黃源欣，辛 琨，熊燕梅，張 韞，姜仲茂，丁功桃，廖寶文

（1. 中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520；2. 南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；3. 廣東紅樹林生態(tài)科技有限公司，廣東 珠海 519000)

老鼠簕Acanthus ilicifolius作為生長在熱帶和亞熱帶海岸潮間帶的鄉(xiāng)土紅樹植物群落之一，是我國紅樹林林下灌叢的主要樹種，大量分布于珠海市淇澳島無瓣海桑林下[1-2]。老鼠簕是爵床科老鼠簕屬，非胎生，葉片光滑堅(jiān)硬，邊緣分刺狀利齒和光滑面兩種，具有明顯泌鹽現(xiàn)象，常構(gòu)成紅樹林的林下灌叢，是紅樹植物適合生長在灘涂的先鋒樹種。在廣東、廣西、海南、福建、臺(tái)灣、香港、澳門沿海均有分布[3-5]。近20年來，老鼠簕在珠三角沿海的分布面積逐年增加，位于珠海市高新區(qū)的淇澳島，近些年老鼠簕已經(jīng)迅速占領(lǐng)中、高潮位的灘涂，主要分布于林下、林窗和林緣，有進(jìn)一步擴(kuò)張的趨勢，其過快的長勢需要引起重視。

目前對(duì)老鼠簕的研究主要集中在藥用價(jià)值以及生理機(jī)制方面，其中生理機(jī)制的研究主要包括老鼠簕的潮汐淹浸適應(yīng)能力、對(duì)不同光照強(qiáng)度的生理生態(tài)響應(yīng)以及鹽度響應(yīng)機(jī)制等方面[6-8]。相關(guān)研究表明，通過控制9個(gè)淹水時(shí)間梯度的單一變量，發(fā)現(xiàn)淹水時(shí)間為0 ～3 h·d-1是老鼠簕幼苗生長的最佳時(shí)間，18 h·d-1是幼苗生長的臨界點(diǎn)[7]。通過設(shè)置7 個(gè)光照強(qiáng)度梯度的單一變量，發(fā)現(xiàn)老鼠簕能大量存活在淇澳島紅樹林林下的原因是其自身擁有較高的耐陰能力。當(dāng)光照強(qiáng)度為45%時(shí)，表現(xiàn)為促進(jìn)植物生長；當(dāng)光照強(qiáng)度為20%時(shí)，老鼠簕幼苗會(huì)降低自身光補(bǔ)償點(diǎn)和根冠比以提高自身獲取光能的效率[6]。通過利用4 個(gè)不同梯度的鹽度對(duì)老鼠簕的幼苗進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)老鼠簕在鹽度為5‰時(shí)活性最高，超過15‰其生長受到明顯抑制[8]。本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上通過正交設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法研究多環(huán)境因子對(duì)老鼠簕生長的影響，并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析適合老鼠簕生長的環(huán)境條件，為進(jìn)一步探究老鼠簕的生長特性以及對(duì)老鼠簕在珠三角地區(qū)快速擴(kuò)張的應(yīng)對(duì)機(jī)制提供理論支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2021年7月，在廣東省江門市黃家圍苗圃場內(nèi)選取老鼠簕無病蟲害的健壯成熟幼苗162 株（幼苗的平均高度為15 cm），并將老鼠簕幼苗分裝插入裝有從珠海淇澳島灘涂地運(yùn)回的泥土混合沙的口徑12 cm 的育苗盆（高，14 cm；直徑，6 cm；底部帶孔），然后平均放入9 個(gè)溫室潮汐模擬槽（規(guī)格：長×寬×高=1.17 m×0.60 m×0.85 m）中進(jìn)行培養(yǎng)。

1.2 試驗(yàn)地的選擇

試驗(yàn)地位于廣州市天河區(qū)中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所紅樹林潮汐人工玻璃溫室內(nèi)。該玻璃溫室光熱資源豐富，溫度均勻，空氣濕潤。試驗(yàn)過程中溫度范圍為14 ～36 ℃，平均氣溫為28 ℃。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

先設(shè)置同一潮汐時(shí)間、同一鹽度和光照強(qiáng)度，在相同的環(huán)境條件下培養(yǎng)1 個(gè)月，之后再調(diào)控不同培養(yǎng)環(huán)境，培養(yǎng)時(shí)間為150 d；每個(gè)育苗盆培育1 株苗，每一組處理均為18 株，進(jìn)行3×6 排列，即3 個(gè)重復(fù)，每重復(fù)18 株。

采取L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)老鼠簕較適生長環(huán)境進(jìn)行篩選，試驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)如表1 所示。試驗(yàn)因素分別為潮汐時(shí)間（T）、光照強(qiáng)度（I）、鹽度（S）。其中潮汐淹浸時(shí)間梯度設(shè)置為3、9、15 h；光照強(qiáng)度梯度設(shè)置為30%、45%、60%；鹽度梯度設(shè)置為2.5‰、5.0‰、7.5‰。

表1 老鼠簕在不同環(huán)境條件L9（33）下的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 An L9 (33) orthogonal test design of A. ilicifolius was used under different environmental conditions

1.4 測定方法和數(shù)據(jù)收集

由于紅樹林長勢較慢，故從2021年8月起，分別在2021年8月、2021年10月、2021年12月、2022年3月，按季度用鋼尺和游標(biāo)卡尺對(duì)老鼠簕的株高和基徑進(jìn)行測量，每3 個(gè)重復(fù)取其平均值并記錄。

在每次測量后分別進(jìn)行土樣收集和指標(biāo)測定。參照《濕地生態(tài)系統(tǒng)觀測方法》[9]和《土壤理化分析》[10]，土壤理化性質(zhì)的具體測定方法如下：土壤pH 值采用水浸提-電位法[11]；土壤有機(jī)碳（SOC）采用重鉻酸鉀養(yǎng)化-外加熱法[12]；鹽度采用水土混合振蕩-烘干法[13]；全氮（TN）采用堿解擴(kuò)散法[14]；全磷（TP）采用NaOH 堿熔-鉬銻抗分光光度法[15]；全鉀采用NaOH 堿熔-火焰光度法[16]；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法[15]；速效鉀采用乙酸銨溶液浸提-火焰光度法[16]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理和計(jì)算用Excel 2010 軟件完成，用SPSS 軟件進(jìn)行正交分析，采用主效應(yīng)分析及多重比較方法檢驗(yàn)各環(huán)境因子對(duì)老鼠簕株高和基徑生長量的影響，并用Origin 軟件進(jìn)行圖形繪制，用Canoco 5 軟件進(jìn)行RDA 分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 正態(tài)性檢驗(yàn)

對(duì)老鼠簕幼苗數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其株高和基徑基本符合正態(tài)分布（表2、圖1），兩者之間也存在極顯著相關(guān)性（P＜0.01），故將各組的株高和基徑生長量進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖1 老鼠簕株高與基徑的相關(guān)性Fig. 1 Correlation between plant height and basal diameter of A. ilicifolius

表2 老鼠簕株高、基徑的正態(tài)檢驗(yàn)?Table 2 Normal test of height base diameter of A. ilicifolius

2.2 基于正交設(shè)計(jì)不同環(huán)境對(duì)老鼠簕株高的影響

由表3 ～4 可以發(fā)現(xiàn)，株高生長量（cm）的極差R分別為7.79 cm（鹽度）＞4.80 cm（淹水時(shí)間）＞4.56 cm（光照強(qiáng)度），通過正交分析得出最優(yōu)組合為T2S3I1（淹水時(shí)間6 h，光照強(qiáng)度30%，鹽度7.5‰）。從表4 可以發(fā)現(xiàn)，第6 組的老鼠簕株高生長量為22.18 cm，是所有試驗(yàn)項(xiàng)目組別中株高生長量最高的組別。進(jìn)一步進(jìn)行主效應(yīng)分析和多重比較驗(yàn)證分析可以發(fā)現(xiàn)，T2＞T1＞T3，S3＞S1＞S2，I1＞I2＞I3，證明組別T2S3I1結(jié)果顯著，與正交分析結(jié)果一致。

表3 不同環(huán)境條件處理下老鼠簕的生長特性?Table 3 Growth characteristics of A. ilicifolius under different environmental conditions

表4 老鼠簕株高生長量在不同環(huán)境因子影響下的生長狀況分析?Table 4 Analysis of height growth of A. ilicifolius under the influence of different environmental factors

由此可以看出，老鼠簕株高在淹水時(shí)間為6 h、鹽度為7.5‰以及光照強(qiáng)度30%下生長較好，且光照和淹水是影響老鼠簕株高生長的主要因素，對(duì)老鼠簕株高生長有顯著差異，證明老鼠簕是屬于一般耐淹浸、不耐鹽以及有較強(qiáng)耐陰性的紅樹植物。

2.3 基于正交設(shè)計(jì)不同環(huán)境對(duì)老鼠簕基徑的影響

由表3 ～5 可以發(fā)現(xiàn)，基徑生長量（cm）的極差R分別為0.093 cm（淹水時(shí)間）＞0.042 cm（鹽度）＞0.020 cm（光照強(qiáng)度），通過正交分析得出最優(yōu)組合為T1S3I3：淹水時(shí)間3 h，光照強(qiáng)度60%，鹽度7.5‰。由表5 可知，第3 組老鼠簕基徑生長量為0.278 cm，是所有試驗(yàn)項(xiàng)目組別中基徑生長最高的；其次組合是第2 組別T1S2I2，老鼠簕的基徑生長量為0.273 cm。進(jìn)一步進(jìn)行主效應(yīng)分析和多重比較分析可以發(fā)現(xiàn)，T1＞T2＞T3，S2≈S3＞S1，I2＞I3＞I1，證明組別T1S2I2、T1S3I2結(jié)果顯著。

表5 老鼠簕基徑生長量在不同環(huán)境因子影響下的生長狀況分析Table 5 Analysis of the basal diameter growth of A. ilicifolius under different environmental factors

由此可以看出，老鼠簕基徑在淹水時(shí)間為3 h、鹽度為5‰～7.5‰、光照強(qiáng)度為45%下生長較好。多重比較結(jié)果分析可得，在不同光照條件下，老鼠簕基徑生長有顯著差異，但其較低光照下仍能正常生長，光照是影響老鼠簕生長主要因素之一的依據(jù)得到進(jìn)一步證實(shí)；淹水時(shí)間次之，淹水時(shí)間對(duì)老鼠簕的基徑生長有顯著影響，證明老鼠簕是屬于不耐淹浸、不耐鹽以及有較強(qiáng)耐陰性的紅樹植物。

2.4 土壤養(yǎng)分變化對(duì)老鼠簕生長的影響

進(jìn)一步對(duì)老鼠簕的各項(xiàng)土壤指標(biāo)進(jìn)行測定，將初始測量值和最后測量值進(jìn)行對(duì)比，分析土壤養(yǎng)分變化對(duì)老鼠簕生長的影響。從表6 可以看出，組別A1老鼠簕在潮汐時(shí)間為3 h、鹽度為2.5‰和光照強(qiáng)度為30%的情況下對(duì)各土壤養(yǎng)分的消耗量最大；其次為組別A6，其環(huán)境條件為潮汐時(shí)長6 h、鹽度7.5‰和光照強(qiáng)度30%；對(duì)土壤養(yǎng)分消耗較小的組別為A2、A3和A9。

表6 各組別土壤養(yǎng)分的消耗情況Table 6 Consumption of soil nutrients in each group

2.5 環(huán)境因子與老鼠簕生長特性的關(guān)系

在RDA 排序中，箭頭代表各個(gè)環(huán)境因子，箭頭連線長度表示具體環(huán)境因子與老鼠簕生長特性的相關(guān)性，連線越長，代表兩者相關(guān)性越強(qiáng)，反之越弱。箭頭連線與排序軸的夾角表示具體環(huán)境因子與排序軸之間的相關(guān)性，夾角越小代表相關(guān)性越強(qiáng)，反之則越弱。RDA 結(jié)果（圖2）表明，有效磷和速效鉀是對(duì)老鼠簕植株生長影響最大的環(huán)境因子。鉀對(duì)植物體內(nèi)氮、磷營養(yǎng)元素的運(yùn)轉(zhuǎn)和吸收具有協(xié)同效應(yīng)，表現(xiàn)為增加滲透壓、提高葉片的持水性、改善植株的水分狀況及提高水分的利用效率。

圖2 老鼠簕生長特性與環(huán)境因子的冗余分析Fig. 2 Redundant analysis of the growth characteristics of A. ilicifolius and environmental factors

多元逐步回歸分析結(jié)果（表7）顯示，土壤pH 值和土壤有效磷含量能解釋老鼠簕株高生長變異的88.8%，而且多元逐步回歸結(jié)果呈極顯著（P＜0.01）；土壤pH 值和土壤全氮含量能解釋老鼠簕基徑生長變異的79.1%，且多元逐步回歸結(jié)果同樣通過顯著性檢驗(yàn)（P＜0.01）。由此可以發(fā)現(xiàn)，影響老鼠簕株高生長的最主要因素是土壤pH 值和土壤有效磷，土壤pH 值和土壤全氮是影響老鼠簕基徑生長的主要因素。

表7 老鼠簕生長指標(biāo)與土壤養(yǎng)分的擬合方程?Table 7 Fitting equation of the growth indexes of A. ilicifolius and soil nutrients

2.6 土壤有機(jī)碳與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

由表8 可以發(fā)現(xiàn)，不同土壤理化性質(zhì)間，土壤有機(jī)碳與土壤全氮呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與土壤pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。土壤有機(jī)碳與土壤全磷、全鉀、有效磷和速效鉀均不相關(guān)。土壤全氮和土壤全磷呈極顯著正相關(guān)，與有效磷呈顯著正相關(guān)，與pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)；全磷與速效磷呈極顯著正相關(guān)，與pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)；有效磷與pH 值呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)。

表8 土壤有機(jī)碳與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性?Table 8 Correlation between soil organic carbon and soil physical and chemical properties

綜合結(jié)果表明，在老鼠簕生長過程中，土壤有機(jī)碳含量下降可能是由于土壤中碳的分解和定時(shí)清理植物凋落物造成，土壤全氮、全磷和土壤有效磷一起被消耗用于老鼠簕生長，而土壤pH 值則會(huì)協(xié)同呈現(xiàn)上升趨勢。且pH 值初始測量值為中性可能是由于實(shí)驗(yàn)室運(yùn)輸回來的海泥儲(chǔ)存時(shí)間較長，土壤pH 值受到一定的影響。

3 討 論

在本研究中，老鼠簕株高在淹水時(shí)間為6 h、鹽度為7.5‰以及光照強(qiáng)度30%環(huán)境下生長較好。光照和淹水是影響老鼠簕株高生長的主要因素，對(duì)老鼠簕株高生長有顯著差異，證明老鼠簕是屬于一般耐淹浸、不耐鹽以及有較強(qiáng)耐陰性的紅樹植物。

通過對(duì)老鼠簕基徑的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，老鼠簕基徑在淹水時(shí)間為3 h、鹽度為5‰～7.5‰、光照強(qiáng)度為45%環(huán)境下生長較好。多重比較結(jié)果分析可得，光照強(qiáng)度和淹水時(shí)間對(duì)老鼠簕的基徑生長具有顯著差異，在不同光照條件下，老鼠簕基徑生長有顯著差異，但其在較低光照下仍能正常生長，光照是影響老鼠簕生長的主要因素之一的依據(jù)得到進(jìn)一步證實(shí)。淹水時(shí)間次之，因?yàn)檠退纬傻牡脱醐h(huán)境會(huì)對(duì)紅樹林的形態(tài)結(jié)構(gòu)等各種生理生態(tài)方面造成不同程度的影響[17-19]。結(jié)果可以證明老鼠簕是屬于不耐淹浸、不耐鹽以及有較強(qiáng)耐陰性的紅樹植物。

在以往人工遮陰對(duì)植物生長影響的研究中，設(shè)置不同光照強(qiáng)度，其光合特性都會(huì)顯著影響植物的株高和基徑等生物量[20-24]。植物在一般情況下為了適應(yīng)蔭蔽的環(huán)境會(huì)通過增加株高來獲取更多光能[25]。相關(guān)研究表明，盆栽桐花樹在相同鹽度處理下，莖高年增長量隨光照強(qiáng)度減弱而逐漸增大，基徑年增長量反而隨光照強(qiáng)度減弱而逐漸減小[26]。在本研究中，老鼠幼苗在光照強(qiáng)度為45%時(shí)，其株高生長最為明顯，因其葉片達(dá)到最大光合固碳能力，這與劉濱爾等[6]的研究結(jié)果一致；光照對(duì)老鼠簕的生長有顯著影響，這與魏龍等[1]的研究結(jié)果一致。由于老鼠簕能適應(yīng)較低的光照強(qiáng)度，且在光照強(qiáng)度為45%時(shí)光合固碳能力最強(qiáng)，遮陰對(duì)老鼠簕幼苗的莖高、生物量、冠幅的增長以及相對(duì)速率有顯著促進(jìn)作用[27]。由此可以證明相比于生長茂密的桐花樹、秋茄、木欖等鄉(xiāng)土樹種林，老鼠簕可能更加適合生長在能為其創(chuàng)造出空曠林窗和林緣的高大紅樹喬木林諸如無瓣海桑、銀葉樹等的林下。

根據(jù)土壤理化性質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果分析可以看出，在老鼠簕生長過程中，由于根系需要向土壤吸收養(yǎng)分，在土壤有機(jī)碳含量消耗的同時(shí)，土壤全氮、全磷和有效磷也一起被消耗用于老鼠簕生長，而土壤pH 值則協(xié)同呈現(xiàn)上升趨勢。研究表明，珠三角洲流域人類活動(dòng)凈氮/凈磷的輸入與河流氮磷輸出之間呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系[28]，人類活動(dòng)凈氮輸入量遠(yuǎn)高于全國和全球的平均水平，僅次于淮河流域[29-31]?？梢灶A(yù)測出珠三角老鼠簕的過度生長有可能是由于珠三角水域中氮磷含量的增加，進(jìn)而導(dǎo)致紅樹林土壤中氮、磷含量上升，從而加速了老鼠簕的生長。

由于本研究中會(huì)及時(shí)清除老鼠簕掉落的葉片，導(dǎo)致有機(jī)碳源輸入土壤減少，導(dǎo)致碳氮的輸入也減少，再加上植物生長對(duì)有機(jī)碳和氮的吸收，從而導(dǎo)致了土壤有機(jī)碳和全氮呈顯著正相關(guān)，這與徐耀文等[31]以及關(guān)于紅樹林土壤的研究結(jié)果類似，與袁彥婷等[32]和周慧杰等[33-34]關(guān)于土壤有機(jī)碳與土壤pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果，以及紅樹林土壤生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)研究結(jié)果一致[35]。土壤全氮與全磷和有效磷呈顯著正相關(guān)[36]，與pH 值呈顯著負(fù)相關(guān)，全磷與有效磷互為正相關(guān)，這與賈瑞霞等[36]和牛安逸等[37]的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果可以佐證近年來珠三角區(qū)域老鼠簕的過度生長有可能是由于無瓣海桑等高大真紅樹喬木大量生長所創(chuàng)造出空曠的林緣和林窗環(huán)境以及珠三角水域中氮磷含量的增加，進(jìn)而導(dǎo)致紅樹林土壤中氮、磷含量上升，加速了老鼠簕的生長。因此，未來還可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)更多梯度、考慮更多環(huán)境因子和延長老鼠簕的種植培養(yǎng)時(shí)間，以及還可以對(duì)老鼠簕種子與環(huán)境的耦合關(guān)系進(jìn)行研究[38]，以更加具體客觀地對(duì)老鼠簕的生長過程有進(jìn)一步的了解。

4 結(jié) 論

本研究基于正交設(shè)計(jì)，模擬不同環(huán)境條件對(duì)老鼠簕幼苗進(jìn)行培養(yǎng)，通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)光照是影響老鼠簕株高生長的主要因素，淹水時(shí)間次之，淹水時(shí)間和光照強(qiáng)度對(duì)老鼠簕的基徑生長有顯著差異，但其仍能在較低光照下正常生長，證明老鼠簕是一般耐淹浸、不耐鹽以及有較強(qiáng)耐陰性的紅樹植物，且土壤中氮磷成分和pH 值對(duì)老鼠簕的生長影響顯著。