徐景文

(鄭州大學(xué) 自然資源與生態(tài)環(huán)境研究所，河南 鄭州450001)

幾種園林植物生理特性和土壤酶活性的研究

徐景文

(鄭州大學(xué) 自然資源與生態(tài)環(huán)境研究所，河南 鄭州450001)

以鄭州城區(qū)道路中幾種園林綠化植物為試材，研究和比較了其生理特性和土壤酶活性，為選擇合適的綠化樹種及合理的生態(tài)景觀配置提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：植物葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性均表現(xiàn)為草本>喬木>灌木，對(duì)于SOD、POD、CAT活性，草本、灌木、喬木之間差異均達(dá)到顯著水平；對(duì)于PAL、PPO活性，草本植株顯著高于灌木和喬木。植物根區(qū)土壤脲酶、酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶、蔗糖酶活性均表現(xiàn)為草本>喬木>灌木，其中土壤脲酶活性在三者之間差異顯著，土壤酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶、蔗糖酶活性均表現(xiàn)為草本和喬木顯著高于灌木。幾種園林植物根區(qū)土壤酶活性隨著土層深度的增加呈降低趨勢(shì)，表現(xiàn)出明顯的表聚性，同一土層，總體表現(xiàn)為出草本>喬木>灌木，局部有所波動(dòng)。

園林綠化植物； 生理特性； 土壤酶活性

土壤作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)方面起著重要作用[1-3]。土壤酶主要來(lái)源于土壤微生物、植物和土壤動(dòng)物，能夠參與多種反應(yīng)(如礦化-同化、氧化-還原等)，是有機(jī)質(zhì)代謝及污染物降解的驅(qū)動(dòng)力和土壤質(zhì)量的重要生物學(xué)指標(biāo)，能夠較全面地反映土壤環(huán)境質(zhì)量和土壤肥力[4-6]。

園林綠化植物是城市-自然-景觀復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的一部分，在減少陽(yáng)光輻射、吸塵、增大空氣濕度、凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候、改善城市生態(tài)環(huán)境等方面有著重要的作用[7-9]。近年來(lái)，有關(guān)園林植物越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，而人們關(guān)注的焦點(diǎn)也主要集中在城市生態(tài)系統(tǒng)園林植物種類、區(qū)系、規(guī)劃和景觀等方面[10-11]，忽視了園林植物的生理特性及土壤酶活性在城市建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮的重要作用。為此，以鄭州市城區(qū)主要園林植物(草本、灌木、喬木)為研究對(duì)象，對(duì)其生理特性和土壤酶活性進(jìn)行研究，為選擇適合的綠化樹種及園林生態(tài)景觀植物的配置提供理論依據(jù)，以期為進(jìn)一步制定并實(shí)施合理的城市綠化建設(shè)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

鄭州市地處河南省中部偏北，112°42′～114°14′E、34°16′～34°58′N，西依嵩山，北臨黃河，東南部為廣闊的黃淮平原。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫為14.4 ℃，極端最高溫度為 42.3 ℃，極端最低溫度為-17.9 ℃；年降水量為652.9 mm，多集中在夏季(6—8月)，占全年降水量的 52.3%。地帶性森林植被是落葉闊葉林。土壤類型較多，自西向東依次分布為棕壤土、紅黏土、褐土、潮褐土、潮土等，以褐土和潮土分布面積最大，分別占土壤面積的 64.4%和 30.17%。經(jīng)過(guò)3 a大規(guī)模造綠工程的實(shí)施，鄭州市基本形成了形式多樣、物種豐富、布局合理，與自然環(huán)境協(xié)調(diào)一致的園林綠化格局。

1.2 樣品采集

1.2.1 植物樣品 2014年10月初，下雨后在鄭州市不同街道選擇幾種園林植物，從植株不同方向均勻采集上、中、下足夠多的成熟葉片，將葉片小心封存于錐形瓶?jī)?nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定生理指標(biāo)。采集的園林植物主要包括草本(三葉草，豆科；金魚草，玄參科；早熟禾，禾本科；麥冬，百合科；醡漿草，醡漿草科)、灌木(小檗，小檗科；小葉黃楊，黃楊科；丁香，木犀科；榆葉梅，薔薇科；金銀木，忍冬科)和喬木(合歡，豆科；龍爪榆，榆科；銀杏，銀杏科；皂莢，豆科；國(guó)槐，豆科)。

1.2.2 土壤樣品 在所采集植物葉片的根區(qū)，采用多點(diǎn)混合取樣法采集0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm土層土壤，去除根系雜物和礫石等大顆粒物質(zhì)后過(guò)2 mm篩，用于測(cè)定土壤酶活性。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生理指標(biāo) 采集一部分新鮮植物葉片,洗凈后于65 ℃烘箱中烘干，粉碎后過(guò)1.5 mm篩，采用凱氏定氮法測(cè)定葉片全氮含量，釩鉬黃吸光光度法測(cè)定葉片全磷含量。另一部分新鮮葉片除去葉脈研磨混合，以80%丙酮溶液為溶劑，采用分光光度法測(cè)定葉片葉綠素a、b含量；采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定葉片可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法測(cè)定葉片可溶性糖含量；采用茚三酮比色法測(cè)定葉片游離脯氨酸含量；采用硫代巴比妥酸法測(cè)定葉片丙二醛含量；采用NBT光化還原法測(cè)定葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶(POD)活性；采用過(guò)氧化氫分解法測(cè)定過(guò)氧化氫酶(CAT)活性；采用分光光度計(jì)法測(cè)定多酚氧化酶(PPO)活性；采用液氮分離純化法測(cè)定苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性[12-13]。

1.3.2 土壤酶活性 土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，脲酶活性采用苯酚鈉比色法測(cè)定，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測(cè)定，轉(zhuǎn)化酶活性采用分光光度法測(cè)定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和整理，采用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，采用LSD方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 幾種園林植物葉片生理特性

2.1.1 防御相關(guān)酶活性 由表1可知，植物葉片SOD、POD、CAT、PAL、PPO活性均表現(xiàn)為草本>喬木>灌木，其中SOD、POD、CAT活性在草本、灌木、喬木之間的差異均達(dá)到顯著水平，草本SOD活性分別是灌木、喬木的1.47、1.06倍，草本POD活性分別是灌木、喬木的1.29、1.19倍，草本CAT活性分別是灌木、喬木的1.42、1.26倍；PAL、PPO活性均表現(xiàn)為草本顯著高于灌木和喬木，草本PAL活性分別是灌木、喬木的1.30、1.14倍，草本PPO活性分別是灌木、喬木的1.31、1.26倍，而灌木和喬木之間的差異不顯著。綜上，草本植物的防御酶活性高于喬木和灌木。

表1 幾種園林植物葉片防御相關(guān)酶活性

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

2.1.2 非酶類生理指標(biāo) 由圖1可知，可溶性蛋白、可溶性糖、葉綠素a、葉綠素b含量均表現(xiàn)為草本>灌木>喬木，其中草本可溶性蛋白、葉綠素a、葉綠素b含量均顯著高于灌木和喬木，而灌木和喬木之間差異不顯著；可溶性糖含量表現(xiàn)為草本和灌木均顯著高于喬木，但草本和灌木之間差異不顯著；游離脯氨酸和丙二醛含量表現(xiàn)為灌木>草本>喬木，并且三者之間的差異均達(dá)到顯著水平。從上述生理指標(biāo)來(lái)看，總體上草本植物優(yōu)于灌木和喬木。

圖1 幾種園林植物葉片非酶類生理指標(biāo)

2.2 幾種園林植物根區(qū)土壤酶活性及其垂直分布

2.2.1 土壤酶活性 由圖2可知，植物根區(qū)土壤脲酶、酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶、蔗糖酶活性均表現(xiàn)為草本>喬木>灌木，草本和喬木根區(qū)土壤酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶、蔗糖酶活性差異不顯著，二者均顯著高于灌木；草本、灌木和喬木根區(qū)土壤脲酶活性差異達(dá)到顯著水平。綜上，草本植物土壤酶活性高于喬木和灌木。

2.2.2 土壤酶活性的垂直分布 由圖3可知，幾種園林植物根區(qū)土壤脲酶、酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶、蔗糖酶活性均隨著土層深度的增加呈降低趨勢(shì)，表現(xiàn)出明顯的表聚性； 同一土層，總體表現(xiàn)為草本>喬木>灌木，局部有所波動(dòng)。土壤表層以下，土壤酶活性急劇降低，與20～30 cm土層相比，草本、灌木和喬木0～10 cm土層土壤脲酶活性分別提高75.23%、256.41%和156.32%，酸性磷酸酶活性分別提高213.15%、118.24%和151.42%，轉(zhuǎn)化酶活性分別提高143.52%、168.71%和213.07%，蔗糖酶活性分別提高132.56%、192.01%和236.25%。綜上，幾種園林植物根區(qū)土壤酶活性均表現(xiàn)出明顯的表聚性，且草本植物土壤酶活性高于喬木和灌木。

圖2 幾種園林植物根區(qū)土壤酶活性

圖3 幾種園林植物根區(qū)土壤酶活性的垂直分布

3 結(jié)論與討論

3.1 幾種園林綠化植物的生理特性

葉綠素作為植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)和光敏化劑，在光合作用過(guò)程中起著接受和轉(zhuǎn)換能量的作用[15-17]?？扇苄缘鞍缀涂扇苄蕴侵邪恍┐x的酶，其含量的多少與植株體內(nèi)的代謝強(qiáng)度有關(guān)[18-19]。本研究結(jié)果表明，可溶性蛋白、可溶性糖、葉綠素a、葉綠素b含量均表現(xiàn)為草本>灌木>喬木。草本植物葉綠素a和 b含量均高于灌木和喬木，說(shuō)明草本植物葉片的葉綠素合成能力高于灌木和喬木，能夠更多的利用光能合成葉綠素。這可能是由于草本植物在光照不足的情況下仍能夠增加對(duì)光能的利用效率，也可能與植物自身的生理生化特性和抗逆性有關(guān)[20-22]。防御相關(guān)酶SOD、POD、CAT、PPO、PAL活性的變化是園林植物對(duì)于環(huán)境脅迫所表現(xiàn)出來(lái)一種應(yīng)激機(jī)制[16-17],本研究中具體表現(xiàn)為草本>喬木>灌木，一般酶活性越高，暗示該種植物抵御逆境的能力越強(qiáng)。

3.2 幾種園林綠化植物的土壤酶活性

土壤酶活性是土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生物代謝活性的重要指標(biāo)，通過(guò)分泌酶的方式參與土壤生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)循環(huán)等，能夠反映土壤養(yǎng)分累積、分解轉(zhuǎn)化規(guī)律和土壤中各種生化過(guò)程的強(qiáng)度及其方向[5-6,23-24]。本研究結(jié)果表明，土壤脲酶、酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶和蔗糖酶均表現(xiàn)為草本>喬木>灌木，說(shuō)明相對(duì)于灌木和喬木，草本植物對(duì)于環(huán)境的變化表現(xiàn)出更高的可塑性；另一方面，灌木和喬木的生長(zhǎng)年限過(guò)長(zhǎng)，土壤酶活性較低，生長(zhǎng)年限可能會(huì)抑制植物對(duì)土壤酶活性的吸收，因此喬木和灌木根區(qū)土壤酶活性較低。另外，幾種園林植物土壤轉(zhuǎn)化酶活性的變化幅度較大，即植物對(duì)土壤轉(zhuǎn)化酶的敏感性較高。幾種園林植物根區(qū)土壤脲酶、酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶和蔗糖酶活性隨著土層深度的增加均呈降低趨勢(shì)，表現(xiàn)出明顯的表聚性； 同一土層，總體表現(xiàn)為草本>喬木>灌木，局部有所波動(dòng)，造成這種分布的主要原因可能是由于幾種園林植物的根系釋放的化學(xué)物質(zhì)不一致、植物根尖細(xì)胞的敏感性和生長(zhǎng)過(guò)程中離子積累不一致[5-6,23-24]。園林植物在代謝過(guò)程中各種酶的活性對(duì)環(huán)境的變化都很敏感，微弱的環(huán)境變化即會(huì)對(duì)根細(xì)胞中酶系的活性產(chǎn)生影響，因而園林植物對(duì)環(huán)境的脅迫適應(yīng)性反應(yīng)仍是復(fù)雜的生理生態(tài)學(xué)問(wèn)題[4-6,25-26]。此外，植物根系分泌物的化感作用以及外界環(huán)境的變化也會(huì)改變土壤酶活性的變化。

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Research on Physiology Characteristics of Some Kinds of Garden Plants and Soil Enzyme Activities

XU Jingwen

(Institute of Natural Resources and Eco-environment,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China)

Taking some kinds of green plants as experimental material,the physiology characteristics and soil enzyme activities were studied to provide a scientific basis for the ecological landscape configuration and choosing suitable greening plants.The results showed that the SOD,POD,CAT,PAL and PPO activities in the leaves of different green plants showed herb>arbor>shrub,the SOD,POD,CAT activities in the leaves had no significantly difference among three kinds of green plants,the PAL,PPO activities in the leaves of herb were significantly higher than that of arbor and shrub.The urease,acid phosphatase,invertase and sucrose enzyme activities in different green plants root zone soil showed herb>arbor>shrub,acid phosphatase,invertase and sucrose enzyme activities in herb and arbor root zone soil were higher than that in shrub root zone soil,and there were no significantly difference among three kinds of green plants.The enzyme activities in different green plants root zone soil decreased with the increase of soil depth,showing obvious surface accumulation; overall,the order was herb>arbor>shrub with a local fluctuation in same soil layer.

green plants; physiology characteristics; soil enzyme activities

2015-06-27

河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(102102310395)

徐景文(1966-)，男，河南嵩縣人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事植物栽培及種植設(shè)計(jì)研究。 E-mail:xujingwen66@163.com

S154.36；S688

A

1004-3268(2016)01-0065-06