19种园林绿化树木1年生播种苗越冬研究

中国农学通报 2012,28(34):102-107 Chinese Agricultural Science Bulletin 基金项目：山西农业大学科技创新基金(2012)；山西农业大学科研启动基金(07412554)。 第一作者简介：马晓辉，男，1990年出生，山西介休人，在读本科，研究方向：苗木培育、园林绿化。通信地址：030801山西省太谷县山西农业大学林学 院，E-mail：790520323@qq.com。 通讯作者：王良民，男，1955年出生，山西平遥人，教授，博士，主要从事植物分类、植物地理和生物多样性研究。通信地址：030801山西省太谷县山西 农业大学林学院，Tel：0354-6288501，E-mail：liangmin.wang@gmail.com。 收稿日期：2012-08-02，修回日期：2012-09-19。 19种园林绿化树木1年生播种苗越冬研究 马晓辉，刘 燕，王良民 （山西农业大学林学院，山西太谷 030801） 摘 要：为了检测山西中部园林绿化树种播种苗的越冬特性，进而为苗木培育提供实用参考依据，对19 种山西中部地区常见的园林绿化树种的1年生播种苗进行了越冬受冻害比较研究。结果表明：（1）五角 枫、侧柏、洋白蜡、丝棉木、栾树、山皂荚、暴马丁香和水蜡的1年生播种苗可以在该地区安全越冬，不受 冻害影响或受冻害影响很小，适于在该地播种育苗。（2）青桐和木槿的播种苗受冻害影响最重，即使在保 护条件下，越冬后苗木保存率仍然很低，不适于在该地区播种育苗。（3）红瑞木、合欢、枫杨、复叶槭、悬铃 木、紫荆、香椿、紫薇和梓树苗木越冬时，受不同程度冻害影响，需要继续进行第 2—3年的越冬观察。 （4）在运用冻害指数时，适当加权第4级冻害可以更客观地反映和比较不同树种苗木的受冻害状况。此 研究结果可为这些树种的播种苗培育提供实用参考依据。 关键词：树木；播种苗；越冬；冻害指数 中图分类号：Q949.9 文献标志码：A 论文编号：2012-2673 Study on Winter Survival of the 1-year-old Seedlings of 19 Landscaping Tree Species Ma Xiaohui, Liu Yan, Wang Liangmin (College of Forestry, Shanxi Agricultural University, Taigu Shanxi 030801) Abstract: In this experiment, freezing injuries in winter for the 1-year-old seedlings of 19 landscaping tree species common in the central Shanxi were compared to examine the winter survival ability of landscaping tree seedlings and to provide a practical reference guide for seedling propagation in the area. The results indicated: (1) the 1-year-old seedlings of Acer mono, Platycladus orientalis, Fraxinus pennsylvanica, Euonymus bungeanus, Koelreuteria paniculata, Gleditsia japonica, Syringa reticulata and Ligustrum obtusifolum could safely survive winter in the area, without or with little freezing injuries. Seedling propagation was appropriate for these species in the area. (2) The seedlings of Firmiana simplex and Hibiscus syriacus suffered most serious freezing injuries, resulting in very low survival rates despite under protection in the winter. Seedling propagation was not appropriate for the two species in the area. (3) The seedlings of Cornus alba, Albizia julibrissin, Pterocarya stenoptera, Acer negundo, Platanus acerifolia, Cercis chinensis, Toona sinensis, Lagerstroemia indica and Catalpa bungei suffered varying degrees of freezing injuries and needed to be observed in the second even third winters to decide if seedling propagation was appropriate for these species in this area. (4) The freezing injury index with properly weighted class 4 could more objectively reflect and compare freezing injuries of the different tree seedlings. The results from this study could provide a practical reference guide for seedling propagation of the 19 species in the area. Key words: trees; seedlings; winter survival; freezing injury index 马晓辉等：19种园林绿化树木 1年生播种苗越冬研究 0 引言 随着国民经济的快速发展和城镇化的推进，园林 绿化越来越受到人们的重视。树木是园林绿化的主 要素之一[1]，提供优良绿化树种苗木是保证园林绿化 发展的重要前提。苗木繁育有播种、扦插、嫁接、组培 等多种方法，但目前播种育苗还是最主要的育苗方 法。播种育苗方法简单、成本低廉，实生苗具有生长旺 盛、根系发达、寿命长等优点[2]。园林绿化不仅利用乡 土树种，而且广泛引栽外来树种[3]。大多数树木的幼 苗抗性较弱，而成年树抗性较强，使许多树种可以在某 地区正常生长、开花结实，但其幼苗则可能在该地受一 些环境条件因子影响而不能正常生长，特别是受冬天 低温冷冻影响而不能正常越冬。因此，对树木苗木、尤 其是当年生幼苗进行越冬研究具有重要的科学和生产 实践意义。 对于树木抗寒研究的报道很多[4-5]，但大多数是关 于低温胁迫对树木生理特性和指标影响的研究[4-6]。另 外，不少是关于树木抗寒措施的研究报道[7-9]，而对于树 木尤其是苗木越冬特性及受冻害表现的系统研究很 少。因此，笔者对19种山西中部地区常见的园林绿化 树种的 1年生播种苗进行了越冬受冻害比较研究，以 期为这些树种的实生苗培育提供实用参考依据，并探 讨如何运用苗木冻害指数来比较客观地反映苗木的受 冻害状况。 1 材料与方法 1.1 试验时间、地点 田间试验观察于 2011年 11月—2012年 4月进 行。试验地位于山西农业大学林学院苗圃。试验地为 沙壤，中性偏碱。山西农业大学位于山西省太谷县杨 家庄，东经 112°34'，北纬 37°25'，海拔 800 m。该地属 于温带大陆性季风气候，四季分明，春季干燥，夏季炎 热，秋季凉爽，冬季寒冷。年均温度约9℃，1月平均气 温约-7℃，7月平均气温约 23℃。无霜期为 140~180 天，年平均降水量约540 mm。 1.2 试验材料 19种所选树种（见表1）的1年生播种苗为2011年 春播所育，种子来源均为山西农业大学植物园和校 园。播种时间为2011年4月10日，2011年入冬前未移 植，各树种苗木的生长状况见表1。 1.3 试验方法 根据有关记载 [10]和经验，把不同树种苗木分成 2 类：一类是自然越冬类，一般认为这些树种的苗木可以 表1 19种园林绿化树种苗木概况 树种 枫杨 复叶槭 洋白蜡 紫薇 梓树 五角枫 紫荆 暴马丁香 木槿 香椿 拉丁学名 Pterocarya stenoptera Acer negundo Fraxinus pennsylvanica Lagerstroemia indica Catalpa bungei Acer mono Cercis chinensis Syringa reticulate Hibiscus syriacus Toona sinensis 苗高 90.4 83.7 76.5 72.6 71.8 67.8 66.0 59.8 58.3 56.8 地径 1.21 1.01 0.96 0.63 0.82 1.10 0.73 0.74 0.94 1.02 树种 悬铃木 合欢 青桐 水蜡 栾树 红瑞木 丝绵木 侧柏 山皂荚 拉丁学名 Platanus acerifolia Albizia julibrissin Firmiana simplex Ligustrum obtusifolum Koelreuteria paniculata Cornus alba Euonymus bungeanus Platycladus orientalis Gleditsia japonica 苗高 53.1 47.2 43.0 32.0 30.4 28.2 27.0 25.2 23.9 地径 0.75 0.73 1.54 0.56 0.75 0.38 0.44 0.27 0.50 在当地安全越冬，则没有施加任何越冬保护措施，包括 侧柏、暴马丁香、复叶槭、丝绵木、香椿、栾树、枫杨、合 欢、悬铃木、山皂荚、白蜡、五角枫、水蜡；另一类为保护 越冬类，即认为在当地越冬时有可能发生冻害的树种 苗木，则在2011年11月下旬采用工程塑料布拱棚保护 措施，包括紫荆、红瑞木、木槿、青桐、梓树、紫薇。2012 年 3—4月，观察苗木越冬受冻害表现，比较不同树种 苗木的抗寒性。 为比较苗木受冻害程度，首先把苗木受冻害程度 分级，然后以冻害指数(F)大小比较不同树种苗木的受 冻害程度。受冻害级别分作 4级，0级：苗木无任何受 冻害表现，萌芽和生长均正常；1级：只有苗木顶芽和 顶稍冻死，下部侧芽正常萌发生长；2级：苗木茎干1/2 左右冻死，下部侧芽萌发也受不同程度影响；3级：地 上部分全部冻死，从地表根茎处重新萌发新枝；4级： 苗木地上和地下部分全部冻死，再无新芽萌发。 苗木冻害指数计算见公式(1)。 F=[∑(IPi)/(4×100%)]×100 …………………… (1) cm ·· 103 中国农学通报 http://www.casb.org.cn 式中：F—冻害指数；I—冻害级别，分别为 0,1,2,3, 4；Pi—各冻害级别中受冻苗木所占百分率； (4×100%)—受冻害最高级别（第4级）与受冻害苗木最 高比例(100%)的乘积。 从式(1)中可以看出，F值的波动范围为 0~100。 当所有苗木(100%)的受冻害级别全为 0级（最低级）， 即所有苗木没有受到任何冻害影响时，∑ (IPi) = 0×100%，则[∑(IPi)/(4×100%)]=0，F值为 0，最小；当所 有苗木(100%)的受害级别都是 4级（最高级），即所有 苗木全部被冻死时，∑ (IPi) =4 × 100%，则 [∑ (IPi)/ (4×100%)]=1，F值为100，最大。 2 结果与讨论 由表 2可知，在越冬时未施加任何保护措施的苗 木中，水蜡、暴马丁香、山皂荚、丝绵木、侧柏这 5种树 木苗木的冻害指数为0，即未受到任何冻害影响，抗寒 性最强。五角枫、栾树、洋白蜡苗木的冻害指数均小于 2，受冻害影响很小，从受害级别看，只有少量苗木受到 第1级冻害，即顶稍受一点冻害，说明这些树种的1年 生苗木基本可以在当地不加任何保护措施下安全越 冬。复叶槭、枫杨、合欢和红瑞木苗木的冻害指数在 51~75之间，不同程度地受到较严重冻害影响；进一步 分析可看出，复叶槭有超过 20%的苗木没有受到冻害 影响，但是受第3级冻害的苗木比例最高，为56.9%，即 地上部分全部冻死的苗木占大多数，而受 1、2级冻害 的苗木比例都较小，分别为8.8%、13.6%。红瑞木的苗 木受冻害指数最高，其苗木几乎都受到第 3级冻害。 表2 越冬无保护苗木受冻害程度比较 树种 红瑞木 合欢 枫杨 复叶槭 洋白蜡 五角枫 栾树 侧柏 丝绵木 山皂荚 暴马丁香 水蜡 各冻害等级中苗木所占比例/% 0级 0.0 0.0 0.0 20.7 92.7 95.0 96.1 100 100 100 100 100 1级 0.0 0.0 5.8 8.8 7.3 5.0 3.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2级 1.2 29.4 46.8 13.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 3级 97.3 65.6 42.3 56.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 4级 1.5 5.0 5.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 冻害指数F 75.1 68.9 61.7 51.7 1.8 1.3 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 合欢和枫杨的苗木主要受第2和第3级冻害影响。 由表3可知，尽管施加了越冬保护措施，这7种树 种苗木都不同程度地受到冻害。其中，青桐冻害指数 最高 (97.1)，近 90%的苗木全部连根冻死（第 4级冻 害）。梓树受冻害最轻，大部分苗木只有顶稍受到冻害 （第 1级冻害）。木槿比香椿的受冻害指数略高（分别 为 71.2和 68.1），比紫荆和悬铃木的冻害指数（分别为 74.0、77.1）稍低，但62.0%的木槿苗木连根冻死（第4级 冻害），而香椿、紫荆和悬铃木的苗木则主要受第 3级 冻害影响(>83%)，即地上部分还都活着，可以萌发出 新苗。这表明从苗木保存率来讲，木槿苗木所受冻害 程度不仅比香椿严重得多，而且比紫荆和悬铃木也严 重得多。进一步分析看出，木槿受冻害的表现特征很 特殊，虽然有62.0%的木槿苗木连根冻死，但也有少部 分(8.2%)苗木完好无损（0级冻害），只是茎稍部受冻 （第1级冻害）的苗木比例也较高(23.4%)，而地上部分 全冻死（第3级冻害）和茎干冻死1/2（第2级冻害）的比 例分别只有 0.5%、5.9%，这完全不同于其余树种苗木 的受冻害等级分布格局。除青桐和木槿外，其余树种 的苗木受冻害都主要在第3级（包括第3级）以下，但是 完全没受到冻害的苗木几乎都没有。 2.1 乡土树种与引栽树种 越冬无保护措施的12个树种中，地道乡土树种为 7个，包括红瑞木、五角枫、栾树、侧柏、丝绵木、山皂荚 和暴马丁香，这些树种在山西中部有野生分布[11]。除 红瑞木外，其余6个树种的1年生苗木均未受到冻害影 响或只受到很小影响（见表 2），还未曾见红瑞木苗木 越冬受冻害表现的报道，而在本试验中，几乎所有红瑞 ·· 104 马晓辉等：19种园林绿化树木 1年生播种苗越冬研究 木苗木越冬后地上部分全部被冻死。水蜡天然分布区 主要在中国东北地区[12]，其苗木的较强抗寒性也在此 试验中被证实（见表2）。复叶槭、洋白蜡都来自北美， 在试验所在地区栽植历史已很长，但洋白蜡苗木基本 未受冻害，而复叶槭苗木受冻害影响较大。合欢和枫 杨天然分布于黄河以南，但在该试验地都有很长栽植 历史，试验中这2种树木苗木均受到严重冻害影响（见 表2）。 越冬受保护的7个树种中，梓树、香椿和木槿在试 验地区的引栽历史无从考证[11,13]，一直有栽植，成年树 无需加任何保护措施可以安全越冬，在本试验中木槿 受冻害比梓树和香椿严重得多（见表3）。紫荆和紫薇 也是当地常见栽植园林绿化树种，可以开花结果[11]，但 有的年份会发生冻害，本试验中紫荆苗木比紫薇苗木 受冻害严重（见表 3）。悬铃木原产欧洲，在中国广大 地区长期栽植[11]，此试验中其苗木大多数地上部分被 冻死。青桐以前在当地引栽很少，成年树越冬时往往 发生冻害，但在过去的 20年，由于气候变暖而引栽渐 多，而且可以正常开花结果。但是，本试验结果表明， 在当地培育青桐苗木受冻害影响太大，即使辅以一定 保护措施，也很难使1年生苗木安全越冬。 总之，乡土树种苗木受冻害影响最小，在园林绿化 中应尽可能地利用当地树种，培育苗木容易，经济实 惠。但是，也不是千篇一律，个别树种具有特殊性，如 红瑞木需要区别对待。引栽树种苗木的抗冻害能力与 其原产地气候温度紧密相关，原产地气候较寒冷的树 种苗木耐冻性强，如水蜡、洋白蜡等树种。 2.2 木槿受冻害特殊性的原因 一般苗木越冬受冻害程度表现为从茎稍部受害较 重到茎干再到根部逐渐变轻，大部分树种的苗木即使 地上部分全冻死，来春也会从根茎处萌出新枝，其原因 是由于根部受土层保护。但是，本试验中木槿受冻害 的表现却很特殊，少部分(8.2%)苗木完好无损，茎稍部 受冻（第1级冻害）的苗木比例较高(23.4%)，地上部分 全冻死（第3级冻害）和茎干冻死1/2（第2级冻害）的比 例分别只有0.5%、5.9%，但是却有62.0%的木槿苗木连 根冻死（第4级冻害），这种现象很费解，直接的推论可 能是木槿根部的抗冻性远远小于其茎干部分。 高俊峰 [14]基于一个偶然的发现做出过同样的推 测。他在 3月初发现栽植 2年的 10多株木槿枝梢冻 干，但主干和枝条依然活着，随之他剪了几个枝条在温 室内扦插。到 3月末再次检查时，发现受冻木槿的枝 梢干枯现象已逐渐向枝条中下部发展，但主干内皮依 然是鲜绿色；挖出 2株检查根系，发现树根已全部死 亡，根皮腐烂脱落。到5月末检查时,那10余株木槿全 部枯死。但奇怪的是，3月初扦插的枝条竟然都成活 了。基于这些现象，高俊峰推测木槿根部的抗冻性远 远小于其茎干部分，但他未做进一步的试验和研究。 高俊峰的观察发现和本试验结果都反映和证实了 木槿受冻害不同于其他树种的特殊性，即其根受冻害 影响要远远大于茎干部分，据此推测其根的耐冻性远 小于其茎干。但这还只是推测，不能排除其他方面的 原因，有待做进一步的试验和生理生化测定来证实。 2.3 苗木受冻害指数探讨 比较当年生苗木越冬受冻害严重程度的一个最重 要指标是苗木越冬后的存活率[15-16]。越冬后，有些树种 的苗木即使地上部分冻死了，但重新萌发出的新茎干 有可能在第2个冬季不再受冻害或受冻害程度大大减 轻，原因是其2年生根系和新茎干强壮得多，抗冻能力 自然增强[17]。但是，如果当年生苗木连根冻死的比率 很高，则苗木存活率很低，在该地育其苗木则很困难。 因此，苗木冻害指数应该能够比较客观地反映苗木越 冬后存活率的重要性。在笔者对越冬受保护苗木受冻 害分析中（见表3），62.0%的木槿苗木连根冻死（第4级 冻害），即苗木存活率只有 38%，而紫荆和悬铃木受 4 级冻害的比率分别为5.5%、11.0%，即其苗木存活率分 表3 用不同受冻害指数比较受越冬保护苗木的受冻害程度 树种 青桐 悬铃木 紫荆 木槿 香椿 紫薇 梓树 各冻害等级中苗木所占比例/% 0级 0.0 0.0 0.0 8.2 1.5 0.0 0.0 1级 0.0 0.0 0.0 23.4 8.5 26.7 66.0 2级 0.0 2.8 9.7 5.9 6.3 51.2 27.8 3级 11.8 86.2 84.8 0.5 83.7 18.7 6.2 4级 88.2 11.0 5.5 62.0 0.0 3.4 0.0 原冻害指数F 97.1 77.1 74.0 71.2 68.1 49.7 35.1 加权后冻害指数F 92.6 44.0 39.7 66.6 34.0 26.6 17.5 ·· 105 中国农学通报 http://www.casb.org.cn 别为 94.5%、89.0%，这表明木槿苗木所受冻害程度比 紫荆和悬铃木严重得多；但是，木槿的冻害指数为 71.2，比紫荆和悬铃木的冻害指数（分别为 74.0、77.1） 还低。表明，本研究所用的冻害指数不能够完全客观 地反映苗木受冻害状况。 为了改进此冻害指数公式，可以采取加权第 4级 冻害的方法，其实际意义在于突出苗木存活率在 苗木越冬成功与否中的第一重要性。如果把苗木第4 级冻害加权 1倍，则加权后的冻害指数计算公式变 为(2)。 F=[∑(IPi)/(2×4×100%)]×100 ………………… (2) 式中：F—冻害指数；I—受冻害级别，分别为0,1,2, 3,4×2（4×2表示计算中当冻害级别为 4级时，加权 1 倍，即× 2）；Pi—各冻害级别中苗木所占百分率； (2×4×100%)—受冻害最高级别（第 4级）加权 1倍 （即×2）后与受冻害苗木最高比例(100%)的乘积。 从改进后的冻害指数公式可以看出，F值的波动 范围仍为0~100。 以本试验中越冬无保护苗木为例，比较分别用原 公式(1)和改进后的公式(2)进行计算所得的受冻害指 数（见表3）。可以看出，加权第4级冻害后，主要受第3 级冻害以下的树种（悬铃木、紫荆、香椿、紫薇、梓树）苗 木的冻害指数 F明显降低，而主要受第 4级冻害的木 槿苗木的冻害指数 F(66.6)的相对大小排列位置明显 提高，即位于除青桐以外的第2高位置，这样就比较客 观地反映了苗木的受冻害情况。 2.4 树木抗寒性测定与评价 树木苗木的抗寒性研究是树木抗寒性整体研究的 一部分，苗木抗寒性与成年树木抗寒性既有相关性，也 有差异性[16,18]。一般来说，成年树抗寒性强的树种，其 苗木抗寒性也强；成年树比苗木的抗寒性强，因此导致 许多树种可以在某地区正常生长、开花结实，但其苗木 则可能在该地受低温冷冻影响而不能正常越冬，这也 是研究苗木越冬受冻害威胁及抗寒性研究的重要性 所在。 树木的抗寒性测定一般包括田间测定和实验室间 接测定2种方法[18-20]，田间测定就是在冻害发生期对田 间的树木植株以一定的受冻害标准进行调查测定，根 据受冻害情况评价树种的抗寒性。本试验中采用的苗 木受冻害测定方法，即属于田间测定方法。田间测定 能最直接地反映树种、栽培品种或种源等不同类型植 株在同一条件下的抗寒性差异。该方法既简单又准 确，也可进行大范围、大群体的评价，但受地域和测定 类型数量的限制，比较费时费工，而且只能比较少数同 一地段的不同树木类型之间的抗寒力差异，不能对其 抗寒能力进行量化 [17]。第 2种方法是实验室间接鉴 定，就是根据树木某些生理生化指标及物理指标间接 推断和比较其抗寒性，具体测定方法很多，如电导法[18]、 超氧物歧化酶(SOD)活性测定法[19]、过氧化氢酶(CAT) 活性测定法[16,18]、过氧化物酶(POD)活性测定及同工酶 分析法[16,18]、丙二醛(MDA)含量测定法[16]、可溶性糖含 量测定法[19]等方法。这些测定方法可以间接地测定和 比较树木的抗寒性，对引栽树种和苗木繁育提供一些 参考依据。但是，在实际生产中，还需要以田间试验和 测定最终决定某树种（包括品种、种源等）是否可在某 地引栽或培育苗木，尤其是在决定树木或苗木是否能 在某地越冬和越冬时受冻害的程度时，必须进行田间 试验和测定。 因此，下一步的研究中，在继续进行田间观察和测 定的同时，笔者将对这些树种苗木进行生理生化指标 及物理指标测定，进一步系统比较它们在越冬时的抗 冻害能力和特性，不仅为苗木能否越冬，而且为苗木越 冬保护提供理论和生产实际依据。 3 结论 通过对 19种山西中部地区常见的园林绿化树种 的 1年生播种苗进行越冬受冻害比较研究，表明五角 枫、侧柏、洋白蜡、丝棉木、栾树、山皂荚、暴马丁香和水 蜡的 1年生播种苗可以在该地区安全越冬，适于在该 地播种育苗。青桐的播种苗受冻害影响最重，不适于 在该地区播种育苗。木槿、红瑞木、合欢、枫杨、复叶 槭、悬铃木、紫荆、香椿、紫薇和梓树苗木越冬时受不同 程度冻害影响，需要继续进行第2年甚至第3年的越冬 观察研究，才能得知这些树种是否适于在该地区进行 播种育苗。此研究结果可为这些树种的实生苗培育提 供实用参考依据。笔者也探讨了如何合理运用冻害指 数，表明计算中适当加权第 4级冻害可以更客观地比 较不同树种苗木的受冻害程度。 参考文献 [1] 柴思宇.我国城市园林绿化树种规划现状研究[D].北京:京林业大 学,2011:10-14. 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