李 婷，郭幸飛，喬 琦

(河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471023)

血皮槭(Acergriseum(Franch.)Pax)為中國特有種和瀕危種，隸屬于槭樹科(Aceraceae)槭樹屬(Acer)落葉喬木。1993年血皮槭榮獲英國皇家園藝學(xué)會頒發(fā)的園藝獎，成為名揚(yáng)國內(nèi)外的園林樹種之一[1]。血皮槭除了觀賞價(jià)值之外，還有材用和藥用等價(jià)值[2-3]。其天然種群主要分布在我國中部地區(qū)海拔800～1800 m的山地，分散分布且生境遭到嚴(yán)重破壞而瀕臨滅絕；依據(jù)IUCN的標(biāo)準(zhǔn)，《中國物種紅色目錄》中血皮槭記錄為瀕危樹種(EN A2c)[4]，亟需開展其保護(hù)生物學(xué)系統(tǒng)研究，以提高幼苗生存率并擴(kuò)大其種群范圍[5-6]。而目前國內(nèi)外關(guān)于血皮槭繁殖生物學(xué)的研究尚在起步階段，大多集中在組織培養(yǎng)及種子的休眠機(jī)制等[7-11]。

植物瀕危的重要原因之一是由種子過渡到幼苗和幼樹的過程比較艱難，野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)血皮槭種群的實(shí)生天然更新幼苗數(shù)量不多，主要是其1年生更新幼苗的死亡率比較高。以河南省嵩縣天池山國家森林公園為例，以1株結(jié)果率較高的血皮槭(高度22 m，胸徑75 cm)為監(jiān)測對象，在其周圍設(shè)立50 m×50 m的觀測范圍，2015年5月觀察記錄了25株當(dāng)年生幼苗；2016年5月只發(fā)現(xiàn)15株新生長出來的幼苗，但2015年記錄的25株幼苗中僅存活2株；至2017年5月，前2年的40株幼苗僅有3株存活，1年生更新幼苗存活率極低。因此本文采用分區(qū)試驗(yàn)監(jiān)測不同生境下血皮槭幼苗的地徑、株高和側(cè)枝數(shù)等生長動態(tài)指標(biāo)，探討土壤pH和不同光照條件對人工更新1年生幼苗生長的影響，分析幼苗高死亡率的原因，旨在為血皮槭這一珍稀觀賞植物的有效保護(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2015年10月在天池山國家森林公園采集新鮮血皮槭種子，用高枝剪剪取成熟的翅果，挑出形態(tài)完整、無病蟲害的翅果，低溫(4 ℃)濕沙貯藏至翌年3月。取出種子，在欒川縣陶灣鎮(zhèn)基地的大棚內(nèi)進(jìn)行育苗，種子均勻播種在300 cm×100 cm的苗床，鋪上2～3 cm的混合土壤(沙∶土=1∶1)；于當(dāng)年5月挑選長勢均勻一致的幼苗帶土球(土球直徑8 cm左右)移栽到各試驗(yàn)地。具體包括洛陽市欒川縣陶灣鎮(zhèn)基地、欒川鴨石村、欒川白馬潭和洛陽市嵩縣天池山國家森林公園等4個(gè)地區(qū)，并設(shè)置不同海拔梯度下的土壤pH和光照條件處理，及時(shí)觀察記錄幼苗的生長特性，統(tǒng)計(jì)不同地點(diǎn)的幼苗存活率。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同地區(qū)幼苗死亡原因統(tǒng)計(jì) 通過初步的調(diào)查判斷，血皮槭幼苗主要死因是立枯病、干旱和營養(yǎng)不良，并按照以下特征判斷其死亡肇因。立枯病開始產(chǎn)生橢圓形不規(guī)則的暗褐色病斑，后來病斑擴(kuò)大，繞莖一周，病部溢縮，最后葉片萎蔫枯死，將病苗拔起，潮濕時(shí)可看到淺褐色蛛絲網(wǎng)狀的霉，且立枯病死的苗是站著死的。干旱脅迫致死的癥狀則是植物缺水死亡，葉片通常會下垂，為了減少水分蒸發(fā)，老葉會脫落，新葉正常，其它葉尖干枯，干旱嚴(yán)重時(shí)整葉顏色變淡，脫水變干死亡。植株?duì)I養(yǎng)不良癥狀較多樣，主要表現(xiàn)在：①缺氮：植株瘦小，枝條細(xì)長發(fā)硬，葉小，從老葉到新葉由濃綠逐漸變淡，繼而變成紅紫色，直到萎黃脫落，嚴(yán)重時(shí)全株失去綠色；②缺磷：葉片由深綠色轉(zhuǎn)為紫銅色，葉脈黃中帶紫；③缺鉀：植株矮小，莖稈柔軟易倒伏，葉片皺縮，老葉從葉尖沿著葉邊出現(xiàn)黑褐色斑，葉周圍變黃，而中部及葉脈呈綠色；④缺鈣：嫩葉綠且皺縮，葉緣上卷并有白色條紋，新葉呈病狀扭曲；以上癥狀均不符合的為其它原因。各死亡原因比例=死亡數(shù)/各地移栽總數(shù)×100%。

1.2.2 不同光強(qiáng)對血皮槭幼苗形態(tài)、生理和存活率的影響 2016年5月初在溫室設(shè)置3層遮網(wǎng)處理，因露地栽培不遮網(wǎng)條件下幼苗全部死亡，因此選用欒川陶灣鎮(zhèn)基地次生林蔭下的幼苗作為對照，其透光度約30%～40%，并用便攜式光合作用測定儀和照度計(jì)測得4個(gè)處理的相對光強(qiáng)[12]。相對光照強(qiáng)度=測定照度/空曠地全日照照度×100%，其中溫室的3個(gè)處理分別為自然全光照的19.82%(s20)、25.21%(s25)、32.36%(s32)，次生林蔭下則為12.36%(s12)。2016年8月初測定各項(xiàng)形態(tài)生理指標(biāo)，10月中旬統(tǒng)計(jì)各處理的幼苗存活率。

1)血皮槭的形態(tài)生長指標(biāo)測定：在長勢一致的1年生幼苗中隨機(jī)選取10株，用卷尺測其株高，游標(biāo)卡尺測其地徑，并計(jì)算幼苗的平均葉片數(shù)和側(cè)枝數(shù)；隨機(jī)選取不同處理中不同植株上生長一致的葉片測其面積(6片取平均值)，用萬分之一電子天平測其干重，計(jì)算比葉面積，比葉面積=葉片單面面積/葉片干重。

2)血皮槭幼苗的生理指標(biāo)測定：隨機(jī)選擇各處理中的幼苗10株，每株幼苗隨機(jī)摘取葉片5片，將葉片迅速剪成小塊，用萬分之一電子天平稱同等鮮重(Wf)2份，一份放入蒸餾水中浸泡70 min，當(dāng)達(dá)到恒重時(shí)，稱此時(shí)的飽和鮮重(Wt)；另一份于150°～160°烘箱中烤0.5～1 h，然后稱量此時(shí)的干重(Wd)；飽和含水量=(Wf-Wd)/Wt；相對含水量=(Wf-Wd)/(Wt-Wd)。按照劉向莉等[13]改進(jìn)的植物組織含水量測定的試驗(yàn)方法，測定其自由水含量及束縛水含量。

用乙醇∶丙酮∶水=4.5∶4.5∶1的溶液作為提取液提取葉綠素，利用分光光度計(jì)在646 nm和663 nm下測定其吸光值，利用公式分別計(jì)算葉綠素Chla(Ca)、葉綠素Chlb(Cb)和總?cè)~綠素Chla+b(Ca+b)的含量[14]。

1.2.3 土壤pH對血皮槭幼苗的影響 在欒川縣陶灣鎮(zhèn)基地的大棚內(nèi)進(jìn)行土壤pH適宜性試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)要求加入相應(yīng)的酸(FeSO4·7H2O)或堿Ca(OH)2調(diào)整土壤pH至6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，每天檢測調(diào)整保持pH值的穩(wěn)定性。選取容器袋中生長14 d后，長勢健康的血皮槭幼苗，每個(gè)處理各10株。試驗(yàn)起始平均苗高為(4.23±0.12) cm，地徑為(0.15±0.018) cm，幼苗統(tǒng)一采用夏季單層遮蔭，60 d后測量幼苗的株高和地徑。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

用 Microsoft Excel 2013和 SPSS 22.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理、分析以及圖片的制作，采用最小顯著差數(shù)法(P<0.05)進(jìn)行不同處理間均值的顯著性差異比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同地點(diǎn)的幼苗存活率及死亡原因

從表1可知，血皮槭1年生幼苗的平均存活率較低，幼苗在不同栽培點(diǎn)的存活率具有顯著差異。其中欒川縣陶灣鎮(zhèn)基地次生林下的幼苗存活率最高(62.33%)，而露地?zé)o遮蔭栽培的幼苗存活率最低(0%)。4個(gè)栽培點(diǎn)的幼苗死亡調(diào)查和統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，血皮槭1年生幼苗易得立枯病，危害其根部導(dǎo)致幼苗干枯死亡；其次是在夏季炎熱干旱氣候下，部分幼苗被脅迫致死；血皮槭幼苗的根系不發(fā)達(dá)且根尖部位的根毛含量稀少，因此吸收營養(yǎng)的能力較差，從而導(dǎo)致幼苗營養(yǎng)不良而死亡。其中立枯病對幼苗的影響較大，干旱脅迫對血皮槭幼苗的影響因地理環(huán)境不同而表現(xiàn)較大差異。

表1 不同地點(diǎn)血皮槭幼苗的存活率及死亡原因

*：同列不同小寫字母為差異顯著，下同。

3.2 不同土壤pH下血皮槭幼苗的生長指標(biāo)

由表2可知，土壤pH的變化顯著影響血皮槭幼苗的生長，土壤pH為7.0時(shí)，成活率最高(55%)，其平均株高、平均地徑、葉片數(shù)、側(cè)枝數(shù)均是試驗(yàn)處理中的最高值；土壤pH為6.5時(shí)，除平均地徑外，其它均沒有明顯差異；土壤pH>7.0時(shí)血皮槭幼苗的平均株高和成活率顯著降低，平均地徑顯著減小；隨著土壤pH由7.0降低到6.0，血皮槭幼苗的株高和成活率也隨之減少。因此，適宜血皮槭幼苗成活的土壤pH為6.5～7.0，即弱酸性土壤。

表2 土壤pH對血皮槭幼苗生長指標(biāo)的影響

3.3 不同光強(qiáng)處理下血皮槭幼苗的生長指標(biāo)

由表3可知，在幼苗生長過程中，s32和s12光照環(huán)境下的株高、葉片數(shù)、側(cè)枝數(shù)都比其它處理呈顯著性優(yōu)勢；平均株高、地徑、葉片數(shù)和側(cè)枝數(shù)在s12光強(qiáng)下最大；幼苗成活率在s12光強(qiáng)下最高(48%)，s32光強(qiáng)下最低(13%)。綜合以上指標(biāo)來看，幼苗較適宜在s12的光照強(qiáng)度下生長。

表3 不同光強(qiáng)處理下的血皮槭幼苗的生長指標(biāo)

3.4 不同光照強(qiáng)度下幼苗葉綠素含量的變化

由表4可知，血皮槭幼苗單位葉面積的葉綠素含量與光強(qiáng)密切相關(guān)，在一定程度上，增加相對光強(qiáng)有助于總?cè)~綠素的增加，尤其是光強(qiáng)對葉綠素b的增加表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系；在s32條件下，葉綠素總含量(3.814)和葉綠素a/b值(2.748)均最高，說明強(qiáng)光照可以使植物充分吸收利用光能；在s12環(huán)境中，葉綠素b含量(0.794)最低，葉綠素總含量(2.652)和葉綠素a/b值(2.329)居中；而s20環(huán)境中，葉綠素總含量(2.445)和葉綠素a/b值(2.033)最低，說明s12和s20光強(qiáng)下的光合效率比s32條件下低。

表4 不同光照強(qiáng)度幼苗葉綠素含量的變化

3.5 不同光強(qiáng)下血皮槭幼苗葉片水分指標(biāo)

由表5可知，隨著生境光強(qiáng)的增加，血皮槭幼苗自由水的含量呈先下降后上升，再下降的趨勢，而束縛水含量的變化規(guī)律與自由水含量相反；含水量和飽和含水量均呈下降趨勢。在s25光照強(qiáng)度下，血皮槭幼苗體內(nèi)的自由水含量(52.73%)最高，束縛水含量(24.76%)最低，表示在該光強(qiáng)下新陳代謝速度相對較快。

表5 不同光強(qiáng)下血皮槭幼苗葉片水分指標(biāo) %

圖1 不同光照強(qiáng)度下血皮槭比葉面積的變化

3.6 不同光照強(qiáng)度下血皮槭比葉面積的變化

從圖1可以看出，在s20的光照強(qiáng)度下比葉面積最高，s32環(huán)境下的比葉面積最低，s12和s25光強(qiáng)下的比葉面積無明顯差異。

4 討論

血皮槭種群天然更新困難的瓶頸之一是幼苗庫不足，存在種子萌發(fā)率較低和1年生幼苗死亡率較高2個(gè)方面原因。野生血皮槭的成熟母株結(jié)實(shí)率極低，種子的空殼率高，導(dǎo)致土壤種子庫密度較小。張川紅等[11]對血皮槭種子內(nèi)源抑制物質(zhì)研究表明，種子的各個(gè)部分(果皮、種皮、子葉、胚根)都存在抑制物質(zhì)，對小白菜種子的萌發(fā)率和胚根生長有較強(qiáng)的抑制作用，各部位抑制活性的程度是子葉>果皮>種皮。另外，血皮槭種子果殼非常堅(jiān)硬，而且林下枯枝落葉較厚，種子不易落入土壤導(dǎo)致不易萌發(fā)，縱使種子萌發(fā)后也很難生長成幼苗；血皮槭林下光照條件弱，達(dá)不到種子發(fā)芽所需要的光照強(qiáng)度。血皮槭種子成熟后落地，經(jīng)常發(fā)生腐爛或者被蟲子侵蝕，喪失發(fā)芽能力。

血皮槭幼苗對光照條件有較嚴(yán)格的要求，林冠空隙下相對較強(qiáng)的光照對幼苗的生長有利[15-16]。在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，隨著海拔高度的增加，幼苗成活率明顯下降，海拔在800～1800 m較為適宜血皮槭的生長。在保護(hù)基地，度過2 a的幼苗薄弱期后，其長期成活率會很高。過于遮蔽的弱光照強(qiáng)度下，血皮槭幼苗生長緩慢，積累的干物質(zhì)少，對藍(lán)紫光的利用率最低，且束縛水/自由水比值明顯下降，說明幼苗的保水能力弱，導(dǎo)致抵御干旱的能力差。血皮槭根系不發(fā)達(dá)，深根系可以增強(qiáng)對水分吸收效率的同時(shí)也可以增加無機(jī)鹽的吸收能力，然而過于遮蔭的環(huán)境抑制幼苗根系向深處生長和伸展。綜合分析，夏季強(qiáng)光照下，適宜幼苗的成活及生長發(fā)育的光照強(qiáng)度是s12和s20。

4.1 不同地點(diǎn)幼苗的存活率及死亡原因

從表1可知，血皮槭1年生更新幼苗不同地區(qū)、不同管理方式下的存活率差異顯著且總體存活率較低。原因是不同地點(diǎn)的土壤條件以及物候之間的差異所影響，存活率較高的是陶灣鎮(zhèn)基地次生林自然遮蔭的幼苗，原因可能是周圍環(huán)境比較適宜，并有專門的人進(jìn)行水肥管理。露地栽培最不適宜幼苗生長，高溫和干旱等逆境導(dǎo)致其死亡。

4.2 不同pH土壤下血皮槭幼苗的生長指標(biāo)

適宜血皮槭幼苗成活的土壤pH為6.5～7.0，我國土壤的pH大部分在4.5～8.5之間，長江以北的土壤大部分呈中性或堿性，長江以南的土壤大部分呈酸性或者強(qiáng)酸性，血皮槭主要分布在河南西南部、陜西南部、湖北西部和四川東部，試驗(yàn)結(jié)果與其分布的地理位置相對應(yīng)。

4.3 不同光強(qiáng)處理下的血皮槭幼苗的生長指標(biāo)

血皮槭的幼苗容易死亡，在不同光照強(qiáng)度下的幼苗存活率有顯著差異，s32條件下存活率最低，s12光照強(qiáng)度下的存活率最高，表明在一定的環(huán)境因素組合中，高于s20的光強(qiáng)會抑制幼苗的生長，s32同樣使較多的幼苗受到環(huán)境的脅迫而死亡。s12光照強(qiáng)度最低，但在溫度較高的夏季，作為自然遮蔭的環(huán)境，其中營造的各種小氣候環(huán)境均顯著好于其他幾個(gè)地點(diǎn)，所以其幼苗存活率以及各項(xiàng)生長指標(biāo)均顯示最高。

4.4 不同光照強(qiáng)度下幼苗葉綠素含量的變化

衡量植物利用光能能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)之一是葉綠素的含量，具體包括葉綠素a、葉綠素b，它們的總和以及比值等指標(biāo)。隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，不同地點(diǎn)幼苗葉綠素的含量以及a/b值也都在逐漸增加。在s32較強(qiáng)的光照下，葉綠素含量增加和葉綠素 a/b 值的增大可使植物充分吸收光合有效輻射；而在蔭蔽環(huán)境下，葉綠素 b 相對含量的增加也使植物能更多的利用短波長藍(lán)紫光，這是對弱光生境中漫射光較多的一種適應(yīng)[12]，在較弱的光照強(qiáng)度下，葉綠素b相對含量的增加，植物可以利用藍(lán)紫光，表現(xiàn)出弱光環(huán)境中幼苗的適應(yīng)能力[17]。

4.5 不同光強(qiáng)下血皮槭幼苗葉片水分指標(biāo)

在s20環(huán)境下，幼苗的束縛水含量較高，這是由于蔭蔽環(huán)境植物體表現(xiàn)的應(yīng)激反應(yīng)。s12條件下葉片含水量最高，飽和含水量最高，相對光強(qiáng)最低。這與當(dāng)?shù)赝寥篮?、地表蒸發(fā)量、地表溫度的高低和空氣濕度大小等都有關(guān)，都會影響到血皮槭的蒸騰作用進(jìn)而影響其體內(nèi)含水量，呈現(xiàn)相關(guān)的代謝變化。

4.6 不同光照強(qiáng)度下血皮槭比葉面積的變化

葉片不但是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，還是植物體中對環(huán)境變化反應(yīng)較敏感的器官[18]。水分、溫度以及光照等環(huán)境因子都會影響其外部形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特性[19-21]。比葉面積是葉片的面積與干重的比例，也就是一定干物質(zhì)投資所需的捕光表面積大小[22]。s12、s20和s25的比葉面積比s32的大，說明在3個(gè)遮蔭條件下光照相對不足、葉片變薄且同化物減少。單位干重的葉片面積值和比葉面積值均呈現(xiàn)出相似的規(guī)律。

5 結(jié)論

血皮槭1年生人工更新幼苗死亡的共同原因：①血皮槭1年生幼苗易患立枯病，危害葉片及其根部導(dǎo)致幼苗干枯死亡；②易受夏季炎熱天氣干旱脅迫致死；③血皮槭根系不發(fā)達(dá)，營養(yǎng)吸收差，導(dǎo)致其營養(yǎng)不良而死亡。幼苗較適于弱酸性土壤(pH為6.5～7.0)，并據(jù)中國土壤規(guī)律主要分布在華南、西南地區(qū)及部分的華中華東地區(qū)。不同光照強(qiáng)度對幼苗的存活率和生長量差異顯著，表現(xiàn)在全光照環(huán)境下易造成幼苗死亡，而極度弱光環(huán)境會導(dǎo)致生長遲緩，適度遮蔭才有利于幼苗的生長。綜上所述，弱酸性土壤、夏季適度遮蔭等撫育措施等有利于1年生更新幼苗的存活和生長。