廣州地區(qū)7種常用綠墻植物的抗旱性研究

劉悅明 孫苗苗 李許文 劉國鋒 余銘杰

摘要：為篩選適合廣州地區(qū)綠墻綠化種植的抗旱植物，以鴨腳木、錦竹芋、孔雀竹芋、綠蘿、山菅蘭、波士頓蕨、紅背桂等7種常用的綠墻植物為實驗材料，進行了抗旱性研究。通過實驗表明：控水15d后紅背桂形態(tài)變化最明顯，鴨腳木最不明顯;7種植物的土壤含水量下降都較明顯，葉片含水量下降不明顯;大部分植物葉綠素含量下降也較明顯，初始熒光上升幅度不大，PSⅡ最大光化學(xué)量子效率只有紅背桂下降幅度很大。通過隸屬函數(shù)分析可將這些植物在綠墻應(yīng)用中的抗旱性由強到弱排序為：綠蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂。

關(guān)鍵詞：綠墻植物;抗旱性;隸屬函數(shù)

中圈分類號：TU986文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）17-0039-04

1引言

隨著城市發(fā)展的加快，城市建筑不斷占據(jù)大量土地，綠化用地越來越少，為了給都市增添綠色，人們開始通過垂直綠化來增加綠化面積。近幾年來，我國各大城市已開始對垂直綠化進行研究與應(yīng)用，但大部分研究與應(yīng)用局限于陽臺綠化、橋柱綠化和圍墻綠化等，對建筑外立面的墻面綠化涉及較少，我國綠墻綠化主要通過借鑒、參考國外的綠墻綠化技術(shù)來實現(xiàn)進步。垂直綠墻作為新型的綠化技術(shù)，有機地與建筑相結(jié)合，能夠使“水泥森林”成功地轉(zhuǎn)型為“森林城市”，因此，加強垂直綠墻相關(guān)方面的研究，對美化建筑立面、降低建筑能耗、改善城市環(huán)境有重要意義。

2016年，廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院開展了節(jié)能減排立體綠化配套產(chǎn)品研發(fā)和示范，在廣州市大力開展垂直綠墻建設(shè)，研究成果在美化環(huán)境、節(jié)能減排、改善城市熱島效應(yīng)等方面取得了突出效益。研發(fā)和示范的綠墻形式主要有模塊式綠墻、布袋式綠墻、鋪貼式綠墻、移動屏風(fēng)式綠墻等，其優(yōu)點是施工簡便，適用范圍廣，利于廣泛應(yīng)用，但其存在由于基質(zhì)少導(dǎo)致蓄水量差，而高度依賴的灌溉系統(tǒng)又容易發(fā)生堵塞時常出現(xiàn)供水不暢，導(dǎo)致植物因缺水而影響景觀等問題，這些問題一定程度上限制了該些綠墻的推廣。因此，針對該些問題，本研究篩選抗旱性好的綠墻植物，減少對水的依賴，以提高綠墻質(zhì)量。以7種常用綠墻植物為材料，進行抗旱性研究，以期為綠墻植物的選擇和日常養(yǎng)護管理提供理論依據(jù)。

2材料與方法

2.1試驗材料

參試材料為鴨腳木（Schefftera octophylla）、錦竹芋（Ctenanthe oppenheimiana‘Quadricolor）、孔雀竹芋（Calathea makoyana）、綠蘿（Epipremnum aureum）、山菅蘭（Dianella ensifolia）、波士頓蕨（Nephralepisexaltata‘Bostoniensis）和紅背桂（Excoecaria co-chinchinensis）等7種植物，2年生苗，植株生長健壯，無病蟲危害。試驗于2017年8月到11月在廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院觀賞植物種質(zhì)資源圃玻璃溫室內(nèi)進行。

2.2試驗設(shè)計

將試驗材料種植在30cm×35cm×12cm的九宮格裝配式垂直綠墻的容器中，每種植物種植6個九宮格，共54株，栽培基質(zhì)為草炭：黃泥=3：1，統(tǒng)一正常水肥管理兩個月。在試驗前3d對所有植物進行連續(xù)澆水處理，以澆透水的當(dāng)天作為控水第O d，每隔3d進行形態(tài)觀察和測量各項生理指標，同時記錄環(huán)境溫度、濕度、光照度。

2.3指標測定

2.3.1植物形態(tài)評價

根據(jù)植物的整體形態(tài)、葉片形態(tài)、葉片色澤、葉片萎蔫卷曲量和枯黃量來評價植物的整體觀賞性能[3，如表1所示。

2.3.2生理指標測定

測定土壤含水量、葉片相對含水量、葉綠素含量。

2.3.3熒光參數(shù)測定

使用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xPAM2500進行測量。每種材料每種處理選取3個成熟葉片。測定前先將植物葉片用暗適應(yīng)夾暗適應(yīng)30min，獲得初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）和Fv/Fm（光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率）等參數(shù)。

2.4數(shù)據(jù)處理

用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行錄入和初處理。運用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法，對7種植物生長、生理生化等指標的隸屬函數(shù)值進行加權(quán)值計算，比較各個品種的抗旱性。

隸屬函數(shù)值計算分別用公式x=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）和x=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）計算與抗旱性呈正相關(guān)和負相關(guān)指標的隸屬值，其中x為隸屬函數(shù)值，X為植株某一指標測定值，xmin、Xmax為所有測試植株中某一指標的最小值和最大值。將每種材料各指標的隸屬函數(shù)值累加求平均值，根據(jù)平均值大小來確定抗旱性強弱。

3結(jié)果與分析

3.1干旱脅迫下不同植物的外觀形態(tài)特征變化

7種植物的在15d的干旱脅迫下失水癥狀有很大差異（表2），鴨腳木一直保持著較好的觀賞性，在第15d時葉片依然沒有出現(xiàn)失水、萎蔫的狀態(tài)，而錦竹芋和孔雀竹芋在第15d時出現(xiàn)葉片反卷的現(xiàn)象。綠蘿在第12d前葉片都表現(xiàn)出較好的狀態(tài)，在第15d時開始變軟萎蔫。山菅蘭在第9d時葉片開始萎蔫、下垂，在第12d時部分老葉出現(xiàn)枯萎現(xiàn)象，在第15d時，約有20%的葉片枯死，其它葉片出現(xiàn)萎蔫。波士頓蕨在第9d時葉片開始褪綠，葉色變淺，第12d時和山菅蘭一樣，單株較老的葉片開始干枯死亡，在第15d時枯死的葉片約為15%。紅背桂在第3d就出現(xiàn)葉片萎蔫的現(xiàn)象，在第6d時大部分葉片萎蔫下垂、反卷，第9d時葉片開始干枯，第12d時葉片大部分干枯，第15d時葉片已經(jīng)完全干枯變黃。綜合上述分析，紅背桂在第3d時就出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，其它植物在第9d前大部分可以保持較好的觀賞性狀，說明大部分植物較耐干旱。

3.2干旱脅迫下不同植物的土壤含水量變化

由表3可知，剛澆水后，7種植物的土壤含水量基本相同，在干旱脅迫下，各種植物的土壤含水量都呈下降趨勢，但下降的速率和程度不同。與其他植物相比，綠蘿在干旱處理下，土壤含水量下降幅度最小，第15d土壤含水量仍然可以達到56%;錦竹芋次之，干旱處理15d后土壤含水量下降為39%;山菅蘭和紅背桂的土壤含水量下降最快，處理3d土壤含水量就降低一半，12d后降到10%以下。結(jié)果表明，種植不同的植物對基質(zhì)的保水性有顯著影響，在相同的控水條件下，綠蘿的保水能力最強，然后依次為錦竹芋、孔雀竹芋、波士頓蕨和鴨腳木，山菅蘭和紅背桂的保水能力最差。

3.3干旱脅迫下不同植物種類的葉片含水量變化

由表4可以看出，不同植物隨著干旱脅迫的加劇，葉片含水量的下降幅度有很大差異。干旱初期，植物的葉片含水量下降都不明顯，在干旱第3d時，錦竹芋和綠蘿的葉片含水量沒有下降，這兩種植物的土壤含水量下降幅度也相對較小，說明土壤中存留的水分可保證葉片中的含水量。大部分植物的葉片含水量下降幅度也不大，只有紅背桂的葉片含水量下降最為劇烈，15d后降為15%，山菅蘭次之，它們的土壤含水量下降也最快，表明土壤含水量和葉片含水量存在很大的相關(guān)性;但鴨腳木在第15d時土壤含水量僅為10%，而其葉片含水量依然為86%，說明葉片本身的保水性也有顯著差異。

3.4干旱脅迫下不同植物品種葉綠素含量的變化

植物葉片里的光合色素參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化過程，其含量是反映植物光合能力的一個重要指標。周海燕等認為在干旱脅迫的條件下，最大程度的保持葉片的葉綠素含量是植物對于干旱脅迫的一種適應(yīng)和抵抗。植物在受到干旱脅迫時光合作用會受到影響，葉綠素含量也會隨之下降，光合速率在脅迫越嚴重時下降的速度越快。由表5可知，干旱脅迫下所有植物的葉綠素都有下降，但不同種類下降有所差異。鴨腳木和綠蘿的葉綠素含量下降幅度極小，脅迫15d時較脅迫O d時分別下降了38%和25%，表明鴨腳木和綠蘿較抗旱。錦竹芋和孔雀竹芋的葉綠素下降幅度較鴨腳木和綠蘿次之，則錦竹芋和孔雀竹芋較耐旱。山菅蘭的葉綠素含量開始下降幅大，后續(xù)降幅較小，但總體來講其下降幅度都較大，則表明其較不耐旱。波士頓蕨和紅背桂開始下降幅度較小，而后來則下降幅度較大，脅迫15d時下降了95%，是下降幅度最大的，則表明兩者最不耐旱。

3.5干旱脅迫下PSⅡ最大光化學(xué)效率的變化

葉綠素?zé)晒鉁y量是研究植物光合效率的一種新型技術(shù)，它主要研究PSⅡ及其光合電子傳遞信息，是研究植物光合生理和逆境脅迫關(guān)系的理想指標。汪寶根等在研究干旱下長豇豆葉綠素?zé)晒鈪?shù)與品種抗旱性的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，熒光參數(shù)與作物品種的抗旱性有著十分密切的關(guān)系，可作為鑒定品種抗旱性的相關(guān)指標。

Fo為最小初始熒光，又稱基底熒光或暗熒光。在植物受到逆境脅迫時，PSⅡ反應(yīng)中心的破壞或可逆失活則引起Fo的增加，可根據(jù)Fo的變化推測反應(yīng)中心的狀況和可能的光保護機制。由表6可以看出在干旱脅迫下所有植物的Fo值開始都呈現(xiàn)上升趨勢，表明PSⅡ反應(yīng)中心遭到破壞，隨著干旱脅迫的增加紅背桂的Fo值增加最多，增幅達62%，說明紅背桂的PSⅡ反應(yīng)中心遭到破壞最嚴重?？兹钢裼蟮脑黾臃葹?4%，其他植物增幅均為20%左右，綠蘿和鴨腳木的增幅最低，表明綠蘿和鴨腳木抗旱性最強。

Fv/Fm是PSⅡ最大光化學(xué)量子效率或最大PSⅡ的光能轉(zhuǎn)換效率。它表示當(dāng)所有反應(yīng)中心開放時PSⅡ的最大光化學(xué)效率，可以衡量PSⅡ的光抑制程度。由表7可看出這7種植物的Fv/Fm值變化均不顯著，只有紅背桂在干旱第9d到第15d時下降趨勢明顯，可能是由于第15d時其他植物均未達到重度干旱。紅背桂在第15d時葉片含水量已經(jīng)非常低，而其他植物的葉片含水量下降幅度都不大，只有在重度干旱，葉片含水量下降很快的時候Fv/Fm的值才會顯著降低。

3.6隸屬函數(shù)綜合評價分析

為了有效地評價這7種植物的耐旱性，本研究采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法分析（表8），對品種的多個性狀進行綜合分析，從而做出全面評價。由隸屬函數(shù)綜合評價可將這些植物的抗旱性由強到弱排序為：綠蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂，與它們受到干旱處理后植株的形態(tài)變化較為一致。

4結(jié)果與討論

植物抗旱能力受多因素影響，鑒定植物抗旱能力的指標也有很多，本文主要是通過形態(tài)結(jié)構(gòu)指標、水分生理指標和光合作用指標來研究這七種植物在廣州地區(qū)作為綠墻植物種植的抗旱能力。從15d的外部形態(tài)觀測來看，紅背桂外部形態(tài)變化最快，表現(xiàn)抗旱能力弱，其次是山菅蘭和波士頓蕨，綠蘿、孔雀竹芋、錦竹芋外部形態(tài)變化較小，鴨腳木在第15d時外部形態(tài)幾乎沒有變化。對相對土壤含水量實驗表明，錦竹芋、孔雀竹芋、綠蘿、山菅蘭、波士頓蕨和紅背桂的葉片含水量都呈現(xiàn)出下降趨勢，說明植物的土壤含水量和葉片含水量呈正比趨勢。葉片含水量的高低可以直接反映植物的失水速率，植物受到干旱脅迫時，由于土壤缺水，首先會導(dǎo)致葉片失水，鴨腳木的土壤含水量雖下降較快，但葉片含水量卻下降很慢，可能是它特殊的革質(zhì)葉片具有較強的保水性。石超等在對4種連翹屬植物對土壤含水量變化的生理反應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，四種連翹屬植物的Fv/Fm在土壤水含量降至2%（飽和含水量6%）時才急劇下降，說明Fv/Fm受到重度脅迫時才會急劇下降。本研究所測植物的最大光化學(xué)量子效率Fv/Fm只有紅背桂在第12d重度干旱時急劇下降，與石超的研究結(jié)論相符。

通過綜合分析，結(jié)果表明，在廣州的氣候條件和廣州綠墻植物的種植條件下供試的7種植物的抗旱能力由強到弱依次為：綠蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂。因此，綠蘿、鴨腳木、孔雀竹芋、錦竹芋和波士頓蕨等都具有較強的抗旱能力，適宜作為綠墻綠化植物。