种后10-15天)施用护根物，并在每棵灌木的基部周围放置。在整个研究过程中不施肥。这些地块除了雨水外都暴露在自然环境中。

取样和测量

土壤剖面中的水分(v/v)每月监测一次，以15厘米为增量(最大深度为0.9米)，方法是通过重力测量，然后乘以容重。土壤水势(SWP)在0厘米至15厘米和15至30厘米深度使用张力计进行监测。美国)。使用防水数字热探针(Dallas, Semiconductor - DS18B20)在7厘米、14厘米、21厘米和28厘米深度监测土壤温度，每天两次(1000小时和1430小时)。

每周在1000 - 1200小时之间，从每棵灌木顶部随机收集第二片完全展开的叶子，并转移到实验室测定叶片水势(LWP)。

相对水内容(RWC)是根据Barr和Weatherley的程序确定的[14］．

RWC的计算公式如下:

RWC (%)=[(fw - dw) / (tw - dw)] × 100

其中FW为鲜重，TW为膨体重，DW为干重。

LWP是用压力室测量的，测量的细节在Balling和Zimmermann中有描述。该程序是由Scholander等人提出的。[15，16］．

叶面积测量使用Delta T面积测量系统(剑桥，英国)。为了获得生长数据，将叶片在70°C和Specific叶重(SLW)以单位叶面积的叶重表示。干燥的植物生物质是通过在70°C下干燥植物的茎部分并将其添加到相应的叶片干重来确定的。

对于根长密度(RLD)，使用芯螺旋钻收集根样本。所有地面上的植物部分都被移除，每15厘米深挖一次土芯，直到90厘米深。使用WINRHIZO系统(Regent Instruments Inc.， Canada)测量每个深度的清洁、风干根系的长度。通过根长除以土芯体积来确定每种土壤深度的RLD。数据采用统计分析软件(SAS) 9.4软件包进行统计分析[17］．两组治疗手段比较差异不显著(LSD, P=0.05)。

结果

覆盖对土壤水分状况的影响

土壤水分在最浅深度0 ~ 15 cm(约15 cm)，含量显著较高(%，v/v)。38%)，适用于有地膜的情况(图1)．在无覆盖条件下，土壤水分平均为20%。反之，土壤水分含量在75 ~ 90 cm深度最低(图1)．在所有土壤深度均有覆盖的条件下，土壤含水量均较高。之间土壤水分的差异治疗v/v的范围为3 ~ 22.5% (图1)．覆盖条件与无覆盖条件在最浅深度(0-15 cm)差异最大，在75-90 cm深度差异最小(图1)．

图1:在0 - 15厘米、15 - 30厘米、30 - 45厘米、45 - 60厘米、60 - 75厘米和75 - 90厘米深度，覆盖或不覆盖的剖面土壤水分含量。

由于每天灌溉灌木，在整个实验期间，不同物种的土壤湿度保持一致((图1)．数据的轻微波动是环境温度轻微变化的结果。这为地膜减少蒸发提供了证据。

土壤水分潜力

施用地膜时，土壤水分基质(张力)电位随时间的变化是一致的，而在无地膜情况下，土壤水分基质(张力)电位则为负值(图2)．覆盖覆盖物的灌木随时间的波动最小。此外，覆盖的灌木也表现出较少的负潜在值(图2)．

图2:0 - 15cm和15 - 30cm深度覆盖和无覆盖条件下灌木土壤水分潜力

覆盖对土壤温度的影响

覆盖存在时，在1000和1430 h，所有物种和所有土壤深度的平均土壤温度均无显著差异(表2)．相反，当不覆盖时，土壤温度日变化。在无覆盖条件下，1430 h时土壤温度显著升高，这在土壤的所有深度都是一致的(表2)．

用覆盖物	土壤深度(cm)
	7		14		21		28
	10 h	14:30 h	10 h	14:30 h	10 h	14:30 h	10 h	14:30 h
布干维尔岛^一个	25.1^一个	27.3^一个	24.7^一个	26.7^一个	24.2^一个	26.2^一个	23.5^一个	25.3^一个
Ixor^一个	25.6^一个	26.3^一个	25.2^一个	27.2^一个	24.7^一个	26.2^一个	24.2^一个	26.8^一个
蜘蛛兰	26.1^一个	27.5^一个	25.1^一个	27.5^一个	24.9^一个	26.4^一个	24.3^一个	26.1^一个
红色按钮	25.5^一个	26.8^一个	24.7^一个	26.2^一个	24.1^一个	25.5^一个	23.6^一个	25.3^一个
姜
没有覆盖物	土壤深度(cm)
	7		14		21		28
	10 h	14:30 h	10 h	14:30 h	10 h	14:30 h	10 h	14:30 h
布干维尔岛^一个	27.5^一个	31.9^b	27.2^一个	32.5^b	26.5^一个	31.2^b	26.1^一个	32.7^b
Ixor^一个	27.2^一个	32.5^b	26.9^一个	32.6^b	26.2^一个	32.3^b	25.9^一个	32.9^b
蜘蛛兰	28.1^一个	33.0^b	27.3^一个	31.8^b	26.9^一个	33.1^b	26.5^一个	33.2^b
红色按钮	27.7^一个	32.8^b	27.5^一个	33.2^b	26.8^一个	32.7^b	26.4^一个	33.5^b
姜	-	-	-	-	-	-	-	-

不同字母后行内均值差异有统计学意义(P=0.05)。

表2:土壤平均温度(°C)在灌木覆盖物和non-mulch条件在2015年一个¢¬一2017。

覆盖对植物水分状况的影响

在有覆盖的实验期间，叶片的RWC在75-95%之间(图3)．在种植后300天(DAP)，除红扣姜呈逐渐下降外，其他品种均呈下降趋势。然而，观察到灌木在360 DAP后又恢复了膨胀。无覆盖条件下，受周围气候条件影响，整个试验期间叶片水分状况不一致。覆盖条件下的平均RWC在83 ~ 86.6%之间，而无覆盖条件下的RWC在63.4 ~ 66%之间。

图3:覆盖与无覆盖条件下灌木叶片相对含水量。

叶水势

与土壤水势相似，覆盖时LWP波动较小，而不覆盖时则相反(图4)．有地膜覆盖的地块的平均低水层压力在-1.14 ~ -1.25 MPa之间，无地膜覆盖的地块的平均低水层压力在-1.74 ~ -1.91 MPa之间(图4)．

图4:覆盖与无覆盖条件下灌木叶片水势变化。

生长比叶重和植物干生物量

无覆盖条件下SLW显著降低。这在物种间是一致的，差异具有统计学意义(表3)．与SLW相似，当有地膜时，干物质积累显著增加，并且记录的数据在不同物种之间是一致的(表3)．

变量	每株干生物量(g)(地上和地下)		比叶重(毫克厘米^－2）
变量	用覆盖物	没有覆盖物	用覆盖物	没有覆盖物
布干维尔岛^一个	69.8^一个	56.7^b	6.3^一个	4．9^b
Ixor^一个	80.4^一个	63.5^b	7.1^一个	5.5^b
蜘蛛兰	72.3^一个	60.8^b	11.7^一个	8.3^b
红色按钮	83.5^一个	59.8^b	10.4^一个	8.7^b
姜	-	-	-	-

不同字母后行内均值差异有统计学意义(P=0.05)。

表3:覆盖和非覆盖条件下灌木植物干生物量和比叶重。

根长密度

根多集中在0 ~ 15 cm处层并随着土壤剖面的下降而减少。有覆盖的地块RLD显著较高(图5)．平均RLD在1.21 ~ 1.47 cm之间³无地膜样地的地力在0.94 ~ 1.10 cm之间³．覆盖时，RLD在最浅深度(0 ~ 15 cm)显著升高，并随覆盖深度的增加而下降(图5)．

图5:覆盖和无覆盖条件下不同深度土壤剖面灌木根长密度。

讨论

土壤水分状况越高，说明覆盖对土壤水分的保墒作用越明显。土壤干燥缓慢，水分有效期延长，对灌木有利增长和发展。罗摩克里希纳等人也报道了类似的观察结果。Mahajan等人和Debashis等人[18，20.］．减缓土壤干燥的能力在干旱时期尤其有用。在无覆盖的地块下，来自深层的水分减少可能是由于水向上流入上层较干燥的层，这些层被发现由于蒸散作用而迅速干燥[21，22］．

研究还发现，地膜的存在导致水分含量变化较小，土壤水基质电位波动较小，即使在没有降雨的时期也是如此。覆盖和无覆盖条件下土壤水分的变化在土壤剖面向下75厘米处可见。除此之外，两种治疗之间的波动很小。

就像Boatwright等人以及Chaudhary和Chopra早先的报告一样，地膜的存在通过减少土壤水分流失和热应激或对植物根系造成的损害，潜在地降低了土壤温度[23-26］．在这里观察到，平均土壤温度的增加(在无覆盖条件下)导致SLW和干生物量显著降低。这与Lambers和Poorter, Dong等人以及Ramakrishna等人的报道一致。[27，28］．

与土壤水分状况类似，植物水分状况的数据在不同物种之间也是一致的。覆盖时，叶片RWC和LWP的波动很小。LWP与土壤水分基质势无明显相关性。将两种处理的土壤水分和LWP数据合并，发现对数关系的R2值在0.0003至0.014之间(数据未显示)。

覆盖条件下，所有物种的SLW均显著升高，并转化为显著升高的地上和地下生物量。De等人也报道了类似的发现。Niu等。王等，董等。[29-33］．尽管在处理之间没有额外的灌溉，但干物质的改善表明，当使用地膜时，在有限的水供应下可以促进生长。这反过来证明了覆盖在利用保存的土壤水分有利于生长方面的有效性。

覆盖后，土壤剖面各深度的RLD均显著升高。在有地膜的地块中，通过保持水分而减轻的机械阻力可能主要限制根系在较浅的深度生长。这一发现与Sharma和Acharya, Lampurlanes和Cantero-Martinez和Rahman等人报道的结果相似。[34，35］．尽管根系发育较浅，但在土壤剖面的任何深度都有利于根系生长，有助于水分和养分的吸收[36-38］．

生长(SLW和植物干生物量)与RLD(未提供数据)之间存在正相关关系。R2值在0.321 ~ 0.517之间。与无地膜条件相比，使用地膜可促进生长，这表明地膜在减少土壤蒸发和植物呼吸方面的有效性[39-42］．

结论

通过对比发现，地膜的存在在保持土壤水分和降低土壤温度方面提供了更好的土壤物理环境。这些有利条件使植物水分状况提高，生物量增加，SLW增强。综合来看，条件的改善促进了灌木的生长。在有地膜的条件下，RLD也更大。这些结果表明，在没有额外供水的情况下，灌木能够维持生长。未来的研究应集中在有地膜的植物的水分利用效率。

总的来说，这项研究表明，使用地膜有很好的节水潜力。从本质上讲，在热带干旱环境中，地膜是一种廉价的节水选择，也是变化的气候条件的理想选择。此外，覆盖物的投入对植物的生长没有负面影响。

确认

感谢分析化学系对植物组织的分析。

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