王 齊，師春娟，孫吉雄，安 淵

(1.云南林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650224；2.云南省林業(yè)與草原科學(xué)院，云南 昆明 650200；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；4.上海交通大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 201101)

草坪是園林植物景觀中應(yīng)用最廣泛的觀賞植物之一，然而隨著城市化的建設(shè)與人均活動空間逐漸縮小，再加上不同年齡層次的人群對環(huán)境空間的需求也不同，所以在城市園林綠地中設(shè)計(jì)開放式草坪已成為城市園林綠地規(guī)劃的新理念[1]。

與普通觀賞草坪相比，開放式草坪存在更大的踐踏問題，影響草坪土壤的水分分布，給草坪帶來一系列的影響。已有研究表明，踐踏能造成土壤緊實(shí),使土壤水分含量下降[2]，引起草坪草根系向地表分布[3-4]；直接造成草坪磨損,葉片表皮組織受傷導(dǎo)致光合作用能力降低，影響草坪草干物質(zhì)的積累[5]。同樣，不同強(qiáng)度的水分脅迫很可能導(dǎo)致草坪草不同方式的適應(yīng)性反應(yīng)，包括脅迫感受、激素反應(yīng)、信號傳導(dǎo)、基因表達(dá)調(diào)控、酶活性變化、滲透調(diào)節(jié)、氣孔運(yùn)動、形態(tài)或生長速率改變等多個(gè)或其中幾個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同作用，以減少由其帶來的脅迫傷害[6]。

因此，除了進(jìn)行更精心地養(yǎng)護(hù)管理外，還要選擇耐踐踏的草種、合理的坪床土壤類型和坪床結(jié)構(gòu)，以及科學(xué)的水分管理等技術(shù)要求。本研究通過不同梯度的水分與踐踏脅迫模擬試驗(yàn)，研究在不同水分脅迫、不同踐踏脅迫以及2種脅迫同時(shí)存在下草坪草的形態(tài)和生理指標(biāo)的變化，探討水分與踐踏脅迫下的植物的抗逆性，為草坪草在不同脅迫下的養(yǎng)護(hù)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院實(shí)驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行，地理位置31°14′N、121°29′E，北亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.6℃，≥10℃的有效積溫2 857℃，年降水量1 302 mm，主要集中在5-9月。土壤質(zhì)地黏重，呈酸性。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)草坪為大田露天種植的“JD-1”結(jié)縷草(zoysia)草坪，由種子播種而成的2年生草坪。試驗(yàn)前按設(shè)計(jì)做小區(qū)分隔。

大田樣地采用裂區(qū)設(shè)計(jì)(以踐踏為主區(qū)，水分為副區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列)；3次重復(fù)，共27塊小區(qū)；小區(qū)面積2 m×1.5 m；小區(qū)間用塑料板(120 cm×20 cm×0.5 cm)拼接隔檔，防止水分交流；小區(qū)四周設(shè)保護(hù)行。

1.3 試驗(yàn)處理

1.3.1 踐踏脅迫 采用踐踏器模擬踐踏(由2個(gè)并排粗細(xì)不同的實(shí)心鐵輥構(gòu)成，￠大30 cm×50 cm；￠小20 cm×50 cm，表面具套有橡皮的小釘，￠1.5 cm×3 cm，質(zhì)量70 kg)。程度分別為：無踐踏(不進(jìn)行踐踏處理)、中度踐踏(每2 d用踐踏器來回踐踏3次)和重度踐踏(每天用踐踏器來回踐踏3次)3種處理。

1.3.2 水分脅迫 分別為：水分充足(土壤水分含量>75%田間持水量)、輕度脅迫(土壤水分含量：45%～60%田間持水量)和重度脅迫(土壤水分含量為20%～40%田間持水量)3種處理。

水分梯度：稱重法，即在試驗(yàn)地中埋放測量水分草坪塞柱，用于水分重量測定。

1.4 指標(biāo)測定

試驗(yàn)于2016年3月開始，避開雨季影響，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)開始處理后，為研究動態(tài)變化，分別在處理后第10、35、57天測定形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)；從第58天開始連續(xù)30 d，正常養(yǎng)護(hù)管理進(jìn)行恢復(fù)期試驗(yàn)，直到試驗(yàn)結(jié)束。

1.4.1 形態(tài)指標(biāo)測定 測定指標(biāo)有：密度、蓋度、株高、葉寬和地上生物量(以下稱生物量)；每個(gè)小區(qū)除密度、地上/地下生物量測3次重復(fù)外，其余指標(biāo)各測10次重復(fù)。密度/(株·m-2)、葉長/cm：采用實(shí)測法；株高/cm：定點(diǎn)植株標(biāo)記法；蓋度/%：針刺法；均一性：均勻度法；地上生物量/(g·100 m-2)：采用齊根修剪法。

1.4.2 生理指標(biāo)測定 葉片相對含水量參照王晶英[7]的方法；葉片質(zhì)膜透性參照李合生[8]的電導(dǎo)率法并加以改進(jìn)；葉片游離脯氨酸含量用酸性茚酸酮顯色法[8]；葉片丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸顯色法[8]；可溶性總糖用蒽酮比色法[9]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

差異性分析采用Excel 2010、SAS8.0軟件系統(tǒng)完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 對結(jié)縷草密度的影響

從圖1中曲線變化可看出，水分與踐踏因子對結(jié)縷草密度都有不同的影響。隨水分脅迫程度的增加，結(jié)縷草的密度逐漸減小，且差異顯著(P<0.05)。而不同踐踏脅迫隨處理時(shí)間延長則呈先增后降趨勢，且在無水脅迫下，中度和重試踐踏之間差異不顯著(P>0.05)，與CK(無踐踏)之間差異顯著(P<0.05)；在輕度水分脅迫下，不同踐踏脅迫之間差異均不顯著(P>0.05)；而重度水分脅迫下，則無踐踏和中度踐踏之間差異不顯著(P>0.05)，與重試踐踏之間差異顯著(P<0.05)。

圖1 水分和踐踏脅迫對結(jié)縷草密度的影響Fig.1 Effects of water and trample stresses on the density of Zoysia grass

恢復(fù)期結(jié)縷草密度增加明顯，在無水和輕度水分脅迫下，受中度和重試踐踏的草坪恢復(fù)密度大于CK(無踐踏)；而重度水分脅迫下，重度踐踏脅迫下的草坪密度0.05)，表現(xiàn)出了脅迫的疊加效應(yīng)。

2.2 對結(jié)縷草株高的影響

從圖2中可看出，水分脅迫能夠明顯抑制結(jié)縷草株高的生長，不同的水分脅迫之間差異顯著(P<0.05)；不同踐踏脅迫對株高的生長隨踐踏程度的增加而降低，除在無水分脅迫下，輕度和重度踐踏之間差異不顯著(P>0.05)，但與CK(無踐踏)之間差異顯著(P<0.05)外，在輕度、重試水分脅迫下，不同踐踏之間差異均不顯著(P>0.05)。

圖2 水分和踐踏脅迫對結(jié)縷草株高的影響Fig.2 Effects of water and trample stresses on the height of Zoysia grass

恢復(fù)期結(jié)縷草株高的恢復(fù)生長明顯，在不同水分脅迫下，結(jié)縷草株高的變化是無踐踏>中度>重度；在無水分脅迫下，不同踐踏脅迫之間的差異顯著(P<0.05)；在輕度水分脅迫下，中度和重度踐踏脅迫之間的差異不顯著(P>0.05)，與CK之間差異顯著(P<0.05)；在重度水分脅迫下，中度踐踏與CK之間差異不顯著(P>0.05)，重度踐踏與CK之間差異顯著(P<0.05)。

2.3 對結(jié)縷草地上生物量的影響

從圖3中可以看出，結(jié)縷草地上生物量隨水分脅迫程度的增加而生物量下降，且不同水分脅迫之間差異顯著(P<0.05)。踐踏脅迫隨處理時(shí)間的增加而呈增大的趨勢，在無水脅迫下，不同踐踏之間差異顯著(P<0.05)；在輕度水分脅迫下各踐踏處理之間差異不顯著(P>0.05)；而在重度水分脅迫下，中度、重度踐踏脅迫之間差異不顯著(P>0.05)，但與CK之間差異顯著(P<0.05)。

圖3 水分和踐踏脅迫對結(jié)縷草生物量的影響Fig.3 Effects of water and trample stresses on the biomass of Zoysia grass

恢復(fù)期結(jié)縷草地上生物量的恢復(fù)生長增加有差異，隨水分脅迫程度增加地上生物量則減少，不同水分脅迫處理間差異顯著(P<0.05)；在不同水分脅迫下，結(jié)縷草地上生物量的變化是無踐踏>中度>重度；在無水分脅迫下，中度踐踏與CK之間差異不顯著(P>0.05)，重度踐踏與CK之間差異顯著(P<0.05)；在輕度和重度水分脅迫下，各踐踏處理之間差異均不顯著(P>0.05)。

2.4 對結(jié)縷草葉片相對電導(dǎo)率的影響

由圖4可看出，結(jié)縷草葉片相對電導(dǎo)率隨踐踏脅迫程度的增加而增大，且隨處理時(shí)間有先降后增再降的趨勢，在試驗(yàn)處理前35 d，葉片相對電導(dǎo)率呈下降趨勢，且CK差異顯著(P<0.05)；隨后開始上升，到第57天達(dá)到最大值；恢復(fù)期葉片相對電導(dǎo)率明顯下降；水分脅迫的效果與踐和踐踏脅迫的效果一致且疊加，葉片相對電導(dǎo)率隨水分脅迫程度的增加而增大；由此表明結(jié)縷草葉片在前35 d，水分和踐踏脅迫對結(jié)縷草生長影響不大；第35天后結(jié)縷草受脅迫影響，葉片細(xì)胞開始受影響受損；至恢復(fù)期又得了恢復(fù)生長，相對電導(dǎo)率明顯下降，在重度水分脅迫下，重度踐踏與CK之間差異顯著(P<0.05)，中度踐踏與CK之間差異不顯著(P>0.05)。

圖4 水分和踐踏脅迫對結(jié)縷草相對電導(dǎo)率的影響Fig.4 Effects of water and trample stresses on the relative conductivity of Zoysia grass

2.5 對結(jié)縷草葉片游離脯氨酸含量的影響

由圖5可以看出，結(jié)縷草葉片游離脯氨酸含量有隨踐踏脅迫的程度增加而增大，且隨處理時(shí)間的增加而呈增大的趨勢；至恢復(fù)期又顯著下降，脅迫處理后的恢復(fù)更快，與對照差異顯著(P<0.05)；水分脅迫處理效應(yīng)與踐踏相似，葉片游離脯氨酸含量明顯高于無水脅迫對照，且差異顯著(P<0.05)；綜合作用有明顯的疊加效應(yīng)。由此表明，葉片游離脯氨酸主要作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在結(jié)縷草受脅迫后在體內(nèi)隨脅迫處理后就出現(xiàn)，但含量相對較小，隨脅迫時(shí)間的增長，其含量也隨之增加，至結(jié)縷草恢復(fù)期又下降到較小水平。

圖5 水分和踐踏脅迫對結(jié)縷草游離脯氨酸含量的影響Fig.5 Effects of water and trample stresses on the proline content of Zoysia grass

2.6 對結(jié)縷草葉片丙二醛含量的影響

由圖6可以看出，結(jié)縷草葉片丙二醛含量的變化趨勢與葉片相對電導(dǎo)率的變化趨勢基本一致，即隨踐踏脅迫程度的增加而增大，且隨處理時(shí)間延長有先降后增再降的趨勢，在試驗(yàn)處理前35 d，葉片丙二醛含量呈下降趨勢，且差異顯著(P<0.05)；隨后開始上升，到第57天達(dá)到最大值；恢復(fù)期葉片丙二醛含量明顯下降；水分脅迫的效果與踐和踐踏脅迫的效果基本一致，葉片丙二醛含量隨水分脅迫程度的增加而增大。

圖6 水分和踐踏脅迫對結(jié)縷草葉片丙二醛含量的影響Fig.6 Effects of water and trample stresses on the MDA content of Zoysia grass

2.7 對結(jié)縷草葉片可溶性糖含量的影響

由圖7可以看出，不同水分脅迫下，結(jié)縷草葉片可溶性糖含量有隨踐踏脅迫的程度增加而增大，且隨處理時(shí)間的增加而呈增大的趨勢；至恢復(fù)期又顯著下降，與對照差異顯著(P<0.05)。與無水分脅迫對照相比，葉片可溶性糖含量隨水分脅迫程度增加而增大，且輕度和重度脅迫與對照之間差異顯著(P<0.05)。由此表明，葉片可溶性糖結(jié)縷草葉片受到脅迫后起了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對植物細(xì)胞起了保護(hù)作用，脅迫后含量增加，但含量相對較小，隨脅迫時(shí)間的處長，其含量也隨之增加，至結(jié)縷草恢復(fù)期又下降到較小水平。

圖7 水分和踐踏脅迫對結(jié)縷草葉片可溶性糖含量的影響Fig.7 Effects of water and trample stresses on the solubile sugar content of Zoysia grass

3 結(jié)論與討論

結(jié)果表明，水分與踐踏脅迫對草坪草都產(chǎn)生明顯的影響，并且在重度水分脅迫和重度踐踏脅迫下的影響有疊加效應(yīng)，對草坪草的生長十分不利；但在輕度水分脅迫下，結(jié)縷草密度、地上生物量和葉片相對電導(dǎo)率、MDA含量、游離脯氨酸含量和可溶性糖含量在不同踐踏脅迫下的差異不顯著(P>0.05)；在無水分脅迫和重度水分脅迫下各指標(biāo)的差異顯著性有所不同，在一定程度上輕度水分脅迫有助于提高結(jié)縷草的耐踐踏性。

對于受水分脅迫和踐踏脅迫受損的草坪草，在30 d恢復(fù)后發(fā)現(xiàn)，踐踏脅迫后的草坪密度增加、株高生長量和地上生物量的明顯增加，但與對照相比差異不顯著(P>0.05)；而水分脅迫后的密度、株高和地上生物量的差異顯著(P<0.05)；葉片相對電導(dǎo)率、MDA含量、游離脯氨酸含量和可溶性糖含量等生理指標(biāo)與對照相比差異不顯著(P>0.05)，都能恢復(fù)到結(jié)縷草正常生長的水平，脅迫效果可完全恢復(fù)到與無脅迫生長的相同水平。

作為運(yùn)動草坪或綠地開放草坪，經(jīng)常受到不同程度的踐踏或水分因子的影響，尤其受踐踏影響會導(dǎo)致草坪受到不同程度的草皮磨損、土壤緊實(shí)、土壤迫移和草皮削起損傷[10]；同時(shí)也會影響草坪草的形態(tài)、生長發(fā)育、生理代謝、坪床結(jié)構(gòu)和草坪群落構(gòu)成等[11]。本研究結(jié)果也看出，結(jié)縷草的密度、株高和生物量隨水分脅迫程度的增加而降低，不同水分脅迫之間的差異顯著(P<0.05)；踐踏脅迫能夠明顯影響結(jié)縷草的株高，但對密度和生物量的影響不顯著(P>0.05)，因此，水分是影響結(jié)縷草形態(tài)指標(biāo)的關(guān)鍵因子。這主要與結(jié)縷草植物結(jié)構(gòu)有關(guān)，水分因子決定促進(jìn)結(jié)縷草幼嫩植物組織與器官形成，但踐踏可以直接造成其磨損、撕裂和斷折，對結(jié)縷草的正常生長發(fā)育和營養(yǎng)物質(zhì)的積累產(chǎn)生抑制作用，與普遍的研究結(jié)果一致[11-13]。

水分與踐踏是影響植物生長的直接環(huán)境因子，除直接影響植物生長的形態(tài)特征外，也可以引起植物體內(nèi)地系列抗逆生理的反應(yīng)機(jī)制，如葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量、游離脯氨酸含量等生理指標(biāo)的變化[14]，在本研究中，水分和踐踏脅迫因子對結(jié)縷草生理指標(biāo)的影響也很明顯，表現(xiàn)在水分和踐踏脅迫下生理指標(biāo)與對照相比都有明顯的增大，相對電導(dǎo)率和MDA含量的變化有隨處理時(shí)間延長而先降后升的趨勢，其原因可能與結(jié)縷草受脅迫程度有關(guān)，在無脅迫或者脅迫程度輕微情況下，結(jié)縷草細(xì)胞僅受到水分的縮減影響，細(xì)胞膜沒有受到損傷，葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量變化很??；隨結(jié)縷草受脅迫程度的增加，葉片細(xì)胞超出了細(xì)胞自身調(diào)節(jié)能力的范圍，細(xì)胞膜輕度受損，使得相對電導(dǎo)率和MDA含量值增大，表現(xiàn)出先緩慢降，然后再升高的變化。游離脯氨酸含量和可溶性糖含量隨處理時(shí)間延長呈遞增的趨勢，是由于結(jié)縷草葉片受到脅迫影響后，通過自身生理滲透調(diào)節(jié)所發(fā)生的反應(yīng)機(jī)制形成的[15]。

對于水分與踐踏脅迫之間的關(guān)系，水分脅迫(尤其輕度脅迫)能夠提高結(jié)縷草的抗踐踏性，表現(xiàn)在結(jié)縷草密度、地上生物量和葉片相對電導(dǎo)率、MDA含量、游離脯氨酸含量和可溶性糖含量在不同的踐踏脅迫下的差異不顯著(P>0.05)；在無水分脅迫和重度水分脅迫下各指標(biāo)的表現(xiàn)有差異。由此可推斷適當(dāng)?shù)乃痔澣蹦軌蛲ㄟ^降低水的化學(xué)活性而引起細(xì)胞膨壓下降，使植物細(xì)胞的柔軟度(彈性)增大[16]，并能誘導(dǎo)滲透調(diào)節(jié)機(jī)制的發(fā)生，從而保持細(xì)胞生長、氣孔開放和光合作用等生理過程的正常進(jìn)行[17]，從而在一定程度上增強(qiáng)了其耐踐踏性，這樣對于運(yùn)動草坪和開放草坪的養(yǎng)護(hù)來說很有意義。