郝惠蓉，孫向陽，李素艷，李逸楠，譚其言

（北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京 100083）

隨著城市人口和商業(yè)活動增加，城市綠地面積逐漸減少[1]，城市熱島效應(yīng)日益嚴重[2]。為緩解城市用地緊張和生態(tài)環(huán)境問題，屋頂綠化這種新型城市綠化方式應(yīng)運而生，為城市帶來了經(jīng)濟、生態(tài)、社會和美學(xué)等多重效益[3-4]。屋頂不同于地面，由于荷載限制，要求種植基質(zhì)具有容重小、持水透氣性好、養(yǎng)分含量不宜過高等特點，以免造成植物徒長增加屋頂載荷[5]，這些因素都限制了可選用植物的范圍。因此，篩選適用的植物材料是一項重要且具有挑戰(zhàn)性的工作[6]。近些年，國內(nèi)外在屋頂綠化植物材料的篩選和生態(tài)效益的研究上取得了許多成果，篩選出了大量景天類、苔蘚類、禾本科和宿根花卉類等較為理想的植物材料[7-8]。其中，具有極強抗逆性和覆蓋性的景天類植物在實際的屋頂綠化研究中有更多的應(yīng)用和報道[9-10]。然而，景天類植物體內(nèi)富含水分，在管理不當(dāng)、環(huán)境不適的情況下，極易受到病菌的感染而出現(xiàn)生長不良的現(xiàn)象[11]，且景天類植物在大面積種植時會出現(xiàn)不耐觸碰、容易損傷、屋頂景觀單一等問題[12-13]。因此，有必要尋找可以解決以上問題的植物來進行試驗研究。落葉灌木金葉蕕(Caryopteris clandonensis)和常綠藤本灌木扶芳藤(Euonymus fortunei)具有抗病蟲、耐修剪、易成活、管理粗放等特點，且二者在開花期有很高的觀賞價值，能夠彌補景天類植物在種植過程中的不足。此外，這兩種植物生長較為緩慢，體量小，低矮，根系穿透力小，對屋頂?shù)暮奢d威脅小，抗風(fēng)以及不會破壞人工鋪設(shè)的防水層和阻根層，降低了維護成本，適宜運用到屋頂綠化中[14-15]。金葉蕕的固碳釋氧、降溫增濕及滯塵能力很強，生態(tài)效益相較其他灌木突出[16]。扶芳藤水土保持能力強，在遭到破壞后能迅速恢復(fù)[17]。這兩種植物均為大型廣場、綠地、行道樹池、公路護坡、樓頂高層綠化的理想地被植物。金葉蕕和扶芳藤在陸地土壤中能夠很好地生長[18-19]，但有關(guān)二者在輕型屋頂綠化基質(zhì)上長勢狀況的研究和報道較少。基于此，本研究選用金葉蕕和扶芳藤作為供試植株，以珍珠巖和粉煤灰配置的輕型基質(zhì)作為種植介質(zhì)(該種植介質(zhì)的理化性質(zhì)均符合屋頂綠化要求)，通過測定生長一年后兩種植物的株高、葉綠素含量、地上和地下生物量、根系形態(tài)指標(biāo)和氮磷鉀含量，比較兩種基質(zhì)對金葉蕕和扶芳藤的栽培效果，篩選出對植物栽培效果良好的基質(zhì)，為兩種灌木在屋頂綠化中的應(yīng)用提供參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于北京市海淀區(qū)東升鄉(xiāng)八家村北京林業(yè)大學(xué)教學(xué)實習(xí)基地三頃園苗圃(40°00′28.3″N，116°20′17.5″E)，氣候類型為溫帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.5℃，1月份平均氣溫最低，為?4.4℃，7 月份平均氣溫最高，為25.8℃，年最高氣溫出現(xiàn)在7 月中下旬，高達41.6℃；年平均日照時數(shù)為2 569 h；年平均降水量628.9 mm，降水主要集中在6月?8月，約占全年降水量的74.0%；無霜期211 d。夏季高溫多雨，盛行東南風(fēng)，冬季寒冷干燥，盛行西北風(fēng)。

1.2 試驗材料

植物選擇：扶芳藤，衛(wèi)矛科衛(wèi)矛屬(Euonymus)植物，常綠藤本灌木；金葉蕕，馬鞭草科蕕屬(Caryopteris)落葉灌木。二者都具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、管理粗放和容易成活等優(yōu)良的特性，適宜作為屋頂綠化的種植植物材料使用[18-20]。試驗幼苗由北京市首發(fā)天人生態(tài)景觀有限公司提供。

基質(zhì)選擇：試驗基質(zhì)中珍珠巖來源于河南信陽厚普礦業(yè)材料廠，粉煤灰由國電承德熱電有限公司提供。該種植基質(zhì)為前期實驗室篩選出的兩種屋頂綠化基質(zhì)，基質(zhì)1為每100 g 珍珠巖中添加粉煤灰15 g 的基質(zhì)，基質(zhì)2為每100 g 珍珠巖中添加粉煤灰20 g 的基質(zhì)。栽培基質(zhì)的基本理化性質(zhì)如表1所列(表1)。

表1 栽培基質(zhì)基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physicochemical propertiesof culturesubstrate

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計

本研究于2019年7月15日至2020年8 月23日在實驗苗圃東南院的水泥地上進行，試驗所配輕型基質(zhì)的理化性質(zhì)均符合屋頂綠化對種植介質(zhì)的要求，即質(zhì)輕、持水透氣性好、養(yǎng)分適宜等[21]。每種植物采用單因素設(shè)計2 個處理，每個處理種植32株植物，3個重復(fù)。試驗針對每種植物設(shè)計2個處理，共4個處理，分別為基質(zhì)1+金葉蕕、基質(zhì)2+金葉蕕、基質(zhì)1+扶芳藤和基質(zhì)2+扶芳藤。其中，基質(zhì)1為m珍珠巖?m粉煤灰= 100 ?15，基質(zhì)2為m珍珠巖?m粉煤灰=100?20。

1.3.2 植物栽培

按照比例量取一定質(zhì)量的粉煤灰和珍珠巖在水泥空地上進行混合并攪拌均勻，該過程中需加入少量水來防止珍珠巖揚塵，待翻堆過程中未發(fā)現(xiàn)大塊白色時，將混勻的基質(zhì)裝入長156 cm、寬78 cm、高48 cm 的種植槽中(基質(zhì)表面距種植槽頂部約1 cm)，每個處理裝1個種植箱，共裝12個，待用。

選取長勢一致無病害的扶芳藤幼苗，將幼苗根部修剪到10 cm 左右，株高修剪到15 cm 左右，種植槽中每行栽植8株扶芳藤，栽植4行，一共栽植32株，株間距約為20 cm，金葉蕕栽植方法同扶芳藤一致。將移栽好植物的基質(zhì)澆透水，之后每隔20 d澆一次水，每次到種植槽排水孔開始出水即停止?jié)菜?019年12月中旬后不再澆水。2020年3月中旬和8月中旬各澆一次水，于2020年8月23日測量每株植物的株高。測定完畢后，每個處理隨機將5株植物挖出洗凈并測定其葉綠素含量、地上和地下生物量、根長、根表面積、根體積、根直徑，以及植物氮磷鉀含量等指標(biāo)。除栽培基質(zhì)和植物外，其他環(huán)境條件與栽培管理措施均保持一致。

1.4 測定指標(biāo)和方法

1.4.1 基質(zhì)理化性質(zhì)測定

隨機取樣測定基質(zhì)的各項理化性質(zhì)，每種基質(zhì)重復(fù)測定5次。物理指標(biāo)包括容重、飽和水容重、總孔隙度、毛管孔隙、非毛管孔隙和大小孔隙比，用環(huán)刀法測定?；瘜W(xué)指標(biāo)包括pH、電導(dǎo)率(electrical conductivity,EC)和全氮、全磷、全鉀含量；pH和EC值(水樣比15?1)分別用pH 計和雷磁電導(dǎo)率儀測定，全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，全磷、全鉀采用氫氧化鈉熔融法提取，全磷采用鉬銻抗比色法、全鉀采用火焰光度計測定。除pH 和EC外，其余指標(biāo)測定方法均參照鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析》[22]。

1.4.2 植物指標(biāo)測定

于2020年8 月23日用鋼卷尺(精度1 mm)測定株高，株高為種植槽內(nèi)栽培基質(zhì)表面至植物成株自然高度最高點的距離。植株生物量包含地上生物鮮重、地上生物干重和根干重。用精度為0.01 g 的電子稱分別稱量洗凈植物的地上部分，之后將植物地上和地下部分分別在105℃下殺青30 min 后，于70℃烘至恒重，稱量地上、地下干物質(zhì)量。根系形態(tài)指標(biāo)測定時，將洗凈的根樣用EPSON EXPRESSION 1680型掃描儀進行掃描，分辨率設(shè)為600 dpi，掃描時為使根樣的分枝不互相纏繞，將根樣放入透明的托盤中，并注入3～5 mm 深的水，用鑷子取根于掃根盤上，并整齊排列。掃描好的TIF文件用WinRHIZO根系分析軟件分析計算得到根系的長度、表面積、體積和直徑等形態(tài)特征參數(shù)值[23]。葉綠素含量測定稱取0.1 g 剪碎的新鮮植物葉片，置于10 mL 的丙酮– 乙醇(體積比1 ?1)溶液中，放在黑暗處浸提24 h，待葉片完全發(fā)白后，用UV-6100紫外分光光度計(上海元析儀器有限公司)測定663、645 nm 處提取液的光密度值，計算葉綠素(葉綠素a + 葉綠素b)含量[24]；植株氮、磷、鉀含量經(jīng)過硫酸–過氧化氫消煮后，分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度法進行測定[22]。

每個處理中植物生長指標(biāo)的數(shù)據(jù)均取槽內(nèi)5株植株的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016整理數(shù)據(jù)及進行隸屬函數(shù)綜合分析，用Origin 作圖，用SPSS 25.0 對植物指標(biāo)進行方差分析和多重比較(P<0.05)，并用Pearson 相關(guān)分析法分析植物生長指標(biāo)與栽培基質(zhì)理化性質(zhì)的關(guān)系。采用隸屬函數(shù)綜合評價體系[25]評估金葉蕕和扶芳藤的生長發(fā)育狀況，進而評定不同配比的栽培基質(zhì)品質(zhì)的優(yōu)劣。

2 結(jié)果與分析

2.1 栽培基質(zhì)對兩種植物株高和葉綠素的影響

金葉蕕和扶芳藤在基質(zhì)2中的株高均顯著高于基質(zhì)1(P<0.05)(圖1)，其中，金葉蕕在基質(zhì)2中的株高比基質(zhì)1提高了36.23%，扶芳藤在基質(zhì)2中的株高比基質(zhì)1提高了9.91%。金葉蕕和扶芳藤在基質(zhì)2中的葉綠素含量與基質(zhì)1的差異不顯著(P> 0.05)。

圖1 不同基質(zhì)對兩種植物株高和葉綠素的影響Figure 1 Effectsof different substrateson plant height and chlorophyll of two plants

2.2 栽培基質(zhì)對兩種植物生物量和根冠比的影響

金葉蕕和扶芳藤在基質(zhì)2中的地上生物鮮重和地上生物干重均顯著高于基質(zhì)1(P<0.05)(圖2)。其中，金葉蕕在基質(zhì)2中的地上生物鮮重和地上生物干重比基質(zhì)1分別增加了103.12%和116.58%，扶芳藤在基質(zhì)2 中的地上生物鮮重和地上生物干重比基質(zhì)1分別增加了8.50%和6.10%。相較于基質(zhì)1，金葉蕕在基質(zhì)2中的根干重顯著提高了120.10%(P< 0.05)，扶芳藤在基質(zhì)2 中的根干重比基質(zhì)1顯著提高了6.83%(P<0.05)。金葉蕕和扶芳藤在基質(zhì)2中的根冠比與基質(zhì)1相比差異不顯著(P> 0.05)。

圖2 不同基質(zhì)對兩種植物生物量和根冠比的影響Figure 2 Effectsof different substrateson biomassand root-shoot ratio of two plants

2.3 栽培基質(zhì)對兩種植物根系的影響

金葉蕕和扶芳藤在基質(zhì)2中的根長、根表面積、根體積和根直徑均顯著高于基質(zhì)1(P<0.05)(表2)。其中，金葉蕕在基質(zhì)2中的根長、根表面積、根體積和根直徑相較于基質(zhì)1分別增加了25.69%、38.95%、46.21%和55.08%，扶芳藤在基質(zhì)2中的根長、根表面積、根體積和根直徑相較于基質(zhì)1分別增加了0.35%、3.81%、3.39%和21.12%。

表2 栽培一年后兩種植物的根系生長情況Table 2 Root growth of the two plants after cultivation for one year

2.4 栽培基質(zhì)對兩種植物氮、磷、鉀含量的影響

金葉蕕在基質(zhì)2中的全氮和全磷含量均顯著高于基質(zhì)1(P<0.05)(表3)，扶芳藤在基質(zhì)2中的全氮和全磷含量差異不顯著(P>0.05)，金葉蕕和扶芳藤在基質(zhì)2中的鉀含量顯著低于基質(zhì)1(P<0.05)。其中，金葉蕕在基質(zhì)2中的全氮和全磷含量比基質(zhì)1分別提高了7.18%和37.27%。金葉蕕在基質(zhì)2中的鉀含量比基質(zhì)1降低了12.90%，扶芳藤在基質(zhì)2中的鉀含量比基質(zhì)1降低了23.53%。

表3 栽培一年后兩種植物的全氮、全磷和全鉀含量Table 3 Contentsof total nitrogen,total phosphorus,and total potassium of the two plants after cultivation for oneyear

2.5 基質(zhì)理化性質(zhì)與植物生長指標(biāo)間的關(guān)系

金葉蕕的葉綠素含量與基質(zhì)理化性質(zhì)無顯著相關(guān)性(表4)。金葉蕕的株高、地上生物鮮重、地上生物干重、地下生物干重、鉀含量、根長、根面積、根體積、根直徑和基質(zhì)的pH、全氮、全磷顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)相關(guān)，金葉蕕的磷含量與基質(zhì)的pH、全氮、全磷顯著(P<0.05)相關(guān)，除金葉蕕的鉀含量外，其余指標(biāo)均與基質(zhì)的pH、全氮、全磷呈正相關(guān)關(guān)系；金葉蕕的根冠比和基質(zhì)的田間持水量呈顯著(P< 0.05)正相關(guān)關(guān)系；金葉蕕的氮含量與基質(zhì)的毛管孔隙度、電導(dǎo)率、全氮呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系，與基質(zhì)的全磷呈顯著(P<0.05)正相關(guān)關(guān)系，與基質(zhì)非毛管孔隙度和孔隙比呈極顯著(P<0.01)負相關(guān)關(guān)系；金葉蕕的鉀含量與基質(zhì)的pH、EC、全氮、全磷呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)負相關(guān)關(guān)系。

表4 金葉蕕Pearson相關(guān)性分析Table 4 Pearson correlation analysisof Caryopterisclandonensis

扶芳藤的葉綠素、氮含量、根冠比與基質(zhì)的理化性質(zhì)相關(guān)性不顯著(P>0.05)(表5)。扶芳藤的株高、地上生物鮮重、地下生物干重、根長、根面積、根體積、根直徑和基質(zhì)的pH、全氮、全磷呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)正相關(guān)(表5)；扶芳藤的株高與基質(zhì)的田間持水量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；扶芳藤的地上生物鮮重與基質(zhì)的毛管孔隙度、EC呈顯著(P< 0.05)正相關(guān)關(guān)系；地下生物干重與基質(zhì)田間持水量、pH、全氮、全磷呈顯著(P< 0.05)或極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系；扶芳藤的磷含量與基質(zhì)的全磷呈顯著(P<0.05)正相關(guān)關(guān)系，與全鉀呈顯著(P<0.05)負相關(guān)關(guān)系；扶芳藤的鉀含量與基質(zhì)的非毛管孔隙度、孔隙比呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系，與基質(zhì)的毛管孔隙度、EC和全氮呈顯著(P<0.05)負相關(guān)關(guān)系。

表5 扶芳藤Pearson相關(guān)性分析Table5 Pearson correlation analysisof Euonymus fortunei

2.6 植物生長指標(biāo)的綜合評價

植物生長發(fā)育過程中不能憑借單一指標(biāo)反映植物的綜合性狀，各指標(biāo)對植物長勢的評價都具有重要意義[26]?；|(zhì)2+金葉蕕處理的植物指標(biāo)綜合評價指數(shù)最高為0.83(表6)，其次是基質(zhì)1+金葉蕕，為0.36。此外，基質(zhì)2+ 扶芳藤處理的綜合評價指數(shù)高于基質(zhì)1+扶芳藤處理，為0.23。因此基質(zhì)2，即m珍珠巖? m粉煤灰= 100?20為本研究中栽培金葉蕕和扶芳藤的最優(yōu)基質(zhì)配方。

表6 隸屬函數(shù)綜合評價分析Table6 Comprehensiveevaluation and analysisof membership function

3 討論

基質(zhì)的理化性質(zhì)對植物生長有重要影響，良好的基質(zhì)可以為植物生長發(fā)育提供足夠的空氣、養(yǎng)分、水分和支撐力。而植物生長指標(biāo)通過反映植株長勢強弱，可直觀判斷不同栽培基質(zhì)對植物生長的效果，進一步判斷栽培基質(zhì)的優(yōu)劣[27]。

本研究中基質(zhì)2上金葉蕕和扶芳藤的株高顯著高于基質(zhì)1，這可能是因為基質(zhì)中粉煤灰含量的差異造成的，有研究表明添加粉煤灰的基質(zhì)持水性強，含有多種養(yǎng)分元素，有利于植物的生長發(fā)育[28-29]。葉綠素含量與植物光合作用密切相關(guān)，可反映植物適應(yīng)和利用環(huán)境因子的情況[30]。本研究中金葉蕕和扶芳藤在基質(zhì)2中葉綠素含量與基質(zhì)1無差異，且Pearson 相關(guān)分析中，二者的葉綠素含量與基質(zhì)的理化性質(zhì)無相關(guān)性，說明2種基質(zhì)中粉煤灰含量的不同對金葉蕕和扶芳藤生長過程中葉綠素含量的影響較小。

良好的栽培基質(zhì)能促進植物地上部分與地下部分的共同生長，使二者達到平衡，促進植物的順利生長[26]。李婭等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)是通過孔隙度和水氣比的差異影響生物量累積，從而影響苗木的長勢。楊飛等[32]研究表明，基質(zhì)中的養(yǎng)分含量會影響生菜(Spinacia oleracea)生物量的變化。本研究中基質(zhì)2上金葉蕕和扶芳藤的地上生物鮮重、地上生物干重和根干重均顯著高于基質(zhì)1，說明栽培基質(zhì)良好的孔隙結(jié)構(gòu)及適宜的養(yǎng)分含量有利于植物生物量的增加。根冠比的大小可以反映植物光合產(chǎn)物的分配狀況，也能反映植物根系的生長發(fā)育結(jié)果，適宜的根冠比可以為植株創(chuàng)造良好的營養(yǎng)生長條件[33]。本研究中，金葉蕕在兩種基質(zhì)中的根冠比無明顯差異，但其根冠比和基質(zhì)田間持水量間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說明基質(zhì)2中較高的保水性能促進了金葉蕕地下部分的生長。

根系的長度、表面積、體積和直徑等形態(tài)性狀受介質(zhì)環(huán)境影響很大[34]。本研究發(fā)現(xiàn)，金葉蕕在基質(zhì)2上的根長、根面積、根體積和根直徑均大于在基質(zhì)1中的生長，扶芳藤與之相同，這可能是因為基質(zhì)2比基質(zhì)1有更好的孔隙結(jié)構(gòu)，更強的持水能力和更高的養(yǎng)分含量，與趙翔等[35]的研究結(jié)果相似。此外，本研究發(fā)現(xiàn)同一基質(zhì)中金葉蕕的根長和根表面積比扶芳藤低，但其根體積和根直徑卻高于扶芳藤，這可能與兩種植物的地下部分生長特性有關(guān)，金葉蕕根系發(fā)達，主根粗大[36]，扶芳藤氣生根發(fā)達，須根多，能隨處生發(fā)多數(shù)細根[37]。因此，兩種植物根系生長方式會有所不同，對基質(zhì)的適應(yīng)能力也不同。

在不同基質(zhì)條件下，兩種植物的株高、地上生物鮮重、根干重、根長、根面積、根體積、根直徑和基質(zhì)的pH、全氮、全磷呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明本研究中兩種基質(zhì)給金葉蕕和扶芳藤創(chuàng)造的酸堿環(huán)境和氮磷養(yǎng)分條件對植物生長的影響很大，這一結(jié)果與郝丹等[38]對金盞菊(Calendula officinalis)的研究結(jié)果相似；其次，金葉蕕含氮量還與基質(zhì)毛管孔隙度、電導(dǎo)率也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，含鉀量和pH、全氮、全磷呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，扶芳藤的株高、地下生物量與基質(zhì)田間持水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，地上生物量與毛管孔隙度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，鉀含量和毛管孔隙度、電導(dǎo)率、全氮呈顯著負相關(guān)關(guān)系，這可能和這兩種植物的生長特性有關(guān)，本研究結(jié)果僅是基質(zhì)對植物生長狀況的影響，關(guān)于這兩種植物自身生長特性的研究還有待進一步探索。

4 結(jié)論

通過對金葉蕕和扶芳藤栽培一年后植物生長指標(biāo)的測定及綜合評價分析，證明基質(zhì)2對金葉蕕和扶芳藤的栽培效果均優(yōu)于基質(zhì)1，即每100 g 珍珠巖中添加20 g 粉煤灰對植物的生長發(fā)育更好，可以為植物生長提供更適宜的孔隙結(jié)構(gòu)、pH 及更多的養(yǎng)分。此外，基質(zhì)2+ 金葉蕕處理的栽培效果最好。