間隔種植法對(duì)佛甲草越冬表現(xiàn)的影響①

金生英徐斌 余江勇 黃佳敏 譚建萍

(廣東東籬環(huán)境股份有限公司廣東廣州510335)

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新報(bào)告，中國(guó)城鎮(zhèn)化率從1978年的17.92%增加到2019年的60.60%，用了40年時(shí)間完成超過(guò)60%的城市化率，這是一個(gè)高度“壓縮型”的城市化進(jìn)程［1］。城市化進(jìn)程的高度壓縮，導(dǎo)致城市地面用地日益緊張，建筑用地和綠化用地的比例更加不協(xié)調(diào)，同時(shí)在城市化建設(shè)的過(guò)程中，經(jīng)常忽視生態(tài)效益，城市生態(tài)環(huán)境遭受?chē)?yán)重破壞。而屋頂綠化作為一種見(jiàn)縫插綠的新型綠化方式，深受城市建設(shè)者和市民的喜歡，城市屋頂綠化能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益［2-3］。

目前城市屋頂綠化采用景天科、鴨跖草科和馬齒莧科的植物居多，尤其是景天科的佛甲草應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)榉鸺撞菽秃敌院茫?qiáng)，管理粗放，綠意盎然。然而現(xiàn)有的栽培技術(shù)很少考慮佛甲草的越冬問(wèn)題，即使佛甲草本身具有較好的抗寒性，但到了冬季，佛甲草在我國(guó)北方地上大部分莖葉會(huì)枯死，只有靠近地面的莖節(jié)上保留有密密麻麻的嫩綠小苗，來(lái)年春季氣溫回升，幼苗很快又恢復(fù)生長(zhǎng)，如果遇到極端寒冷天氣，有可能影響第二年的返青；而華南地區(qū)的佛甲草每年也會(huì)步入一段枯萎期，而這段枯萎期是很多華南地區(qū)屋頂“四季常青”的詬病。因此，通過(guò)改變佛甲草的種植方式試圖改善佛甲草的抗寒，為華南地區(qū)乃至夏熱冬冷地區(qū)屋頂綠化植物的越冬養(yǎng)護(hù)管理提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年10月至2020年1月在廣州市增城區(qū)荔城街溫山嚇村（東籬生態(tài)旅游莊園）試驗(yàn)地（E 113°49′41.29″，N 23°21′27.5″，H 10 m）進(jìn)行。該地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，1月份日均最低溫11℃，日均最高溫19℃，10月份日均最低溫21℃，日均最高溫30℃，日平均溫度超過(guò)25℃的主要集中在5～9月份；10月份后氣溫逐漸下降，有明顯的雨季和旱季之分。

1.1.2 試材

供試植物：佛甲草（Sedum lineare）；填充材料：有機(jī)覆蓋物（上海摩奇園林有限公司生產(chǎn)，紅棕色）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用不同規(guī)格的間苗器種植屋頂綠化植物，均采用斷莖法［4］進(jìn)行擴(kuò)繁種植，每種植物設(shè)置1個(gè)對(duì)照和3個(gè)處理。對(duì)照組采用常規(guī)密植的播種方法，3個(gè)處理組采用不同規(guī)格的間苗器種植，間苗規(guī)格分別為5 cm×5 cm、10 cm×10 cm、20 cm×20 cm，通過(guò)間苗器將屋頂綠化植物間隔排列種植，隔離帶間隔框填充有機(jī)覆蓋物［5］，種植完畢后取出間苗器。試驗(yàn)均在室外環(huán)境和養(yǎng)護(hù)管理水平下進(jìn)行，種植佛甲草采用統(tǒng)一配制的輕型屋頂綠化基質(zhì)（主要成分：腐熟堆肥、椰糠、黃泥、蚯蚓糞），在試驗(yàn)期間每7 d澆一次水，無(wú)需再添加其它肥料。處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)8盆，每盆0.25 m2。試驗(yàn)從2019年10月8日開(kāi)始播種，10月8日至11月15日進(jìn)行正常的養(yǎng)護(hù)管理，11月中旬所有試驗(yàn)組屋頂綠化植物均已成坪。2019年11月15日至2020年1月15日，對(duì)植物的表型進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，處理結(jié)束后對(duì)生物學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，生物學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)當(dāng)天采集，當(dāng)天測(cè)量；抗寒理化指標(biāo)數(shù)據(jù)將葉片采集到實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行測(cè)量，采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。

1.2.2 觀察指標(biāo)和測(cè)定

（1）生物學(xué)指標(biāo)的測(cè)定生物學(xué)指標(biāo)主要測(cè)株高、莖稈粗細(xì)、葉長(zhǎng)、葉寬、葉厚5個(gè)指標(biāo)，將每種植物每個(gè)處理隨機(jī)選取8株，用卷尺測(cè)量其田間的自然株高，用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖稈粗細(xì)，然后每株植物中部選取3片成熟的葉片，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其厚度、長(zhǎng)度和寬度。

（2）抗寒理化指標(biāo)的測(cè)定抗寒理化指標(biāo)測(cè)定項(xiàng)目有電導(dǎo)率、葉綠素含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量6個(gè)指標(biāo)。將每種植物5 cm×5 cm、10 cm×10 cm、20 cm×20 cm處理組和密植對(duì)照組植物隨機(jī)選取10片植株中部的成熟葉片，帶回實(shí)驗(yàn)室做前期處理，細(xì)胞膜透性測(cè)定采用電導(dǎo)法［6］；葉綠素含量測(cè)定采用乙醇浸泡法［7］；SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）法［8］；可溶性蛋白含量的測(cè)定采用紫外吸收法［9］；MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）法［7］；脯氨酸含量的測(cè)定采用酸性茚三酮比色法［9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間苗間距種植對(duì)佛甲草生物學(xué)指標(biāo)的影響

如表1所示，和對(duì)照組（CK）相比，3個(gè)處理組經(jīng)過(guò)2個(gè)月的生長(zhǎng)繁殖，其生物學(xué)指標(biāo)有明顯的變化，使用了間苗器處理的3個(gè)試驗(yàn)組從表型上看明顯長(zhǎng)得比較矮小、粗壯，而對(duì)照組佛甲草叢生狀、細(xì)嫩。

從株高上來(lái)看，間苗間距越大，長(zhǎng)得越矮，對(duì)照組與3個(gè)不同間距處理組有顯著差異（p＜0.5），10 cm×10 cm間隔組與20 cm×20 cm間隔組之間的株高無(wú)明顯差異，說(shuō)明間苗間距增大到一定程度，對(duì)佛甲草株高的影響就會(huì)降低；從葉長(zhǎng)上來(lái)看，對(duì)照組與3個(gè)不同間距處理組之間差異不明顯（p＞0.5），其中20 cm×20 cm間隔的葉長(zhǎng)最長(zhǎng)，5 cm×5 cm間隔的葉長(zhǎng)最小，隨著間距的增大，葉長(zhǎng)也在增加，但對(duì)照組介于10 cm×10 cm間隔組與20 cm×20 cm間隔組之間；從葉寬上來(lái)看，對(duì)照組與3個(gè)不同間距處理組有顯著差異（p＜0.5），隨著間苗間距的的增大，葉寬也逐漸增加，但10 cm×10 cm間隔組與20 cm×20 cm間隔組之間的葉寬無(wú)明顯差異，這與株高的表現(xiàn)相同；從葉厚上來(lái)看，對(duì)照組與3個(gè)不同間距處理組有顯著差異（p＜0.5），3個(gè)不同間距處理組之間也有明顯差異，間距的增大是葉厚增大；莖稈粗細(xì)與間苗間距之間的關(guān)系同葉厚的表現(xiàn)一樣，對(duì)照組與3個(gè)不同間距處理組有顯著差異（p＜0.5），3個(gè)不同間距處理組之間也有明顯差異。

表1不同間苗間距種植對(duì)佛甲草生物學(xué)指標(biāo)的影響

2.2 間苗間距種植對(duì)佛甲草生理指標(biāo)的影響

由表2可知，經(jīng)過(guò)兩個(gè)半月的試驗(yàn)，同一處理組、同一對(duì)照組在不同的時(shí)間段內(nèi)由于氣溫的變化出現(xiàn)了相應(yīng)生理指標(biāo)的變化，而處理組與對(duì)照組之間在同一時(shí)間段內(nèi)的部分生理指標(biāo)也有變化。在同一處理組內(nèi)，11月中旬和1月中旬的隨著溫度的降低，相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性糖、可溶性蛋白、MDA、脯氨酸、SOD、POD、CAT都升高；葉綠素含量則降低，從表型上看，進(jìn)入初冬的佛甲草逐漸變?yōu)辄S綠色，葉質(zhì)變厚。

表2間苗間距種植對(duì)佛甲草生理指標(biāo)的影響

從不同處理組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在1月中旬，氣溫最低時(shí)，相對(duì)電導(dǎo)率隨著間苗間距的增大而升高，間距20 cm×20 cm達(dá)18.21%，但小于對(duì)照組，說(shuō)明相對(duì)電導(dǎo)率的變化更多是受氣溫因素的影響；葉綠素在3個(gè)處理組的含量高于對(duì)照組，3個(gè)處理組之間的葉綠素含量基本相同，說(shuō)明間隔種植對(duì)佛甲草葉片復(fù)綠起作用，間隔大小對(duì)葉綠素含量的影響有待進(jìn)一步研究；3個(gè)處理組的可溶性糖含量均高于對(duì)照組，可溶性糖含量在間距為10 cm×10 cm時(shí)最高，為11.96 g/kg，間距過(guò)大或過(guò)小對(duì)可溶性糖含量均有影響；丙二醛（MDA）、脯氨酸、過(guò)氧化物酶（POD）在3個(gè)處理組之間的變化規(guī)律同可溶性糖，均是在間距10 cm×10 cm時(shí)含量最高，間距大于或小于10 cm×10 cm，此3項(xiàng)指標(biāo)含量均減少，并且3個(gè)處理組含量均大于對(duì)照組；可溶性蛋白、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）含量這3項(xiàng)指標(biāo)含量隨著間苗間距的增大而升高，說(shuō)明間隔種植能提高佛甲草的抗性，但具體有待進(jìn)一步研究。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 佛甲草生物學(xué)指標(biāo)與抗寒性的關(guān)系

為了塑造合理的群體結(jié)構(gòu)，植株空間分布狀態(tài)的主導(dǎo)因素是行距配置，行距配置以改善整體冠層的輻射分布，使植株在最有利的條件下進(jìn)行新陳代謝［10］。間隔種植的佛甲草表現(xiàn)出了不同的生物學(xué)表象：有效控制了種群密度，株高變矮，莖變粗，這與佛甲草間的種間競(jìng)爭(zhēng)和光合效率有關(guān)。Chen等［11］研究指出，等距離排列是小麥植株田間最理想的配置結(jié)構(gòu)，在此配置下，植物不僅達(dá)到均等地利用資源，而且還消除種群個(gè)體間的干擾與競(jìng)爭(zhēng)，增強(qiáng)佛甲草抗逆性，合理的種植間距必不可少，過(guò)去的研究及應(yīng)用均以佛甲草密植為主，很少考慮調(diào)整種植間距提高佛甲草代謝水平。但是，并不是種植間距越大越好，結(jié)果顯示10 cm×10 cm間隔組與20 cm×20 cm間隔組無(wú)明顯差異。

有研究發(fā)現(xiàn)，冷型小麥的葉片枯萎較晚，有較長(zhǎng)的功能期和光合作用時(shí)間，且冷型小麥的綠葉面積穩(wěn)定期長(zhǎng)，光合作用長(zhǎng)，這樣的小麥在抗逆性方面具有較大的優(yōu)勢(shì)［12］。本研究中間隔種植的佛甲草葉片變長(zhǎng)、變寬，這在一定程度上增加了光合作用效率，綠葉期延長(zhǎng)，即葉片的功能期延長(zhǎng)，在南方地區(qū)可通過(guò)這種方式達(dá)到佛甲草四季常青的目的。另外，間隔種植的佛甲草葉片變厚，這也有利于佛甲草抗寒。增厚葉片的解剖結(jié)構(gòu)顯微觀察發(fā)現(xiàn)，葉肉組織發(fā)達(dá)，分化程度高，柵欄組織的厚度大，層次多，排列緊密，這種結(jié)構(gòu)有利于葉片自身對(duì)寒冷的防御能力［13］。

3.1.2 佛甲草生理指標(biāo)與抗寒性的關(guān)系

間隔種植不但能夠增強(qiáng)佛甲草自身的抗寒能力，還能在受到低溫脅迫時(shí)，通過(guò)一系列生理上的變化來(lái)應(yīng)對(duì)低溫，使佛甲草的抗寒能力進(jìn)一步加強(qiáng)，對(duì)安全越冬提供了保障。這一點(diǎn)從不同生理指標(biāo)的增幅或減幅可以反映，有研究表明，電導(dǎo)率與植物組織受寒程度呈正相關(guān)［14］，這與本文的研究結(jié)果一致；低溫脅迫能夠改變細(xì)胞膜的通透性，本研究中處理組（間隔種植）的電導(dǎo)率增幅小于對(duì)照組（密植），說(shuō)明膜的通透性變化小，受到的傷害較小，抗寒能力增加。低溫脅迫能使葉綠素降解，還能使與光合有關(guān)的酶失活［15］，在本研究中，1月中旬，處理組（間隔種植）的葉綠素減幅小于對(duì)照組（密植）的，說(shuō)明間隔種植使佛甲草在受到低溫脅迫時(shí)對(duì)葉綠素的降解有緩解作用。

大量研究表明，植物在逆境脅迫下會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的活性氧，MDA是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，SOD、POD、CAT等是細(xì)胞中的主要抗氧化酶，是活性氧非常有效的清除劑，是植物抗氧化系統(tǒng)的第一道防線［16］。研究發(fā)現(xiàn)，處理組和對(duì)照組隨著溫度的降低，MDA、SOD、POD、CAT含量均有所增加，說(shuō)明低溫脅迫時(shí)，這些主要的抗氧化酶活性增強(qiáng)，與上述理論一致；另外還發(fā)現(xiàn)，處理組中MDA、POD含量隨著間苗間距的增大而升高，而SOD和CAT在間距10 cm×10 cm時(shí)達(dá)到最高，說(shuō)明間隔種植法種植的佛甲草抗寒性能更好，且間距大小影響著抗寒生理指標(biāo)，間距在10 cm×10 cm時(shí)，抗寒能力最佳。

在低溫脅迫時(shí)脯氨酸作為維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，對(duì)細(xì)胞運(yùn)輸和調(diào)節(jié)滲透壓有重要作用。在低溫脅迫下，脯氨酸大量積累，可以最大程度地維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)，而且對(duì)脅迫解除后的恢復(fù)有很大幫助［15］。同樣，逆境脅迫可引起細(xì)胞內(nèi)可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)等多種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的增加，這些物質(zhì)親水性強(qiáng)，可以增加細(xì)胞對(duì)水分的束縛，明顯增強(qiáng)細(xì)胞的持水力，有助于提高細(xì)胞原生質(zhì)彈性，降低冰點(diǎn)，避免原生質(zhì)結(jié)冰而使細(xì)胞致死。在本研究中，處理組增幅大于對(duì)照組，說(shuō)明間隔種植下的佛甲草脯氨酸積累量更大，進(jìn)一步說(shuō)明間隔種植的佛甲草為抵御低溫能大量合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)提高自身抗寒力。

耐寒植物的耐寒性是一個(gè)受多因素影響的、復(fù)雜的數(shù)量性狀，用單一指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確反映植物耐寒性的強(qiáng)弱，必須對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，而且在本研究中使用的間隔填充物為園林有機(jī)覆蓋物，這種物質(zhì)把佛甲草四周?chē)饋?lái)，既具有保溫作用，還能提供營(yíng)養(yǎng)，但這是否與能增加佛甲草的抗寒能力需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.2 結(jié)論

間隔種植法對(duì)佛甲草越冬表現(xiàn)影響的研究中，佛甲草作為屋頂綠化的主要草種之一，其適宜的間隔間距不僅有利于自身抗寒能力的增加，而且有一定的美觀性。當(dāng)種植間隔在10 cm×10 cm，佛甲草表現(xiàn)的矮小粗壯，葉片變厚、變大；在逆境脅迫時(shí)，葉綠素含量減少，電導(dǎo)率、MDA、SOD、POD、CAT、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量均有所增加，而且經(jīng)過(guò)各項(xiàng)生理指標(biāo)綜合分析表明，間隔種植法種植的佛甲草比密植的佛甲草抗寒能力強(qiáng)，最適間距為10 cm×10 cm。