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摘要 [目的]探讨野外试验的影响因素。[方法]在塔里木河下游典型断面阿拉干选择胡杨树，分3层采集胡杨叶片，测量其相对含水量（FMC）、等效水厚度（EWT）和叶绿素含量，探讨胡杨不同层次叶片含水量的差异以及代表胡杨叶片平均含水量和叶绿素含量状况的适宜采样量，并分析胡杨叶片一天中含水量和叶绿素含量的变化状况。[结果]千分之一精度天平即能满足测量一片叶片重量需求，冰袋保鲜的时长能够达到野外试验的要求；胡杨上、中、下不同层次的叶片含水量之间有显著差异（P<0.01），采集15片叶片与20片叶片时FMC、EWT变化率较小，所以采样时需分3层采样，每层采集15片叶片，叶片尺寸要求分布均匀；使用SPAD-502测量胡杨叶片叶绿素含量，每棵树采集5、10、15片时，没有显著差异（P>0.05），即测量5片即可；一天中叶片FMC、EWT变化较大，但叶绿素含量基本不变化（1.5SPAD单位内）。[结论]该研究结果可为胡杨的野外试验研究提供参考，同时也为大范围反演胡杨生理状况研究提供试验研究。
关键词 相对含水量；等效水厚度；叶绿素含量；胡杨
中图分类号 S718.43 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）17-009-03
Abstract [Objective] The aim was to discuss influencing factors of field experiment. [Method] Selecting Populus euphratica from typical section Arakan in the lower reaches of the Tarim River， collecting leaves from 3 layer， the FMC， EWT and chlorophyll content were measured， differences of leaf moisture content at various levels were discussed， as well as the optimal sampling quantity which can represent average leaf moisture content and chlorophyll content， the change of leaf moisture content and chlorophyll content within a day was analyzed.
[Result] Libra over one thousand scale precision could satisfy the demand of measuring a piece of leaf weight， ice bag preservation duration could meet the demands of field experiments； there was significant difference in leaf moisture content （P<0.01）. FMC and EWT had low rate of changes between 15 and 20 leave samples： we should sample leaves from 3 leaf layers and 15 leaves per layer. There were insignificant（P>0.05） correlation between 5， 10 and 15 leaves， we just need to measure 5 leaves as chlorophyll content. FMC and EWT fluctuated within a day， while the chlorophyll content remained stable（within 1.5 SPAD）. [Conclusion] The study can provide reference for field experiment of Populus euphratica， also provide research on large-scale inversion of physiological state of Populus euphratica.
Key words Fuel moisture content（FMC）； Equivalent water thickness（EWT）； Chlorophyll content； Populus euphratica
胡杨（Populus euphratica）是塔里木河下游荒漠河岸林生态系统的主要建群种之一，具有耐旱、耐盐碱的特性和防风固沙的功能[1]，它的存在与发展决定着整个塔里木河流域荒漠生态系统的结构、功能与环境变迁。含水量和叶绿素含量是反映植物健康状况的重要指标。目前，一系列针对胡杨在干旱胁迫下的生态适应性研究表明，在干旱胁迫下胡杨内含物质的变化能够有效反映胡杨的生理健康状况[2-7]。然而，关于检测胡杨叶片含水量和叶绿素含量状况的适宜采样量研究报道较少。如何确定适宜的采样量是在准备野外试验的关键步骤，是试验成功与否的关键。笔者探讨胡杨叶片平均含水量和叶绿素含量研究中的适宜采样量问题，旨在为野外胡杨叶片采样量和保鲜技术规范方面提供参考，为胡杨叶片含水量和叶绿素研究采样规范化提供切实可行的依据，为节约试验成本和提高试验的可靠性提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
选择具有典型代表性的阿拉干断面作为试验区，试验区内样树分布如图1所示。试验区位于塔克拉玛干沙漠和库鲁克塔格沙漠之间，是2个沙漠交接的地带，地处88°20′31″ E，40°09′33″N，干旱少雨，蒸发强烈，昼夜温差大，日照时间长，多风沙和浮尘天气，年降水量仅17～40 mm，年潜在蒸发量高达2 500～3 000 mm[8]，形成了典型的大陆性荒漠气候，植被稀疏，主要建群种有胡杨（Populus euphratica）、柽柳（Tamarix ramosissima）和芦苇（Phragmites australis）。 1.2 试验方法
1.2.1 叶片的采集。在野外试验前，在试验室附近从长势良好的成年榆树上分别取20片叶子，其中10片叶子尺寸逐渐变大，另10片尺寸均一且处于叶片平均尺寸水平，用于天平精度及叶片保鲜方法的检验。
为探讨合适的采样量、采样位置及叶片尺寸的影响，在试验区阿拉干选择1棵长势中等的胡杨树，将树分为上、中、下3层，每层分10片、20片、30片3个数量级采样，每个数量级按相同尺寸和不同尺寸采样。
为了确定一天中最合适的采样时间，在试验区阿拉干选择1棵长势中等的胡杨树，从8：00点开始按照、上、中、下3层采样，每层进行采集15片叶片，每隔1 h采样1次，直至下午17：00。于8月8日和8月10日进行采样。
1.2.2 叶片的保鲜。
采用冰袋法进行胡杨叶片的保鲜。将采摘的胡杨叶片用封口袋封装后放入冰袋内，将冰袋置于泡沫箱中，放在没有阳光直射的窗台上，分别于8、10、12、24 h后使用千分之一天平称重。
1.2.3 含水量的测定。
FMC和EWT是表征含水量时常用的两种方法，尤其是FMC的鲜重百分比的表现形式。选择FMC和EWT来表示含水量：相对含水量（Fuel moisture content，FMC）和等效水厚度（Equivalent water thickness，EWT）。
FMC是叶片中水分含量占鲜叶重的百分比，其计算公式如下：
FMC=FW-DWFW×100%（1）
式中，FW为叶片鲜重，DW为叶片干重。
EWT表示单位叶面积的含水量，其计算公式如下：
EWT（g/cm2）=FW-DWA（2）
式中，FW为叶片鲜重，DW为叶片干重，A为叶面积。
叶片的鲜重和干重使用精密天平进行称量。含水量的测定采用烘干法。首先，105 ℃杀青1 h，然后在75 ℃烘干至恒重。叶片面积的确定方法如下：在试验室中测量鲜重后，将叶片展平无重叠整齐摆放在平板扫描仪Epson Perfection 2450上，以分辨率300 dpi、黑白照片的图像类型进行扫描，以tif格式保存图像；然后，将tif图像导入ENVI 4.7软件中，采用阈值法提取图像中叶片信息，然后利用quick statistics功能统计叶片信息的像素数，再将得到的像素数导入至Excel，除以分辨率的平方90 000，即得到所扫描的叶子的叶面积值。
1.2.4 叶绿素含量的测定。
使用SPAD-502活体测定仪进行叶绿素含量的测定，每片叶子从样片不同部位重复测量5次，取其平均值。
2 结果与分析
2.1 天平精度的选择
分别用千分之一和万分之一的天平测量胡杨叶片鲜重和干重。采用SPSS配对样本t检验对2种精度的天平测得的干重和鲜重进行分析，在置信区间为95%的情况下，P>0.05说明2种精度天平称量的结果差异不显著。因为试验室中千分之一天平的秤盘不适合称量体积较大的样品，所以选用精度万分之一的天平。
2.2 冰袋保鲜的时长
将胡杨叶片保存在冰袋内，8、10、12和24 h后分别称重，发现重量在±0.001 g范围内浮动。因此，确定冰袋能够保鲜的时长能够满足野外采样的要求。
2.3 采样量、采样位置及叶片的选取
试验结果表明，上、中、下3个层次FMC之间的P值均为0，说明不同层次之间相对含水量差异极显著，3个层次EWT之间只有下层和中层之间差异极显著。这说明不同层次叶片含水量的差异较大，必须分层采样。
10片、20片或30片不同采样量之间FMC和EWT的P值均大于0.05，说明不同采样量之间差异不显著。这说明当采样量为10时已经能够代表这层叶片的含水量的平均水平。从图2可以看出，10～20片时的变化率远大于20～30片时的变化率。因此，笔者又分析了15～20片时FMC的变化率，结果表明15～20片FMC的变化率较小，与20～30片FMC的变化率差异不大，因此选取每层15片叶片为采样量。
相同尺寸和不同尺寸之间的t检验的P值大于0.05，即选择叶片时，不一定追求叶片尺寸的均一性，也可以有大的叶片和小的叶片混合，但尺寸不同的叶片所占总叶片的比例要基本一致。
基于以上分析，每棵树分上、中、下3层采样，每层从4个方位选取大小分布均匀的15片叶片。
2.4 叶绿素测定的采样方法及采样量的确定
叶片在树上不剪下时测量其叶绿素含量，此外从树上采摘叶片后测量其叶绿素含量，对比2种采样方法测得的叶绿素含量。然后，用配对样本T检验的方法，对2种采样方法测得的叶片叶绿素含量进行显著性检验，检验结果表明差异并不显著。
在研究区阿拉干，距河道不同距离选择4棵长势中等的胡杨树，从不同方位取15片叶片，分别随机选取5片、10片、15片，对5片、10片、15片叶片的叶绿素含量进行配对样本T检验，结果表明差异不显著，所以认为采摘5片叶子测得的叶绿素含量能够代表整棵树的叶绿素含量。
2.5 FMC、EWT和叶绿素的日变化
为了确定一天中最合适的采样时间，选择1棵长势中等的胡杨树，从8：00开始对其按照上、中、下3层，每层15片叶片进行采样，每隔1 h采样1次，直至17：00。于8月8日和8月10日共采集2 d，8月8日天气稍晴，10日是微扬沙天气。从图3可以看出，8月8日测得的FMC和EWT均有较大波动，而8月10日波动较小，这可能与8月8日晴朗天气有关。含水量表现出较大日变化，可能有以下原因：①重复少（只有2 d的采样数据）；②不同方向叶片含水量差异大，建议分析含水量日变化时要尽量摘取同一部位的叶片。 从一棵树上选取5片叶片并标记，从7：30开始每隔30 min对标记叶片，测量叶绿素含量，其变化曲线如图4所示。叶绿素数据在1 d内的波动较小，即在1.5 SPAD单位内，而SPAD-502的重复性误差为±3SPAD，因此叶绿素的波动可忽略不计。
3 结论
正确的保鲜方式、合适的采样时间和适度的采样量是野外试验研究的基础，是应当首先考虑的问题。笔者探讨了野外测量胡杨叶片含水量和叶绿素含量时合适的采样方法，可为野外试验研究提供参考，同时也为大范围反演胡杨生理状况研究提供试验依据。因此，在野外采集胡杨叶片样品时，应注意以下方面：
①当测量1片胡杨叶片的重量时，可选择精度千分之一的天平，此时对同一片叶片的测量精度与万分之一精度的天平没有显著差异；
②野外试验时，冰袋保鲜法具有灵活、携带方便、价格低廉、保鲜时间较长（至少可达到24 h）等优点，可作为野外样品保鲜的首选；
③因位于胡杨上、中、下不同层次的叶片含水量之间有显著差异（P<001），所以采样时需分3层采样，每层采集15片叶片，叶片尺寸要求分布均匀；
④使用SPAD-502 等野外快速测量仪器测量叶绿素含量时，在树冠顶部选择5片叶子即可满足研究要求；叶绿素含量在1 d内较为稳定，采样时间可以在1 d内任何时间。
参考文献
[1] 梁匡一，刘培君.塔里木河两岸资源与环境遥感研究[M].北京：科学技术文献出版社，1990.
[2] 张青青，徐海量，叶茂，等.不同地下水埋深下胡杨叶片生理指标变化特点[J].植物研究，2009，29（4）：453-459.
[3] 陈亚鹏，陈亚宁，李卫红，等.塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨生理特点分析[J].西北植物学报，2004，24（10）：1943-1948.
[4] 付爱红，陈亚宁，李卫红.新疆塔里木河下游胡杨不同叶形水势变化研究[J].中国沙漠，2008，28（1）：83-88.
[5] 朱成刚，李卫红，马晓东，等.塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨叶绿素荧光特性研究[J].中国沙漠，2011，31（4）：927-936.
[6] 曾凡江，张希明，ANDREA FOETZK，等.新疆策勒绿洲胡杨水分生理特性研究[J].干旱区研究，2002，19（2）：26-30.
[7] 高明月，吉小敏，靳开颜.不同水分条件下胡杨和新疆杨苗期叶绿素变化[J].防护林科技，2011（2）：6-8.
[8] 玉米提·哈力克，塔依尔江·艾山.胡杨冠幅对塔里木河下游应急生态输水的响应[J].东北林业大学学报，2011，39（9）：82-84.
关键词 相对含水量；等效水厚度；叶绿素含量；胡杨
中图分类号 S718.43 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）17-009-03
Abstract [Objective] The aim was to discuss influencing factors of field experiment. [Method] Selecting Populus euphratica from typical section Arakan in the lower reaches of the Tarim River， collecting leaves from 3 layer， the FMC， EWT and chlorophyll content were measured， differences of leaf moisture content at various levels were discussed， as well as the optimal sampling quantity which can represent average leaf moisture content and chlorophyll content， the change of leaf moisture content and chlorophyll content within a day was analyzed.
[Result] Libra over one thousand scale precision could satisfy the demand of measuring a piece of leaf weight， ice bag preservation duration could meet the demands of field experiments； there was significant difference in leaf moisture content （P<0.01）. FMC and EWT had low rate of changes between 15 and 20 leave samples： we should sample leaves from 3 leaf layers and 15 leaves per layer. There were insignificant（P>0.05） correlation between 5， 10 and 15 leaves， we just need to measure 5 leaves as chlorophyll content. FMC and EWT fluctuated within a day， while the chlorophyll content remained stable（within 1.5 SPAD）. [Conclusion] The study can provide reference for field experiment of Populus euphratica， also provide research on large-scale inversion of physiological state of Populus euphratica.
Key words Fuel moisture content（FMC）； Equivalent water thickness（EWT）； Chlorophyll content； Populus euphratica
胡杨（Populus euphratica）是塔里木河下游荒漠河岸林生态系统的主要建群种之一，具有耐旱、耐盐碱的特性和防风固沙的功能[1]，它的存在与发展决定着整个塔里木河流域荒漠生态系统的结构、功能与环境变迁。含水量和叶绿素含量是反映植物健康状况的重要指标。目前，一系列针对胡杨在干旱胁迫下的生态适应性研究表明，在干旱胁迫下胡杨内含物质的变化能够有效反映胡杨的生理健康状况[2-7]。然而，关于检测胡杨叶片含水量和叶绿素含量状况的适宜采样量研究报道较少。如何确定适宜的采样量是在准备野外试验的关键步骤，是试验成功与否的关键。笔者探讨胡杨叶片平均含水量和叶绿素含量研究中的适宜采样量问题，旨在为野外胡杨叶片采样量和保鲜技术规范方面提供参考，为胡杨叶片含水量和叶绿素研究采样规范化提供切实可行的依据，为节约试验成本和提高试验的可靠性提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
选择具有典型代表性的阿拉干断面作为试验区，试验区内样树分布如图1所示。试验区位于塔克拉玛干沙漠和库鲁克塔格沙漠之间，是2个沙漠交接的地带，地处88°20′31″ E，40°09′33″N，干旱少雨，蒸发强烈，昼夜温差大，日照时间长，多风沙和浮尘天气，年降水量仅17～40 mm，年潜在蒸发量高达2 500～3 000 mm[8]，形成了典型的大陆性荒漠气候，植被稀疏，主要建群种有胡杨（Populus euphratica）、柽柳（Tamarix ramosissima）和芦苇（Phragmites australis）。 1.2 试验方法
1.2.1 叶片的采集。在野外试验前，在试验室附近从长势良好的成年榆树上分别取20片叶子，其中10片叶子尺寸逐渐变大，另10片尺寸均一且处于叶片平均尺寸水平，用于天平精度及叶片保鲜方法的检验。
为探讨合适的采样量、采样位置及叶片尺寸的影响，在试验区阿拉干选择1棵长势中等的胡杨树，将树分为上、中、下3层，每层分10片、20片、30片3个数量级采样，每个数量级按相同尺寸和不同尺寸采样。
为了确定一天中最合适的采样时间，在试验区阿拉干选择1棵长势中等的胡杨树，从8：00点开始按照、上、中、下3层采样，每层进行采集15片叶片，每隔1 h采样1次，直至下午17：00。于8月8日和8月10日进行采样。
1.2.2 叶片的保鲜。
采用冰袋法进行胡杨叶片的保鲜。将采摘的胡杨叶片用封口袋封装后放入冰袋内，将冰袋置于泡沫箱中，放在没有阳光直射的窗台上，分别于8、10、12、24 h后使用千分之一天平称重。
1.2.3 含水量的测定。
FMC和EWT是表征含水量时常用的两种方法，尤其是FMC的鲜重百分比的表现形式。选择FMC和EWT来表示含水量：相对含水量（Fuel moisture content，FMC）和等效水厚度（Equivalent water thickness，EWT）。
FMC是叶片中水分含量占鲜叶重的百分比，其计算公式如下：
FMC=FW-DWFW×100%（1）
式中，FW为叶片鲜重，DW为叶片干重。
EWT表示单位叶面积的含水量，其计算公式如下：
EWT（g/cm2）=FW-DWA（2）
式中，FW为叶片鲜重，DW为叶片干重，A为叶面积。
叶片的鲜重和干重使用精密天平进行称量。含水量的测定采用烘干法。首先，105 ℃杀青1 h，然后在75 ℃烘干至恒重。叶片面积的确定方法如下：在试验室中测量鲜重后，将叶片展平无重叠整齐摆放在平板扫描仪Epson Perfection 2450上，以分辨率300 dpi、黑白照片的图像类型进行扫描，以tif格式保存图像；然后，将tif图像导入ENVI 4.7软件中，采用阈值法提取图像中叶片信息，然后利用quick statistics功能统计叶片信息的像素数，再将得到的像素数导入至Excel，除以分辨率的平方90 000，即得到所扫描的叶子的叶面积值。
1.2.4 叶绿素含量的测定。
使用SPAD-502活体测定仪进行叶绿素含量的测定，每片叶子从样片不同部位重复测量5次，取其平均值。
2 结果与分析
2.1 天平精度的选择
分别用千分之一和万分之一的天平测量胡杨叶片鲜重和干重。采用SPSS配对样本t检验对2种精度的天平测得的干重和鲜重进行分析，在置信区间为95%的情况下，P>0.05说明2种精度天平称量的结果差异不显著。因为试验室中千分之一天平的秤盘不适合称量体积较大的样品，所以选用精度万分之一的天平。
2.2 冰袋保鲜的时长
将胡杨叶片保存在冰袋内，8、10、12和24 h后分别称重，发现重量在±0.001 g范围内浮动。因此，确定冰袋能够保鲜的时长能够满足野外采样的要求。
2.3 采样量、采样位置及叶片的选取
试验结果表明，上、中、下3个层次FMC之间的P值均为0，说明不同层次之间相对含水量差异极显著，3个层次EWT之间只有下层和中层之间差异极显著。这说明不同层次叶片含水量的差异较大，必须分层采样。
10片、20片或30片不同采样量之间FMC和EWT的P值均大于0.05，说明不同采样量之间差异不显著。这说明当采样量为10时已经能够代表这层叶片的含水量的平均水平。从图2可以看出，10～20片时的变化率远大于20～30片时的变化率。因此，笔者又分析了15～20片时FMC的变化率，结果表明15～20片FMC的变化率较小，与20～30片FMC的变化率差异不大，因此选取每层15片叶片为采样量。
相同尺寸和不同尺寸之间的t检验的P值大于0.05，即选择叶片时，不一定追求叶片尺寸的均一性，也可以有大的叶片和小的叶片混合，但尺寸不同的叶片所占总叶片的比例要基本一致。
基于以上分析，每棵树分上、中、下3层采样，每层从4个方位选取大小分布均匀的15片叶片。
2.4 叶绿素测定的采样方法及采样量的确定
叶片在树上不剪下时测量其叶绿素含量，此外从树上采摘叶片后测量其叶绿素含量，对比2种采样方法测得的叶绿素含量。然后，用配对样本T检验的方法，对2种采样方法测得的叶片叶绿素含量进行显著性检验，检验结果表明差异并不显著。
在研究区阿拉干，距河道不同距离选择4棵长势中等的胡杨树，从不同方位取15片叶片，分别随机选取5片、10片、15片，对5片、10片、15片叶片的叶绿素含量进行配对样本T检验，结果表明差异不显著，所以认为采摘5片叶子测得的叶绿素含量能够代表整棵树的叶绿素含量。
2.5 FMC、EWT和叶绿素的日变化
为了确定一天中最合适的采样时间，选择1棵长势中等的胡杨树，从8：00开始对其按照上、中、下3层，每层15片叶片进行采样，每隔1 h采样1次，直至17：00。于8月8日和8月10日共采集2 d，8月8日天气稍晴，10日是微扬沙天气。从图3可以看出，8月8日测得的FMC和EWT均有较大波动，而8月10日波动较小，这可能与8月8日晴朗天气有关。含水量表现出较大日变化，可能有以下原因：①重复少（只有2 d的采样数据）；②不同方向叶片含水量差异大，建议分析含水量日变化时要尽量摘取同一部位的叶片。 从一棵树上选取5片叶片并标记，从7：30开始每隔30 min对标记叶片，测量叶绿素含量，其变化曲线如图4所示。叶绿素数据在1 d内的波动较小，即在1.5 SPAD单位内，而SPAD-502的重复性误差为±3SPAD，因此叶绿素的波动可忽略不计。
3 结论
正确的保鲜方式、合适的采样时间和适度的采样量是野外试验研究的基础，是应当首先考虑的问题。笔者探讨了野外测量胡杨叶片含水量和叶绿素含量时合适的采样方法，可为野外试验研究提供参考，同时也为大范围反演胡杨生理状况研究提供试验依据。因此，在野外采集胡杨叶片样品时，应注意以下方面：
①当测量1片胡杨叶片的重量时，可选择精度千分之一的天平，此时对同一片叶片的测量精度与万分之一精度的天平没有显著差异；
②野外试验时，冰袋保鲜法具有灵活、携带方便、价格低廉、保鲜时间较长（至少可达到24 h）等优点，可作为野外样品保鲜的首选；
③因位于胡杨上、中、下不同层次的叶片含水量之间有显著差异（P<001），所以采样时需分3层采样，每层采集15片叶片，叶片尺寸要求分布均匀；
④使用SPAD-502 等野外快速测量仪器测量叶绿素含量时，在树冠顶部选择5片叶子即可满足研究要求；叶绿素含量在1 d内较为稳定，采样时间可以在1 d内任何时间。
参考文献
[1] 梁匡一，刘培君.塔里木河两岸资源与环境遥感研究[M].北京：科学技术文献出版社，1990.
[2] 张青青，徐海量，叶茂，等.不同地下水埋深下胡杨叶片生理指标变化特点[J].植物研究，2009，29（4）：453-459.
[3] 陈亚鹏，陈亚宁，李卫红，等.塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨生理特点分析[J].西北植物学报，2004，24（10）：1943-1948.
[4] 付爱红，陈亚宁，李卫红.新疆塔里木河下游胡杨不同叶形水势变化研究[J].中国沙漠，2008，28（1）：83-88.
[5] 朱成刚，李卫红，马晓东，等.塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨叶绿素荧光特性研究[J].中国沙漠，2011，31（4）：927-936.
[6] 曾凡江，张希明，ANDREA FOETZK，等.新疆策勒绿洲胡杨水分生理特性研究[J].干旱区研究，2002，19（2）：26-30.
[7] 高明月，吉小敏，靳开颜.不同水分条件下胡杨和新疆杨苗期叶绿素变化[J].防护林科技，2011（2）：6-8.
[8] 玉米提·哈力克，塔依尔江·艾山.胡杨冠幅对塔里木河下游应急生态输水的响应[J].东北林业大学学报，2011，39（9）：82-84.