Welcome to visit Anhui Agricultural Science Bulletin!

Anhui Agricultural Science Bulletin >

2025 , Vol. 31 >Issue 15: 42 - 46

DOI: https://doi.org/10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.15.011

Analysis of leaf water holding capacity and its correlation with leaf traits of 8 garden tree species in Xinxiang, Henan Province

  • YU Zihao 1 ,
  • LIU Hanlu 1 ,
  • SHI Xinyu 1 ,
  • YANG Ronghao 1 ,
  • YANG Diyuan 1 ,
  • ZHOU Ruijin 1, 2
Expand
  • 1. College of Horticulture and Landscape Architecture, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China
  • 2. Xinxiang Key Laboratory of Fruit Tree Germplasm Resources and Genetic Breeding, Xinxiang 453003, China

Received date: 2024-12-28

  Online published: 2025-08-14

Fold

Abstract

To screen tree species with strong water holding capacity, the indoor extraction method was adopted to analyze the leaf characteristics such as leaf length, leaf water holding rate, water absorption rate, water loss rate and water loss rate of 8 garden tree species including Cercis chinensis. The water retention rate and immersion time of the leaves, the water loss rate and water loss time, the water absorption rate and immersion time of the leaves, and the water loss rate and water loss time were functively fitted to analyze the correlation between the leaf characteristics and the water retention performance. The results showed that, (1) the maxium leaf water holding rates of the 8 garden tree species, from high to low, were as follows: Diospyros lotus (346.27%)>Fraxinus chinensis (345.23%)>Rosa chinensis (314.87%)>Cercis chinensis (282.13%)>Chaenomeles speciosa (229.47%)>Photinia serratifolia (198.60%)>Buxus sinica var. parvifolia (179.20%)>Buxus megistophylla (150.27%); the maxium water loss rates of leaves, from high to low, are as follows: Diospyros lotus (56.49%)>Photinia serratifolia (55.86%)>Chaenomeles speciosa (52.77%)>Rosa chinensis (52.56%)>Cercis chinensis (49.76%)>Buxus sinica var. parvifolia (49.34%)>Fraxinus chinensis (45.60%)>Buxus megistophylla (41.73%). (2) With the increase of soaking time, the water holding rate and water loss rate of the leaves of the 8 garden tree species showed a logarithmic function relationship, while the water absorption rate and water loss rate showed a power function relationship. (3) The maximum water holding capacity of leaves was closely related to the specific leaf area. In conclusion, the water holding capacity of Diospyros lotus, Fraxinus chinensis and Rosa chinensis was relatively good, and they had a strong ability to conserve water sources. The research results provide a reference for the selection of tree species to optimize the water conservation function of urban green spaces.

Key words： garden tree species; leaf; water holding capacity; conserve water sources

Cite this article

YU Zihao , LIU Hanlu , SHI Xinyu , YANG Ronghao , YANG Diyuan , ZHOU Ruijin . Analysis of leaf water holding capacity and its correlation with leaf traits of 8 garden tree species in Xinxiang, Henan Province[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(15) : 42 -46 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.15.011

城市园林绿化具有涵养水源、保持水土、防风固沙以及生态修复等功能，是城市园林建设的重要组成部分。干旱灾害在一定程度上影响了农业生产、生态环境。维持树木正常生长需要消耗大量水资源，随着城市绿化率的提高，城市绿化用水需求持续增加。植物对水分的需求与其形态特征、生长状况、生理变化以及所处环境条件等存在密切联系[1]。叶片是植物与外界环境开展物质、能量交互的关键器官，其含水量体现了植物对水分环境的适应能力[2-3]。因此，筛选保水能力强且需水量少的园林绿化树种对于提升城市绿化水平具有重要意义。
张惠云等[4]采用室内浸泡等方法探究了勾儿茶等20种常见灌木树种叶片形态与持水的关系，结果表明，叶片最大持水率是自然持水率的2.59～5.34倍，持水量随浸水时间对数增加，持水速率随吸水时间幂函数降低，0.25 h时勾儿茶吸水速率最大、刺鼠李最小，构树叶片持水能力较强，川陕花椒较弱。王丁等[5]研究发现，随着干旱胁迫强度的增加，6种树种在不同生长时期的叶片水势均呈下降趋势，以生长旺期叶片水势的下降幅度最大。刘海涛等[6]对比分析了青海共和盆地4个林龄乌柳的水分生理特征及叶片性状参数，发现4年生乌柳的水分利用效率较高。
本研究以河南科技学院（河南新乡）校园绿地内的紫荆（Cercis chinensis）等8种园林树种叶片为研究对象，采用室内浸提的方法，对各树种叶片的持水性能和失水性能进行比较，筛选出持水能力相对较强的树种，为其在城市绿地中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区基本情况

研究区位于河南省新乡市东南部（35.18° N，113.54° E），该地属暖温带大陆性气候，年平均气温14 ℃，无霜期约205 d，年平均日照时长2 650 h，年降水量573.4 mm，土壤pH 7.0～8.0。

1.2 试验材料

试验材料为紫荆、白蜡（Fraxinus chinensis）、大叶黄杨（Buxus megistophylla）、小叶黄杨（Buxus sinica var. parvifolia）、月季（Rosa chinensis）、贴梗海棠（Chaenomeles speciosa）、石楠（Photinia serratifolia）、君迁子（Diospyros lotus）共8种园林绿化树种的叶片。

1.3 试验方法

1.3.1 叶片性状测定

2022年10月在河南科技学院校园内各园林绿化区域采摘叶片，所摘叶片要求新鲜、完整且无病虫害，采摘完成后将其装入自封袋，带回实验室作进一步处理。从采集的叶片中随机选取各树种的30片叶片，先剪去叶柄，用LA-S多功能叶面积仪测定叶面积，用游标卡尺测量叶长（叶片的最长距离值）、叶宽（叶片的最宽距离值）以及叶厚度，计算叶面积指数（叶长/叶宽），测量叶片厚度时需避开叶片主脉。每片叶重复测量3次，取平均值。

1.3.2 持水性能测定

将叶片装入信封，用75 °C鼓风干燥箱烘干至恒重，称量叶干重。采用浸泡法[7]测定叶片持水能力，称量烘干的8种园林树种叶片各10 g，依次装入尼龙网袋中，将其放入蒸馏水中浸泡，分别在浸泡0.5、1、2、3、5、7、9、11、21、23、24 h后取出，悬置至不滴水时称重。在叶片浸水24 h后取出，将尼龙袋悬挂于空气中自然风干，分别在0.5、1、2、5、7、19、21、23、24 h后称重并记录，每组试验重复3次。根据公式（1）～（4）计算叶片持水率、吸水速度、失水率和失水速率。
叶片持水率（%）=（mt 1-m 1）/m 1×100
叶片吸水速率=（mt 1-m 1）/m 1×t 1
叶片失水率（%）=（m 2-mt 2）/m 2×100
叶片失水速率=（m 2-mt 2）/m 2×t 2
式（1）～（2）中，m 1为烘干后叶片净重量；t 1为浸泡时间；mt 1为浸泡t 1后的叶片质量。式（3）～（4）中，m 2为浸泡24 h后叶片质量；t 2为失水时间；mt 2为失水t 2后的叶片质量。

1.3.3 持水性能函数拟合

参照郑晶晶等[8]的研究方法，对叶片的持水率和浸水时间、失水率和失水时间进行Y=a×Int+b（a、b为系数）对数拟合；对叶片的吸水速率与浸水时间、失水速率与失水时间进行V=k×t n（k、n为系数）幂函数拟合。

1.3.4 叶片性状与持水性能的相关性

选择皮尔逊（Pearson）相关系数衡量两个变量之间的线性相关程度，利用SPSS 24.0软件计算相关系数。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2019、SPSS 24.0和Origin 2018软件对数据进行分析处理和绘图。

2 结果与分析

2.1 叶片性状差异

由表1可知，8种园林树种叶片的叶长由大到小依次为君迁子>石楠>白蜡>紫荆>贴梗海棠>大叶黄杨>月季>小叶黄杨，其中月季与大叶黄杨，白蜡与石楠、紫荆差异无统计学意义（P>0.05）；叶宽由大到小依次为紫荆>君迁子>石楠>白蜡>大叶黄杨>月季>贴梗海棠>小叶黄杨，其中月季、白蜡、贴梗海棠和大叶黄杨4个树种叶片宽度差异无统计学意义（P>0.05）；叶面积指数由大到小依次为白蜡>石楠>贴梗海棠>君迁子>小叶黄杨>大叶黄杨>月季>紫荆；叶面积由大到小依次为紫荆>君迁子>石楠> 白蜡>贴梗海棠>月季>大叶黄杨>小叶黄杨，其中紫荆与其余树种差异均具有统计学意义（P<0.05）；叶厚由大到小依次为紫荆>贴梗海棠=石楠>大叶黄杨>君迁子>小叶黄杨>白蜡>月季；比叶面积由大到小依次为君迁子>紫荆>白蜡>月季>小叶黄杨>贴梗海棠>石楠>大叶黄杨，其中紫荆、君迁子与白蜡，小叶黄杨和月季，贴梗海棠、大叶黄杨和石楠之间差异无统计学意义（P>0.05）。
表1 不同树种叶片的叶片性状
树种 叶长/cm 叶宽/cm 叶面积指数 叶面积/cm2 叶厚/mm 比叶面积/（cm2/g）
紫荆 9.31±0.36 c 9.32±0.50 a 1.00 f 76.58±7.17 a 0.20 a 153.75 a
小叶黄杨 2.27±0.02 f 1.32±0.07 f 1.73 d 2.27±0.02 e 0.12 b 94.11 b
月季 4.44±0.07 e 3.06±0.05 d 1.45 e 12.30±0.54 d 0.10 a 112.58 b
白蜡 9.88±0.40 bc 3.44±0.10 d 2.87 a 29.37±2.26 c 0.11 b 150.63 a
贴梗海棠 6.39±0.35 d 3.03±0.11 d 2.11 c 15.20±1.96 d 0.18 a 71.93c
大叶黄杨 4.61±0.09 e 3.17±0.03 d 1.46 e 9.92±0.11 de 0.15 b 61.08 c
石楠 10.31±0.52 b 4.36±0.24 c 2.37 b 35.77±3.40 c 0.18 a 64.07 c
君迁子 11.43±0.18 a 5.65±0.08 b 2.02 c 49.90±0.32 b 0.13 b 159.95 a

注：同列不同小写字母表示不同树种间差异在0.05水平具有统计学意义。

2.2 叶片的持水特性

由图1可知，8种园林树种叶片的最大持水率由高到低依次为君迁子（346.27%）>白蜡（345.23%）>月季（314.87%）>紫荆（282.13%）>贴梗海棠（229.47%）>石楠（198.60%）>小叶黄杨（179.20%）>大叶黄杨（150.27%）。月季、紫荆和君迁子叶片持水率在0～4 h呈递增的趋势，随后逐渐趋于平稳；白蜡和君迁子叶片持水率在8～12 h有较大幅度的提高。
图1 不同树种叶片持水率与浸水时间的关系
由图2可知，8种园林树种叶片在浸泡0.5 h后，吸水速率由高到低依次为君迁子[3.091 g/（g·h）]>小叶黄杨[3.034 g/（g·h）]>月季[2.901 g/（g·h）]>白蜡[2.854 g/（g·h）]>紫荆[2.701 g/（g·h）]>贴梗海棠[2.138 g/（g·h）]>大叶黄杨[1.886 g/（g·h）]>石楠[1.682 g/（g·h）]。叶片吸水速率随浸水时间延长呈下降趋势。在浸泡0～3 h时，叶片的吸水速率呈快速下降趋势；浸泡3～11 h时，叶片的吸水速率下降趋势减缓，部分树种叶片的吸水速率降至0.2 g/（g·h）；浸泡11～24 h时，各树种叶片的吸水速率持续下降，逐渐接近于0，表明叶片的持水量趋于饱和状态，其吸水速率也逐渐趋于稳定，不再出现大幅波动。综合来看，不同浸水时间的叶片的吸水速率存在明显差异，在0～1 h叶片吸水速率的下降幅度相对较小，说明叶片的主要吸水能力集中体现在前1 h。
图2 不同树种叶片吸水速率与浸水时间的关系

2.3 叶片的失水特性

失水率是衡量持水性能的主要指标之一，不同树种叶片失水率各不相同，说明不同树种叶片持水性能存在差异[9]。由图3可知，在失水24 h后，月季、贴梗海棠、石楠和君迁子失水率在50%～57%；大叶黄杨、白蜡、小叶黄杨和紫荆失水率在40%～50%。8种园林树种叶片的最大失水率由高到低依次为君迁子（56.49%）>石楠（55.86%）>贴梗海棠（52.77%）>月季（52.56%）>紫荆（49.76%）>小叶黄杨（49.34%）>白蜡（45.60%）>大叶黄杨（41.73%）。在失水过程中，叶片失水率随失水时间的延长呈上升趋势。
图3 不同树种叶片失水率与失水时间的关系
由图4可知，8种园林树种叶片的最大失水速率由大到小依次为紫荆[0.672 g/（g·h]）>小叶黄杨[0.378 g/（g·h）]>君迁子[0.306 g/（g·h）]>白蜡[0.260 g/（g·h）]>月季[0.255 g/（g·h）]>石楠[0.226 g/（g·h）]>贴梗海棠[0.220 g/（g·h）]>大叶黄杨[0.095 g/（g·h）]。叶片失水速率随着失水时间的延长呈下降趋势。在0～4 h内，紫荆叶片的失水速率表现为急剧下降趋势，月季叶片的失水速率呈先上升后下降趋势，其余各类树种叶片的失水速率整体呈平缓下降趋势；在5～22 h内，各树种叶片的失水速率缓慢下降；22 h之后，各树种叶片的失水速率基本平稳。综合来看，8种园林树种的叶片前期失水速率较高，随着时间推移，其失水速率逐渐下降并趋于一致。
图4 不同树种叶片失水速率与失水时间的关系

2.4 持水性能函数拟合

由表2可知，8种园林树种的持水率与浸水时间的相关性在0.01水平均具有统计学意义，除小叶黄杨的拟合函数R2 =0.780外，其余树种的拟合函数R2 >0.900，表明方程具有较好的拟合效果；吸水速率与浸水时间的相关性在0.01水平均具有统计学意义，拟合函数R2 >0.970，表明方程具有较好的拟合效果。
表2 8种园林树种叶片持水率、吸水速率与浸水时间的相关性
树种叶片 持水率（Y 1）与浸水时间（t 1）的关系 吸水速率（V 1）与浸水时间（t 1）的关系
相关性方程 R2 相关性方程 R2
石楠 Y 1=32.47lnt 1+84.65 0.906** V 1=0.919 t 1 - 0.77 0.994**
月季 Y 1=39.05lnt 1+191.11 0.927** V 1=1.992 t 1 - 0.85 0.984**
贴梗海棠 Y 1=32.17lnt 1+146.64 0.905** V 1=1.512 t 1 - 0.83 0.978**
紫荆 Y 1=42.52lnt 1+162.98 0.970** V 1=1.720 t 1 - 0.82 0.987**
大叶黄杨 Y 1=14.04lnt 1+100.84 0.923** V 1=1.064 t 1 - 0.90 0.993**
小叶黄杨 Y 1=14.53lnt 1+124.04 0.780** V 1=1.455 t 1 - 0.92 0.993**
君迁子 Y 1=50.15lnt 1+159.25 0.920** V 1=1.710 t 1 - 0.80 0.992**
白蜡 Y 1=53.34lnt 1+171.81 0.904** V 1=1.767 t 1 - 0.79 0.981**

注：**表示相关性在0.01水平具有统计学意义。

由表3可知，8种园林树种的失水率与失水时间的相关性在0.01水平均具有统计学意义，拟合函数R2 >0.970，表明方程具有较好的拟合效果；失水速率与失水时间的相关性在0.01水平均具有统计学意义，除小叶黄杨R2 =0.709外，其余树种的拟合函数R2 >0.980，表明方程具有较好的拟合效果（表3）。
表3 8种园林树种叶片失水率、失水速率与失水时间的相关性
树种叶片 失水率（Y 2）与失水时间（t 2）的关系 失水速率（V 2）与失水时间（t 2）的关系
相关性方程 R2 相关性方程 R2
石楠 Y 2=11.39lnt 2+18.74 0.996** V 2=0.180 t 2 - 0.63 0.988**
月季 Y 2=10.89lnt 2+20.27 0.986** V 2=0.202 t 2 - 0.67 0.999**
贴梗海棠 Y 2=10.28lnt 2+15.70 0.991** V 2=0.334 t 2 - 1.01 1.000**
紫荆 Y 2=11.21lnt 2+15.02 0.975** V 2=0.151 t 2 - 0.60 0.999**
大叶黄杨 Y 2=10.57lnt 2+17.48 0.988** V 2=0.173 t 2 - 0.64 0.998**
小叶黄杨 Y 2=10.18lnt 2+9.55 1.000** V 2=0.071 t 2 - 0.38 0.709**
君迁子 Y 2=8.09lnt 2+23.35 0.999** V 2=0.241 t 2 - 0.71 0.999**
白蜡 Y 2=8.75lnt 2+15.82 0.970** V 2=0.160 t 2 - 0.67 0.999**

2.5 叶片性状与持水性能的相关性

由表4可知，叶片最大持水率与比叶面积呈正相关（P<0.01）；叶片最大吸水速率与比叶面积，叶片最大失水速率与叶宽、叶形指数呈正相关（P<0.05）。说明比叶面积一定程度上影响了叶片最大持水率、最大吸水速率，叶宽、叶形指数一定程度上影响了叶片最大失水速率。
表4 叶片性状与持水性能的相关系数
项目指标 叶长 叶宽 叶面积 叶形指数 叶厚 比叶面积
最大持水率 0.561 0.370 0.234 0.467 -0.205 0.865**
最大吸水速率 -0.044 0.060 -0.097 0.128 -0.544 0.787*
最大失水率 0.410 0.198 0.133 0.295 0.376 0.128
最大失水速率 0.203 0.718* -0.465 0.713* 0.347 0.605

注：*表示指标间相关性在0.05水平具有统计学意义。

3 结论与讨论

叶片形状与持水性能密切相关，其中叶片最大持水率、最大吸水速率与比叶面积存在正相关关系，表明叶片特征对其持水性能具有一定影响。通常情况下，叶片持水率越高，其持水性能越强；反之，失水率越高，意味着水分蒸发散失越快，叶片持水性能越弱[9]。
试验结果表明，8种植物叶片的持水率总体呈上升趋势。叶片最大持水率由高到低依次为君迁子>白蜡>月季>紫荆>贴梗海棠>石楠>小叶黄杨>大叶黄杨，其中君迁子、白蜡和月季的叶片最大持水率超过300%，紫荆和贴梗海棠叶片最大持水率在200%～300%，石楠、小叶黄杨和大叶黄杨的叶片最大持水率在100%～200%。君迁子、白蜡和月季的叶片持水能力相较于其他树种更为突出。蒋丽伟等[10]通过标准化浸水称重、数据分析等方法，发现油松与金叶榆叶片持水能力较强，油松和白蜡枝条持水能力优秀。本研究结果与此不一致，可能与植物在不同地区的叶片结构特性存在差异有关。叶片最大失水率由高到低依次为君迁子>石楠>贴梗海棠>月季>紫荆>小叶黄杨>白蜡>大叶黄杨。综合来看，君迁子、白蜡和月季叶片的持水性能在本次试验中表现相对较好。不同叶片的吸水速率在时间上存在明显差异，叶片的吸水能力集中体现在前1 h，这与于强等[11]的研究结果基本一致。本研究结果表明，8种园林树种叶片持水率、吸水速率与浸水时间的相关性方程，叶片失水率、失水速率与失水时间的相关性方程均具有较好的拟合效果。
综上，君迁子、白蜡和月季叶片的持水性能较好；随时间的增加，8种园林树种叶片的持水率和失水率呈对数函数关系，吸水速率和失水速率呈幂函数关系；比叶面积一定程度上影响了叶片最大持水率、最大吸水速率，叶宽、叶形指数一定程度上影响了叶片最大失水速率。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
李晶晶，白岗栓，张蕊. 陕北丘陵沟壑区常见树种叶片的吸水性能[J]. 中国水土保持科学，2013，11（1）：99-102.

[2]
于璐，苏德荣，刘艺杉. 3种草坪草叶片的水分吸收特性研究[J]. 北京林业大学学报，2013，35（3）：97-101.

[3]
喻阳华，李光容，皮发剑，等. 赤水河上游主要树种叶片与枝条持水性能[J]. 水土保持研究，2016，23（2）：171-176.

[4]
张惠云，王立，杨克彤，等. 白龙江干旱河谷常见灌木树种叶片持水性能[J]. 中南林业科技大学学报，2021，41（2）：23-34.

[5]
王丁，姚健，杨雪，等. 干旱胁迫条件下6种喀斯特主要造林树种苗木叶片水势及吸水潜能变化[J]. 生态学报，2011，31（8）：2216-2226.

[6]
刘海涛，贾志清，朱雅娟，等. 高寒沙地不同林龄乌柳的水分生理特性及叶性状[J]. 应用生态学报，2012，23（9）：2370-2376.

[7]
许诺，林开敏，刘圣恩，等. 凋落叶多样性对其持水性能的影响[J]. 水土保持学报，2016，30（4）：142-146，153.

[8]
郑晶晶，蔡锰柯，林宇，等. 6种不同沿海防护混交林凋落叶持水性能比较[J]. 水土保持通报，2015，35（5）：111-116.

[9]
郑文辉，林开敏，徐昪，等. 7种不同树种凋落叶持水性能的比较研究[J]. 水土保持学报，2014，28（1）：88-91.

[10]
蒋丽伟，方健梅，韩杰，等. 北京市常用绿化树种持水能力研究[J]. 西华师范大学学报（自然科学版），2024，45（5）：475-480.

[11]
于强，闫淑君，陈莹，等. 9种园林树种凋落叶的持水性能[J]. 中国城市林业，2021，19（6）：21-27.

Options
Outlines

/

〈 〉

ISSN 1007-7731　CN 34-1148/S
Bimonthly, Founded in 1995
Superintendent: Anhui Association for Science and Technology
Sponsored by: Anhui Association Of Agricultural Science Societies
Postal Code: 230091　
Tel: 0551-62675980、62678400
E-mail:anhuinxtb1995@163.com;ahnxtb2023@163.com
Visited
    Total visitors:
    Visitors of today:
    Now online:
Copyright © Anhui Agricultural Science Bulletin, All Rights Reserved.