不同培土厚度對油茶葉片抗寒性生理指標(biāo)的影響

胡娟娟， 宋 浩，蔣年芹，，吳 煒，張 濤，詹文勇，戚華峰，韓邦興，束慶龍

(1.皖西學(xué)院 環(huán)境與旅游學(xué)院，安徽 六安 237012；2.安徽省中藥資源保護(hù)與持續(xù)利用工程實(shí)驗(yàn)室，安徽 六安 237012；3.仿生傳感與檢測技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 六安 237012；4.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036；5.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程研究所，安徽 合肥 230031；6.安徽東旭大別山農(nóng)業(yè)科技有限公司，安徽 金寨 237300；7.安徽德昌苗木有限公司，安徽 舒城 231340；8.六安市豐樂源油茶開發(fā)有限公司，安徽 六安 237005)

油茶(Camelliaoleifera)屬于山茶科 (Theaceae)山茶屬(Camellia)，其主要作用是生產(chǎn)油茶籽油。此油中含有高達(dá)85%～92%的不飽和脂肪酸，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織將其認(rèn)定為大力推行種植的健康型高級食用植物油，經(jīng)常食用茶油可預(yù)防心血管硬化、降血壓、降血脂等。油茶籽油被稱為“東方橄欖油”[1](P1)，[2]。作為一種經(jīng)濟(jì)林樹種，油茶不僅具有很高的食用價(jià)值，其觀賞價(jià)值也很高。近些年，油茶產(chǎn)業(yè)在我國不斷地發(fā)展壯大，現(xiàn)在的安徽北部、河南南部以及湖北的北部地區(qū)也引入了油茶栽培種植。作為一種喜溫植物，盡管在長久的歷練中，其抗寒性得到了一定的提高，但它們依舊難以忍耐低溫。2008年，我國就曾出現(xiàn)過幾十年難以一見的極端低溫天氣，湖南省的油茶種植行業(yè)也因此收益大幅度下降。2017年，同樣作為油茶種植北部邊緣地區(qū)的河南省南陽市桐柏縣，油茶因受到了極端低溫天氣的影響，遭受了較嚴(yán)重的凍害[3-4]。

在油茶種植分布的北部地區(qū)，低溫經(jīng)常是限制其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素。因此，探索如何提高油茶抗寒性的措施顯得尤為重要。查閱資料發(fā)現(xiàn)，專家、學(xué)者早年就對油茶的抗寒性開展了許多的研究，其中的探究方向和方法就涉及油茶品種抗寒性研究[5-7]、遮陰和施肥對油茶抗寒性的影響[8-9]、油茶葉片內(nèi)部組織與抗寒性的分析、低溫脅迫對油茶苗抗寒性的影響等方面的研究[10-14]，但是關(guān)于培土厚度對油茶抗寒性的影響研究鮮少報(bào)道。

為此本研究比較了不同培土厚度油茶在冬季自然低溫環(huán)境時(shí)油葉片解剖結(jié)構(gòu)、相對含水量、相對電導(dǎo)率、土壤容重等抗寒性指標(biāo)的差異，解析了油茶在生理生化水平抗逆性差異機(jī)理研究，從而篩選出增強(qiáng)油茶抗逆性的關(guān)鍵栽培技術(shù)，以期為安徽江淮地區(qū)及六安地區(qū)大面積種植油茶提供技術(shù)支持和理論知識。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概括

實(shí)驗(yàn)地處于安徽省六安市金寨現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園區(qū)的油茶造林基地，位于31.74′N，115.93′E。屬于北亞熱帶濕潤氣候地區(qū)，多年平均氣溫14.6 ℃～15.6 ℃，全年日照長度多年平均為1969 h；極端條件下最高溫度為40.4 ℃，最低溫度為-16 ℃；每年無霜期平均211 d～228 d，初霜期多年最早平均開始于11月2日，當(dāng)年無霜期多年平均出現(xiàn)在3月27日。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年越冬前(11月初)在油茶園根際周圍進(jìn)行培土，面積1平方米左右，培土厚度為5 cm、15 cm、25 cm、對照(不培土)四種不同根保護(hù)處理，分別記為T1、T2、T3、CK，每個(gè)處理2畝地，三次重復(fù)，共24畝。2019年11月完成試驗(yàn)，2020年12月下旬采樣，觀察油茶發(fā)生凍害與否、進(jìn)行培土厚度5、15、25厘米下的土壤濕度、土壤容重和油茶生長量、生理生化指標(biāo)的測定，隨后分析了不同根際保護(hù)處理抗寒性差異。

1.3 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)供試材料采自2013年造林，林相整齊、立地條件相對一致的適宜小氣候地形的油茶林。

土壤樣品采自不同培土處理的油茶林地，每處理分別設(shè)立3個(gè)采樣點(diǎn)，取樣時(shí)，分點(diǎn)用環(huán)刀挖取培土層以下0～5 cm，5～15 cm，15～25 cm土樣，待測土壤容重和含水量；不同培土厚度處理的培土層以下5 cm、15 cm和25 cm處待測根際土壤溫度。

1.4 測定方法

1.4.1 土壤含水量測定

使用烘干稱重法測定[15]。

1.4.2 土壤容重測定

用環(huán)刀法測定[16]。

1.4.3 土壤溫度測定

采用土壤溫度計(jì)直接測定。

1.4.4 葉片解剖結(jié)構(gòu)的測定

采用石蠟切片法對葉片進(jìn)行形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)測定[17]。

1.4.5 相對含水量測定

采用烘干稱重法測定[18]。采取油茶苗上的第3片葉片，迅速剪切成小塊，取三份1 g(記作Wf)，作3個(gè)重復(fù)。相對含水量公式計(jì)算方法如下：

相對含水量=[(鮮重Wf -干重Wd)/(飽和重Wt -干重Wd)]×100%。

1.4.6 相對電導(dǎo)率測定

采用陳愛葵法測定[14]，并運(yùn)用如下計(jì)算方法求出油茶苗葉片的相對電導(dǎo)率：相對電導(dǎo)率=R1(浸泡后電導(dǎo)率)/R2(煮沸后電導(dǎo)率)×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用DPS(DPS公司，v7.05)對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，并且使用LSD法開展多重比較，采用Microsoft Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同培土厚度對土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤含水量

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：培土處理對土壤含水量是有影響的，且這種影響隨著培土厚度的變化而變化，具體結(jié)果由圖1可以看出。在進(jìn)行培土5 cm、15 cm、25 cm處理的培土層下0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm土壤含水量均分別高于未培土處理，T1、T2、T3處理培土層以下0～5 cm土壤含水量分別是CK的1.05、1.07、1.16倍；T1、T2、T3處理培土層以下5～15 cm土壤含水量分別是CK的1.03、1.08、1.18倍；T1、T2、T3處理培土層以下15～25 cm土壤含水量分別是對照的1.04、1.10、1.18倍。其中T1、T2、T3、和CK處理下各取土層土壤含水量高低順序均是15～25 cm最高、0～5 cm最低。這一結(jié)果在干旱愈嚴(yán)重情況下表現(xiàn)愈顯著。進(jìn)行培土處理的土壤含水量較空白對照組都有不同程度的提高，且培土厚度為25 cm時(shí)更加明顯。

圖1 培土對土壤含水量的影響

2.1.2 土壤容重

通過圖2可以看出，在進(jìn)行培土5 cm、15 cm、25 cm處理的培土層下0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm土壤容重均分別低于未培土處理，其T1、T2、T3、和CK處理下各取土層土壤容重高低順序均是15～25 cm最高、0～5 cm最低；T1、T2、T3處理培土層以下0～5 cm土壤容重分別比CK低1.39%、2.21%、5.50%，T1、T2、T3處理培土層以下5～15 cm土壤容重分別比CK低5.76%、10.07%、11.51%，T1、T2、T3處理培土層以下15～25 cm土壤容重分別比對照低3.50%、9.79%、11.89%。進(jìn)行培土處理的土壤容重較空白對照組都有不同程度的降低，且培土厚度為15～25 cm時(shí)更加明顯。

圖2 培土對土壤容重的影響

2.1.3 土壤溫度

研究表明，培土有助于提高土壤含水量和增加土壤溫度，本試驗(yàn)研究不同培土厚度處理的培土層以下5 cm、15 cm和25 cm處根際土壤溫度，結(jié)果見圖3。

圖3 培土對土壤溫度的影響

由圖3可知，不同培土厚度處理的培土層以下5 cm、15 cm和25 cm處根際土壤溫度均呈現(xiàn)出先下降后升高的變化趨勢，同一培土層在不同處理間的土壤溫度均呈現(xiàn)出CK

以上培土處理的土壤含水量提高、容重降低、冬季土溫升高對油茶生長是十分有益的，起到提高栽植成活率、提高生長勢和增加抗逆性的作用。由此可以得出，培土有利于油茶的生長，進(jìn)而增強(qiáng)油茶抗逆性。

2.2 不同培土厚度對油茶葉片生理指標(biāo)的影響

2.2.1 葉片解剖結(jié)構(gòu)

由表1可知，不同處理間油茶葉片厚度高低順序?yàn)門1T2>T3>CK。從柵欄組織/海綿組織比值數(shù)值的高低順序可得T2 >T1>T3>CK。方差分析結(jié)果顯示，不同處理下油茶角質(zhì)層厚度、葉片厚度、海綿組織厚度、柵欄組織/海綿組織的比值差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)；不同處理的油茶葉片下表皮厚度差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。

表1 培土對油茶葉片解剖參數(shù)的影響

2.2.2 葉片相對含水量

通過圖4可以得出，不同培土厚度處理下油茶葉片相對含水量高低順序是T2< T3

圖4 培土與油茶葉片相對含水量的關(guān)系

2.2.3 葉片相對電導(dǎo)率

細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性與植物的抗寒性之間聯(lián)系密切。植物凍害的重要部位是細(xì)胞膜，它是細(xì)胞從外部向內(nèi)部結(jié)冰的天然屏障，同時(shí)也是細(xì)胞調(diào)節(jié)水分的重要組成部分。因此，細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接決定植物的抗寒性。低溫會使得代謝紊亂，增大細(xì)胞膜的通透性，天然屏障的選擇透過性降低會導(dǎo)致可溶性物質(zhì)外滲，電解質(zhì)的滲出率是植物抗寒性的基本指標(biāo)，因此相對電導(dǎo)率的測定對驗(yàn)證植物的抗寒性具有重要意義。

不同條件下，油茶葉片的相對電導(dǎo)率高低順序是：T3< T1

圖5 培土與油茶葉片相對電導(dǎo)率的關(guān)系

2.3 不同油茶生理指標(biāo)與土壤物理性狀的相關(guān)性分析

油茶葉片生理指標(biāo)與土壤物理性狀的相關(guān)性分析見表2。由此得出，油茶葉片各項(xiàng)指標(biāo)值除角質(zhì)層厚度、下表皮厚度和柵欄組織/海綿組織與土壤含水量呈現(xiàn)正相關(guān)之外，其余均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；油茶葉片各項(xiàng)指標(biāo)值除角質(zhì)層厚度、下表皮厚度和柵欄組織/海綿組織與土壤容重呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)之外，其余均呈現(xiàn)正相關(guān)；油茶葉片各項(xiàng)指標(biāo)值除下表皮厚度和柵欄組織/海綿組織與土壤溫度呈現(xiàn)正相關(guān)之外，其余均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

表2 油茶生理指標(biāo)與土壤物理性狀的相關(guān)性分析

在油茶葉片各項(xiàng)生理指標(biāo)值之間，相對電導(dǎo)率與葉片厚度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為0.93；葉片厚度與海綿組織厚度呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為0.96，與下表皮厚度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為0.92；角質(zhì)層厚度與上表皮厚度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為0.92；上表皮厚度與下表皮厚度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為0.89；海綿組織厚度與下表皮厚度、柵欄組織/海綿組織分別呈現(xiàn)極顯著和顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值分別為0.98和0.93；下表皮厚度與柵欄組織/海綿組織呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為0.94。其余的兩兩指標(biāo)之間均呈現(xiàn)相關(guān)性不顯著(P>0.05)。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

土壤的物理性質(zhì)是植物健康生長發(fā)育的重要農(nóng)業(yè)氣象條件之一，土壤濕度、土壤容重和土壤溫度對促進(jìn)植物生長工作的順利進(jìn)行和取得良好質(zhì)量起著重要的作用。本研究發(fā)現(xiàn)，培土15～25 cm能顯著提高油茶林地土壤含水量和土壤溫度、降低土壤容重，有利于油茶更好地適應(yīng)自然低溫。

植物利用表皮阻止外界不良因素的入侵，葉表皮的厚度可以減輕低溫等因素對葉片內(nèi)部組織的傷害[19]。本研究得出油茶葉片海綿組織厚度、葉片厚度與培土厚度大體呈負(fù)相關(guān)，柵欄組織/海綿組織與培土厚度呈正相關(guān)。這與莊瑞林等人發(fā)現(xiàn)油茶葉片的海綿組織與油茶的抗寒性呈現(xiàn)出較高程度的負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)很高[17]。柵欄組織/海綿組織抗寒性呈正相關(guān)，組織結(jié)構(gòu)疏松度與抗寒性呈負(fù)相關(guān)的研究結(jié)果一致[22-21]。

秋冬季節(jié)，茶樹成熟葉片的含水量隨著氣溫變化而變化，即葉片含水量與溫度成正相關(guān)[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同培土厚度處理的油茶葉片相對含水量高低順序?yàn)門2< T3

植物在受到冷害脅迫時(shí)，其相對電導(dǎo)率會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。遭遇低溫時(shí)，植物細(xì)胞膜系統(tǒng)會最先受到傷害，冷害使膜的透性發(fā)生變化，選擇透過性喪失，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)會大量流出，導(dǎo)致電解質(zhì)滲透率增大，相對電導(dǎo)率值升高[9]。本實(shí)驗(yàn)得出，T1、T2、T3處理油茶葉片相對電導(dǎo)率分別比不培土處理低25.61%、19.22%和30.01%。當(dāng)對油茶植株進(jìn)行培土處理時(shí)，降低了油茶的相對電導(dǎo)率，在培土厚度為25 cm時(shí)，油茶的抗寒性較強(qiáng)。

3.2 結(jié)論

由于進(jìn)行培土處理的油茶抗寒性高于未進(jìn)行培土處理的油茶，要想提高油茶的產(chǎn)量可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嗤撂幚?，通過改善其生存的自然環(huán)境，提高抵御自然低溫的能力以增產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在培土厚度為15～25 cm時(shí)油茶的抗寒性最好。本實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)論一方面可以為豐富油茶育苗技術(shù)和提高油茶林在低溫下的存活率提供理論依據(jù)，另一方面可以為提高油茶產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益做出貢獻(xiàn)。但是本研究僅從土壤的物理性質(zhì)、油茶部分生理指標(biāo)方面進(jìn)行抗寒性的分析，且在培土厚度梯度設(shè)置是不夠細(xì)致。所以后續(xù)的研究應(yīng)結(jié)合更多的生理指標(biāo)，進(jìn)一步完善對培土厚度梯度的測定分析，以得到更加準(zhǔn)確的評價(jià)結(jié)果。