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        廣州地區(qū)7種常用綠墻植物的抗旱性研究

        2019-11-22 14:36:30劉悅明孫苗苗李許文劉國(guó)鋒余銘杰
        綠色科技 2019年17期

        劉悅明 孫苗苗 李許文 劉國(guó)鋒 余銘杰

        摘要:為篩選適合廣州地區(qū)綠墻綠化種植的抗旱植物,以鴨腳木、錦竹芋、孔雀竹芋、綠蘿、山菅蘭、波士頓蕨、紅背桂等7種常用的綠墻植物為實(shí)驗(yàn)材料,進(jìn)行了抗旱性研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明:控水15d后紅背桂形態(tài)變化最明顯,鴨腳木最不明顯;7種植物的土壤含水量下降都較明顯,葉片含水量下降不明顯;大部分植物葉綠素含量下降也較明顯,初始熒光上升幅度不大,PSⅡ最大光化學(xué)量子效率只有紅背桂下降幅度很大。通過(guò)隸屬函數(shù)分析可將這些植物在綠墻應(yīng)用中的抗旱性由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋壕G蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂。

        關(guān)鍵詞:綠墻植物;抗旱性;隸屬函數(shù)

        中圈分類號(hào):TU986文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-9944(2019)17-0039-04

        1引言

        隨著城市發(fā)展的加快,城市建筑不斷占據(jù)大量土地,綠化用地越來(lái)越少,為了給都市增添綠色,人們開(kāi)始通過(guò)垂直綠化來(lái)增加綠化面積。近幾年來(lái),我國(guó)各大城市已開(kāi)始對(duì)垂直綠化進(jìn)行研究與應(yīng)用,但大部分研究與應(yīng)用局限于陽(yáng)臺(tái)綠化、橋柱綠化和圍墻綠化等,對(duì)建筑外立面的墻面綠化涉及較少,我國(guó)綠墻綠化主要通過(guò)借鑒、參考國(guó)外的綠墻綠化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)步。垂直綠墻作為新型的綠化技術(shù),有機(jī)地與建筑相結(jié)合,能夠使“水泥森林”成功地轉(zhuǎn)型為“森林城市”,因此,加強(qiáng)垂直綠墻相關(guān)方面的研究,對(duì)美化建筑立面、降低建筑能耗、改善城市環(huán)境有重要意義。

        2016年,廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院開(kāi)展了節(jié)能減排立體綠化配套產(chǎn)品研發(fā)和示范,在廣州市大力開(kāi)展垂直綠墻建設(shè),研究成果在美化環(huán)境、節(jié)能減排、改善城市熱島效應(yīng)等方面取得了突出效益。研發(fā)和示范的綠墻形式主要有模塊式綠墻、布袋式綠墻、鋪貼式綠墻、移動(dòng)屏風(fēng)式綠墻等,其優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便,適用范圍廣,利于廣泛應(yīng)用,但其存在由于基質(zhì)少導(dǎo)致蓄水量差,而高度依賴的灌溉系統(tǒng)又容易發(fā)生堵塞時(shí)常出現(xiàn)供水不暢,導(dǎo)致植物因缺水而影響景觀等問(wèn)題,這些問(wèn)題一定程度上限制了該些綠墻的推廣。因此,針對(duì)該些問(wèn)題,本研究篩選抗旱性好的綠墻植物,減少對(duì)水的依賴,以提高綠墻質(zhì)量。以7種常用綠墻植物為材料,進(jìn)行抗旱性研究,以期為綠墻植物的選擇和日常養(yǎng)護(hù)管理提供理論依據(jù)。

        2材料與方法

        2.1試驗(yàn)材料

        參試材料為鴨腳木(Schefftera octophylla)、錦竹芋(Ctenanthe oppenheimiana‘Quadricolor)、孔雀竹芋(Calathea makoyana)、綠蘿(Epipremnum aureum)、山菅蘭(Dianella ensifolia)、波士頓蕨(Nephralepisexaltata‘Bostoniensis)和紅背桂(Excoecaria co-chinchinensis)等7種植物,2年生苗,植株生長(zhǎng)健壯,無(wú)病蟲(chóng)危害。試驗(yàn)于2017年8月到11月在廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院觀賞植物種質(zhì)資源圃玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行。

        2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        將試驗(yàn)材料種植在30cm×35cm×12cm的九宮格裝配式垂直綠墻的容器中,每種植物種植6個(gè)九宮格,共54株,栽培基質(zhì)為草炭:黃泥=3:1,統(tǒng)一正常水肥管理兩個(gè)月。在試驗(yàn)前3d對(duì)所有植物進(jìn)行連續(xù)澆水處理,以澆透水的當(dāng)天作為控水第O d,每隔3d進(jìn)行形態(tài)觀察和測(cè)量各項(xiàng)生理指標(biāo),同時(shí)記錄環(huán)境溫度、濕度、光照度。

        2.3指標(biāo)測(cè)定

        2.3.1植物形態(tài)評(píng)價(jià)

        根據(jù)植物的整體形態(tài)、葉片形態(tài)、葉片色澤、葉片萎蔫卷曲量和枯黃量來(lái)評(píng)價(jià)植物的整體觀賞性能[3,如表1所示。

        2.3.2生理指標(biāo)測(cè)定

        測(cè)定土壤含水量、葉片相對(duì)含水量、葉綠素含量。

        2.3.3熒光參數(shù)測(cè)定

        使用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xPAM2500進(jìn)行測(cè)量。每種材料每種處理選取3個(gè)成熟葉片。測(cè)定前先將植物葉片用暗適應(yīng)夾暗適應(yīng)30min,獲得初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)和Fv/Fm(光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)效率)等參數(shù)。

        2.4數(shù)據(jù)處理

        用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和初處理。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法,對(duì)7種植物生長(zhǎng)、生理生化等指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行加權(quán)值計(jì)算,比較各個(gè)品種的抗旱性。

        隸屬函數(shù)值計(jì)算分別用公式x=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)和x=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)計(jì)算與抗旱性呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)指標(biāo)的隸屬值,其中x為隸屬函數(shù)值,X為植株某一指標(biāo)測(cè)定值,xmin、Xmax為所有測(cè)試植株中某一指標(biāo)的最小值和最大值。將每種材料各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加求平均值,根據(jù)平均值大小來(lái)確定抗旱性強(qiáng)弱。

        3結(jié)果與分析

        3.1干旱脅迫下不同植物的外觀形態(tài)特征變化

        7種植物的在15d的干旱脅迫下失水癥狀有很大差異(表2),鴨腳木一直保持著較好的觀賞性,在第15d時(shí)葉片依然沒(méi)有出現(xiàn)失水、萎蔫的狀態(tài),而錦竹芋和孔雀竹芋在第15d時(shí)出現(xiàn)葉片反卷的現(xiàn)象。綠蘿在第12d前葉片都表現(xiàn)出較好的狀態(tài),在第15d時(shí)開(kāi)始變軟萎蔫。山菅蘭在第9d時(shí)葉片開(kāi)始萎蔫、下垂,在第12d時(shí)部分老葉出現(xiàn)枯萎現(xiàn)象,在第15d時(shí),約有20%的葉片枯死,其它葉片出現(xiàn)萎蔫。波士頓蕨在第9d時(shí)葉片開(kāi)始褪綠,葉色變淺,第12d時(shí)和山菅蘭一樣,單株較老的葉片開(kāi)始干枯死亡,在第15d時(shí)枯死的葉片約為15%。紅背桂在第3d就出現(xiàn)葉片萎蔫的現(xiàn)象,在第6d時(shí)大部分葉片萎蔫下垂、反卷,第9d時(shí)葉片開(kāi)始干枯,第12d時(shí)葉片大部分干枯,第15d時(shí)葉片已經(jīng)完全干枯變黃。綜合上述分析,紅背桂在第3d時(shí)就出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象,其它植物在第9d前大部分可以保持較好的觀賞性狀,說(shuō)明大部分植物較耐干旱。

        3.2干旱脅迫下不同植物的土壤含水量變化

        由表3可知,剛澆水后,7種植物的土壤含水量基本相同,在干旱脅迫下,各種植物的土壤含水量都呈下降趨勢(shì),但下降的速率和程度不同。與其他植物相比,綠蘿在干旱處理下,土壤含水量下降幅度最小,第15d土壤含水量仍然可以達(dá)到56%;錦竹芋次之,干旱處理15d后土壤含水量下降為39%;山菅蘭和紅背桂的土壤含水量下降最快,處理3d土壤含水量就降低一半,12d后降到10%以下。結(jié)果表明,種植不同的植物對(duì)基質(zhì)的保水性有顯著影響,在相同的控水條件下,綠蘿的保水能力最強(qiáng),然后依次為錦竹芋、孔雀竹芋、波士頓蕨和鴨腳木,山菅蘭和紅背桂的保水能力最差。

        3.3干旱脅迫下不同植物種類的葉片含水量變化

        由表4可以看出,不同植物隨著干旱脅迫的加劇,葉片含水量的下降幅度有很大差異。干旱初期,植物的葉片含水量下降都不明顯,在干旱第3d時(shí),錦竹芋和綠蘿的葉片含水量沒(méi)有下降,這兩種植物的土壤含水量下降幅度也相對(duì)較小,說(shuō)明土壤中存留的水分可保證葉片中的含水量。大部分植物的葉片含水量下降幅度也不大,只有紅背桂的葉片含水量下降最為劇烈,15d后降為15%,山菅蘭次之,它們的土壤含水量下降也最快,表明土壤含水量和葉片含水量存在很大的相關(guān)性;但鴨腳木在第15d時(shí)土壤含水量?jī)H為10%,而其葉片含水量依然為86%,說(shuō)明葉片本身的保水性也有顯著差異。

        3.4干旱脅迫下不同植物品種葉綠素含量的變化

        植物葉片里的光合色素參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程,其含量是反映植物光合能力的一個(gè)重要指標(biāo)。周海燕等認(rèn)為在干旱脅迫的條件下,最大程度的保持葉片的葉綠素含量是植物對(duì)于干旱脅迫的一種適應(yīng)和抵抗。植物在受到干旱脅迫時(shí)光合作用會(huì)受到影響,葉綠素含量也會(huì)隨之下降,光合速率在脅迫越嚴(yán)重時(shí)下降的速度越快。由表5可知,干旱脅迫下所有植物的葉綠素都有下降,但不同種類下降有所差異。鴨腳木和綠蘿的葉綠素含量下降幅度極小,脅迫15d時(shí)較脅迫O d時(shí)分別下降了38%和25%,表明鴨腳木和綠蘿較抗旱。錦竹芋和孔雀竹芋的葉綠素下降幅度較鴨腳木和綠蘿次之,則錦竹芋和孔雀竹芋較耐旱。山菅蘭的葉綠素含量開(kāi)始下降幅大,后續(xù)降幅較小,但總體來(lái)講其下降幅度都較大,則表明其較不耐旱。波士頓蕨和紅背桂開(kāi)始下降幅度較小,而后來(lái)則下降幅度較大,脅迫15d時(shí)下降了95%,是下降幅度最大的,則表明兩者最不耐旱。

        3.5干旱脅迫下PSⅡ最大光化學(xué)效率的變化

        葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量是研究植物光合效率的一種新型技術(shù),它主要研究PSⅡ及其光合電子傳遞信息,是研究植物光合生理和逆境脅迫關(guān)系的理想指標(biāo)。汪寶根等在研究干旱下長(zhǎng)豇豆葉綠素?zé)晒鈪?shù)與品種抗旱性的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn),熒光參數(shù)與作物品種的抗旱性有著十分密切的關(guān)系,可作為鑒定品種抗旱性的相關(guān)指標(biāo)。

        Fo為最小初始熒光,又稱基底熒光或暗熒光。在植物受到逆境脅迫時(shí),PSⅡ反應(yīng)中心的破壞或可逆失活則引起Fo的增加,可根據(jù)Fo的變化推測(cè)反應(yīng)中心的狀況和可能的光保護(hù)機(jī)制。由表6可以看出在干旱脅迫下所有植物的Fo值開(kāi)始都呈現(xiàn)上升趨勢(shì),表明PSⅡ反應(yīng)中心遭到破壞,隨著干旱脅迫的增加紅背桂的Fo值增加最多,增幅達(dá)62%,說(shuō)明紅背桂的PSⅡ反應(yīng)中心遭到破壞最嚴(yán)重??兹钢裼蟮脑黾臃葹?4%,其他植物增幅均為20%左右,綠蘿和鴨腳木的增幅最低,表明綠蘿和鴨腳木抗旱性最強(qiáng)。

        Fv/Fm是PSⅡ最大光化學(xué)量子效率或最大PSⅡ的光能轉(zhuǎn)換效率。它表示當(dāng)所有反應(yīng)中心開(kāi)放時(shí)PSⅡ的最大光化學(xué)效率,可以衡量PSⅡ的光抑制程度。由表7可看出這7種植物的Fv/Fm值變化均不顯著,只有紅背桂在干旱第9d到第15d時(shí)下降趨勢(shì)明顯,可能是由于第15d時(shí)其他植物均未達(dá)到重度干旱。紅背桂在第15d時(shí)葉片含水量已經(jīng)非常低,而其他植物的葉片含水量下降幅度都不大,只有在重度干旱,葉片含水量下降很快的時(shí)候Fv/Fm的值才會(huì)顯著降低。

        3.6隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)分析

        為了有效地評(píng)價(jià)這7種植物的耐旱性,本研究采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法分析(表8),對(duì)品種的多個(gè)性狀進(jìn)行綜合分析,從而做出全面評(píng)價(jià)。由隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)可將這些植物的抗旱性由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋壕G蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂,與它們受到干旱處理后植株的形態(tài)變化較為一致。

        4結(jié)果與討論

        植物抗旱能力受多因素影響,鑒定植物抗旱能力的指標(biāo)也有很多,本文主要是通過(guò)形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)、水分生理指標(biāo)和光合作用指標(biāo)來(lái)研究這七種植物在廣州地區(qū)作為綠墻植物種植的抗旱能力。從15d的外部形態(tài)觀測(cè)來(lái)看,紅背桂外部形態(tài)變化最快,表現(xiàn)抗旱能力弱,其次是山菅蘭和波士頓蕨,綠蘿、孔雀竹芋、錦竹芋外部形態(tài)變化較小,鴨腳木在第15d時(shí)外部形態(tài)幾乎沒(méi)有變化。對(duì)相對(duì)土壤含水量實(shí)驗(yàn)表明,錦竹芋、孔雀竹芋、綠蘿、山菅蘭、波士頓蕨和紅背桂的葉片含水量都呈現(xiàn)出下降趨勢(shì),說(shuō)明植物的土壤含水量和葉片含水量呈正比趨勢(shì)。葉片含水量的高低可以直接反映植物的失水速率,植物受到干旱脅迫時(shí),由于土壤缺水,首先會(huì)導(dǎo)致葉片失水,鴨腳木的土壤含水量雖下降較快,但葉片含水量卻下降很慢,可能是它特殊的革質(zhì)葉片具有較強(qiáng)的保水性。石超等在對(duì)4種連翹屬植物對(duì)土壤含水量變化的生理反應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn),四種連翹屬植物的Fv/Fm在土壤水含量降至2%(飽和含水量6%)時(shí)才急劇下降,說(shuō)明Fv/Fm受到重度脅迫時(shí)才會(huì)急劇下降。本研究所測(cè)植物的最大光化學(xué)量子效率Fv/Fm只有紅背桂在第12d重度干旱時(shí)急劇下降,與石超的研究結(jié)論相符。

        通過(guò)綜合分析,結(jié)果表明,在廣州的氣候條件和廣州綠墻植物的種植條件下供試的7種植物的抗旱能力由強(qiáng)到弱依次為:綠蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂。因此,綠蘿、鴨腳木、孔雀竹芋、錦竹芋和波士頓蕨等都具有較強(qiáng)的抗旱能力,適宜作為綠墻綠化植物。

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