5種地被植物耐踐踏性綜合評(píng)價(jià)

崔雅芳 李艷輝 牟寧寧 張雨辰 崔瀠心 郭金輝 蘇治維

摘要 以馬藺、野牛草、草地早熟禾、嶗峪苔草、麥冬5種地被植物為試驗(yàn)材料，采用人工踐踏法進(jìn)行試驗(yàn)處理，以不踐踏為對(duì)照，測定踐踏處理下5種地被植物的SOD、POD活性、MDA、葉綠素含量、葉長、根長、根重7個(gè)形態(tài)和生理指標(biāo)變化值。采用主成分分析法分析其與植物耐踐踏性之間的關(guān)系。通過主成分提取，用3個(gè)新的綜合指標(biāo)代替原來的7個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)。3個(gè)綜合指標(biāo)的累計(jì)貢獻(xiàn)率為98.545%。所選的7個(gè)生理指標(biāo)與耐踐踏性的相關(guān)性順序?yàn)镻OD活性>根重>葉綠素含量>MDA含量>SOD活性>根長>葉長。采用隸屬函數(shù)加權(quán)法對(duì)5種地被植物的耐踐踏性進(jìn)行綜合評(píng)定，其耐踐踏性強(qiáng)弱次序?yàn)橐芭２?馬藺>麥冬>嶗峪苔草>草地早熟禾。

關(guān)鍵詞 地被植物;耐踐踏性;主成分分析;綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào) S 688.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）14-0128-03

Abstract Five ground cover plants，i.e. ?Iris lacteal，Buchloe dactyloides，Poa pratensis，Carex giraldiana，Ophiopogon japonicas ?were used as test materials，and artificial trampling was used for the experimental treatment，with no trampling as the controlled trial. The change values of 7 morphological and physiological indexes of 5 ground cover plants under trampling treatment，including superoxide dismutase （SOD），peroxidase （POD），malondialdehyde （MDA），chlorophyll，leaf length，root length，and root weight were measured. Principal component analysis was used to analyze the relationship between it and plant tramp resistance. Through the extraction of principal components，3 new comprehensive indicators replaced the original seven individual indicators. The cumulative contribution rate of the three comprehensive indicators is 98.545%. The order of correlation between the selected 7 physiological indicators and tramp resistance was POD>root weight>chlorophyll>MDA>SOD>root length>leaf length. Applying the method of weighted subordinate function，comprehensively evaluated the tramp resistance of the 5 ground cover plants. The order of tramp resistance was ?Buchloe dactyloides > Iris lacteal > Ophiopogon japonicas > Carex giraldiana > Poa pratensis.

Key words Ground cover plant; Trampling resistance;Principal component analysis;Comprehensive evaluation

基金項(xiàng)目

北京動(dòng)物園園管課題“地被植物在節(jié)約型園林建設(shè)中的選擇與應(yīng)用（KGBZ201912）”。

作者簡介 崔雅芳（1981—），女，北京人，高級(jí)工程師，從事園林綠化研究。*通信作者，農(nóng)藝師，碩士，從事園林綠化研究。

收稿日期 2020-11-02

目前，國內(nèi)外針對(duì)植物踐踏性的研究材料主要集中于禾本科草坪植物[1]。有關(guān)地被植物耐踐踏性評(píng)價(jià)[2]，對(duì)踐踏的生理響應(yīng)以及在踐踏條件下可用于園林景觀種植的資源研究仍較少。為此，該研究測定了5種地被植物在踐踏處理下所發(fā)生的形態(tài)和生理生化指標(biāo)變化，采用主成分分析法分析其與植物耐踐踏性之間的關(guān)系，采用隸屬函數(shù)加權(quán)法對(duì)5種地被植物的耐踐踏性進(jìn)行綜合評(píng)定，以期為耐踐踏地被植物在開放性生態(tài)園林中的應(yīng)用提供指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為從北京動(dòng)物園多種地被植物中初步篩選出的生長面積較大、綜合性狀比較優(yōu)良、有推廣應(yīng)用價(jià)值的5種地被品種，均為2年生苗。供試品種為馬藺、野牛草、草地早熟禾、嶗峪苔草、麥冬。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在北京動(dòng)物園后院試驗(yàn)田進(jìn)行踐踏處理。2019年5月20日選擇無病蟲害、長勢(shì)良好且一致的5種試驗(yàn)材料移入試驗(yàn)田，在相同條件下進(jìn)行統(tǒng)一的水分和養(yǎng)分管理。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)0步、10步、20步、30步4個(gè)踐踏處理水平，以不踐踏為對(duì)照（CK），每處理3次重復(fù)。踐踏方式采用人工踐踏，踐踏者體重為50 kg，每隔1 d踐踏1次，共踐踏20次后測定各項(xiàng)指標(biāo)[1，3]。

1.3 指標(biāo)測定方法 葉長、根長的測定采用直尺測量法;根重的測定采用烘干稱重法;過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法;超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍(lán)四唑（NBD）光還原法;丙二醛（MDA）含量的測定采用TBA法;葉綠素含量的測定采用分光光度法[4-5]。

1.4 數(shù)據(jù)分析 單項(xiàng)指標(biāo)耐踐踏系數(shù)用式（1）表示：

2 結(jié)果與分析

2.1 5種地被植物各單項(xiàng)指標(biāo)的耐踐踏系數(shù)

踐踏處理結(jié)束后，測定處理與CK相應(yīng)的形態(tài)和生理指標(biāo)。根據(jù)各指標(biāo)測定值，用式（1）求出各單項(xiàng)指標(biāo)的耐踐踏系數(shù) α 值（表1）。由表1可知，馬藺的葉綠素含量、根重、根長，嶗峪苔草的POD活性、根長、葉綠素含量，麥冬的SOD活性、POD活性、根長，草地早熟禾的POD活性，野牛草的SOD活性、葉綠素含量、根重與CK相比均有所增加（ α >100%）。其他單項(xiàng)指標(biāo)與CK相比均有所下降（ α <100%）。

2.2 各單項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)分析

對(duì)5種地被植物的7項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，得到相關(guān)系數(shù)矩陣（表2）。由表2可知，7個(gè)生理指標(biāo)間均存在不同程度的相關(guān)性，這使得它們所提供的信息發(fā)生重疊[8-9]。各單項(xiàng)指標(biāo)在植物的耐踐踏機(jī)理中所起到的作用不同，因此直接利用這7個(gè)指標(biāo)對(duì)耐踐踏性進(jìn)行評(píng)價(jià)，難以準(zhǔn)確反映出參試植物的耐踐踏性能。

2.3 主成分分析

利用SPSS軟件對(duì)7個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的耐踐踏系數(shù)進(jìn)行主成分分析，按主成分的特征值大于1可提取3個(gè)主成分，這3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)98.545%，基本上反映全部指標(biāo)的信息，其余可忽略不計(jì)。第1個(gè)主成分的特征值為3.103，貢獻(xiàn)率為44.330%，葉綠素、根重、根長在該主成分上有較高載荷，說明第1主成分主要反映這3個(gè)指標(biāo)與耐踐踏性的關(guān)系。第2個(gè)主成分的特征值為2.691，貢獻(xiàn)率為38.439%，SOD、POD活性在該成分上有較高載荷，說明第2主成分主要反映SOD、POD活性與耐踐踏性的關(guān)系。第3主成分的特征值為1.104，貢獻(xiàn)率為15.776%，MDA含量在該主成分上有較高載荷，說明第3主成分主要反映MDA含量與耐踐踏性的關(guān)系（表3）。

2.4 耐踐踏性綜合評(píng)價(jià)

2.4.1 計(jì)算主成分。

由此可以看出，成分 Z1主要依賴葉綠素、根重、根長，成分Z2 主要依賴SOD、POD活性，成分 Z3 主要依賴MDA含量。根據(jù)式 （3）、（4）、（5）可計(jì)算出主成分 Z1 、Z2 和Z3 （表4）。

2.4.2 隸屬函數(shù)。根據(jù)式（2）可計(jì)算出每個(gè)參試植物綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值 μ1、μ2和μ3 （表4）。在踐踏處理下，馬藺的 μ1 值最大（1.000），說明馬藺 在Z1 這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最耐踐踏;草地早熟禾的 μ1 值最?。?），說明草地早熟禾在 Z1 這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最不耐踐踏。野牛草的 μ2 值最大（1.000），說明野牛草在 Z2 這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最耐踐踏;嶗峪苔草的 μ2 值最?。?），說明嶗峪苔草在 Z2 這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最不耐踐踏。麥冬的 μ3 值最大（1.000），說明麥冬在 Z3 這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最耐踐踏;嶗峪苔草的 μ3 值最?。?），說明嶗峪苔草在 Z3 這一綜合指標(biāo)上同樣表現(xiàn)為最不耐踐踏。

2.4.3 權(quán)重的確定。

根據(jù)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率44.330%、38.439%、15.776%用式（6）計(jì)算出各綜合指標(biāo)的權(quán)重。

式中，Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度;Pj為各參試品種第j個(gè)綜合指標(biāo) 的貢獻(xiàn)率[7，10]。經(jīng)計(jì)算，3個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.450、0.390、0.160（表4）。3個(gè)綜合指標(biāo)所占的權(quán)重值可反映出各單項(xiàng)指標(biāo)在耐踐踏生理機(jī)能中的重要性。權(quán)重值越大，表示重要性越大，反之亦然。5種地被植物在踐踏處理下，各指標(biāo)反映其耐踐踏能力的重要性為POD活性>根重>葉綠素含量>MDA含量>SOD含量>根長>葉長。

2.4.4 綜合評(píng)價(jià)。

用式（7）計(jì)算各參試植物的綜合耐踐踏能力。

經(jīng)計(jì)算，馬藺、嶗峪苔草、麥冬、草地早熟禾、野牛草5種參試植物的耐踐踏綜合評(píng)價(jià)值（ D ）分別為0.508、0.166、0.320、0.010、0.610（表4）。根據(jù)各參試植物的 D 值可對(duì)參試植物耐踐踏性的強(qiáng)弱進(jìn)行排序，表現(xiàn)為野牛草>馬藺>麥冬>嶗峪苔草>草地早熟禾。

3 討論

3.1 抗旱指標(biāo)的選取

植物在逆境條件下的生理反應(yīng)是由多種因素相互作用的數(shù)量性狀，任何單一性狀均難以全面地反映出植物在逆境下響應(yīng)的生理生化信息，因此難以準(zhǔn)確地判斷出植物的抗逆性能[11]。該研究選取葉長、根長、根重、SOD活性、POD活性、MDA含量、葉綠素含量7個(gè)與耐踐踏性能有一定相關(guān)性的形態(tài)和生理指標(biāo)進(jìn)行測定，通過式（1）將原始測定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為耐踐踏系數(shù)，以判定植物耐踐踏能力。地被植物大多應(yīng)用于園林、庭院綠化中，因此想要更加準(zhǔn)確地反映地被植物的耐踐踏能力，應(yīng)將觀賞指標(biāo)納入綜合評(píng)價(jià)體系。

3.2 主成分分析

主成分分析的原理是設(shè)法將原來眾多的具有一定相關(guān)性的指標(biāo)重新組合成一種新的相互無關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原有的指標(biāo)。根據(jù)實(shí)際需要從中可以選出幾個(gè)較少的綜合指標(biāo)盡可能多地反映原有指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法被稱作主成分分析法[7]。主成分分析法可以將原來個(gè)數(shù)較多的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成為新的個(gè)數(shù)較少且彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)各自貢獻(xiàn)率的大小反映綜合指標(biāo)的重要性。該研究通過主成分分析法克服了信息的重疊和指標(biāo)的相關(guān)性，將原來的7個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)綜合成為3個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)（ Z1、Z2、Z3） 。根據(jù)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率既可以確定各綜合指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中所占的權(quán)重，還可以反映出各單項(xiàng)指標(biāo)在耐踐踏生理機(jī)能中的重要性。

3.3 綜合評(píng)價(jià)

該研究采用隸屬函數(shù)加權(quán)法對(duì)參試植物的耐踐踏性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，既消除了個(gè)別指標(biāo)信息重疊帶來的片面性，又把不同單位的測定值轉(zhuǎn)換為0～1的數(shù)字，使各品種耐踐踏能力具有可比性[12]。5種參試植物中，野牛草的綜合評(píng)價(jià)值最大（0.610），耐踐踏性最強(qiáng);其次為馬藺，綜合評(píng)價(jià)值為0.508;草地早熟禾的綜合評(píng)價(jià)值最小（0.010），耐踐踏性最弱。

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