珍稀植物血皮槭人工更新幼苗死亡肇因探究

李 婷，郭幸飞，乔 琦

(河南科技大学农学院，河南 洛阳 471023)

血皮槭(Acergriseum(Franch.)Pax)为中国特有种和濒危种，隶属于槭树科(Aceraceae)槭树属(Acer)落叶乔木。1993年血皮槭荣获英国皇家园艺学会颁发的园艺奖，成为名扬国内外的园林树种之一[1]。血皮槭除了观赏价值之外，还有材用和药用等价值[2-3]。其天然种群主要分布在我国中部地区海拔800～1800 m的山地，分散分布且生境遭到严重破坏而濒临灭绝；依据IUCN的标准，《中国物种红色目录》中血皮槭记录为濒危树种(EN A2c)[4]，亟需开展其保护生物学系统研究，以提高幼苗生存率并扩大其种群范围[5-6]。而目前国内外关于血皮槭繁殖生物学的研究尚在起步阶段，大多集中在组织培养及种子的休眠机制等[7-11]。

植物濒危的重要原因之一是由种子过渡到幼苗和幼树的过程比较艰难，野外调查中发现血皮槭种群的实生天然更新幼苗数量不多，主要是其1年生更新幼苗的死亡率比较高。以河南省嵩县天池山国家森林公园为例，以1株结果率较高的血皮槭(高度22 m，胸径75 cm)为监测对象，在其周围设立50 m×50 m的观测范围，2015年5月观察记录了25株当年生幼苗；2016年5月只发现15株新生长出来的幼苗，但2015年记录的25株幼苗中仅存活2株；至2017年5月，前2年的40株幼苗仅有3株存活，1年生更新幼苗存活率极低。因此本文采用分区试验监测不同生境下血皮槭幼苗的地径、株高和侧枝数等生长动态指标，探讨土壤pH和不同光照条件对人工更新1年生幼苗生长的影响，分析幼苗高死亡率的原因，旨在为血皮槭这一珍稀观赏植物的有效保护提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2015年10月在天池山国家森林公园采集新鲜血皮槭种子，用高枝剪剪取成熟的翅果，挑出形态完整、无病虫害的翅果，低温(4 ℃)湿沙贮藏至翌年3月。取出种子，在栾川县陶湾镇基地的大棚内进行育苗，种子均匀播种在300 cm×100 cm的苗床，铺上2～3 cm的混合土壤(沙∶土=1∶1)；于当年5月挑选长势均匀一致的幼苗带土球(土球直径8 cm左右)移栽到各试验地。具体包括洛阳市栾川县陶湾镇基地、栾川鸭石村、栾川白马潭和洛阳市嵩县天池山国家森林公园等4个地区，并设置不同海拔梯度下的土壤pH和光照条件处理，及时观察记录幼苗的生长特性，统计不同地点的幼苗存活率。

1.2 试验方法

1.2.1 不同地区幼苗死亡原因统计 通过初步的调查判断，血皮槭幼苗主要死因是立枯病、干旱和营养不良，并按照以下特征判断其死亡肇因。立枯病开始产生椭圆形不规则的暗褐色病斑，后来病斑扩大，绕茎一周，病部溢缩，最后叶片萎蔫枯死，将病苗拔起，潮湿时可看到浅褐色蛛丝网状的霉，且立枯病死的苗是站着死的。干旱胁迫致死的症状则是植物缺水死亡，叶片通常会下垂，为了减少水分蒸发，老叶会脱落，新叶正常，其它叶尖干枯，干旱严重时整叶颜色变淡，脱水变干死亡。植株营养不良症状较多样，主要表现在：①缺氮：植株瘦小，枝条细长发硬，叶小，从老叶到新叶由浓绿逐渐变淡，继而变成红紫色，直到萎黄脱落，严重时全株失去绿色；②缺磷：叶片由深绿色转为紫铜色，叶脉黄中带紫；③缺钾：植株矮小，茎秆柔软易倒伏，叶片皱缩，老叶从叶尖沿着叶边出现黑褐色斑，叶周围变黄，而中部及叶脉呈绿色；④缺钙：嫩叶绿且皱缩，叶缘上卷并有白色条纹，新叶呈病状扭曲；以上症状均不符合的为其它原因。各死亡原因比例=死亡数/各地移栽总数×100%。

1.2.2 不同光强对血皮槭幼苗形态、生理和存活率的影响 2016年5月初在温室设置3层遮网处理，因露地栽培不遮网条件下幼苗全部死亡，因此选用栾川陶湾镇基地次生林荫下的幼苗作为对照，其透光度约30%～40%，并用便携式光合作用测定仪和照度计测得4个处理的相对光强[12]。相对光照强度=测定照度/空旷地全日照照度×100%，其中温室的3个处理分别为自然全光照的19.82%(s20)、25.21%(s25)、32.36%(s32)，次生林荫下则为12.36%(s12)。2016年8月初测定各项形态生理指标，10月中旬统计各处理的幼苗存活率。

1)血皮槭的形态生长指标测定：在长势一致的1年生幼苗中随机选取10株，用卷尺测其株高，游标卡尺测其地径，并计算幼苗的平均叶片数和侧枝数；随机选取不同处理中不同植株上生长一致的叶片测其面积(6片取平均值)，用万分之一电子天平测其干重，计算比叶面积，比叶面积=叶片单面面积/叶片干重。

2)血皮槭幼苗的生理指标测定：随机选择各处理中的幼苗10株，每株幼苗随机摘取叶片5片，将叶片迅速剪成小块，用万分之一电子天平称同等鲜重(Wf)2份，一份放入蒸馏水中浸泡70 min，当达到恒重时，称此时的饱和鲜重(Wt)；另一份于150°～160°烘箱中烤0.5～1 h，然后称量此时的干重(Wd)；饱和含水量=(Wf-Wd)/Wt；相对含水量=(Wf-Wd)/(Wt-Wd)。按照刘向莉等[13]改进的植物组织含水量测定的试验方法，测定其自由水含量及束缚水含量。

用乙醇∶丙酮∶水=4.5∶4.5∶1的溶液作为提取液提取叶绿素，利用分光光度计在646 nm和663 nm下测定其吸光值，利用公式分别计算叶绿素Chla(Ca)、叶绿素Chlb(Cb)和总叶绿素Chla+b(Ca+b)的含量[14]。

1.2.3 土壤pH对血皮槭幼苗的影响 在栾川县陶湾镇基地的大棚内进行土壤pH适宜性试验。根据试验要求加入相应的酸(FeSO4·7H2O)或碱Ca(OH)2调整土壤pH至6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，每天检测调整保持pH值的稳定性。选取容器袋中生长14 d后，长势健康的血皮槭幼苗，每个处理各10株。试验起始平均苗高为(4.23±0.12) cm，地径为(0.15±0.018) cm，幼苗统一采用夏季单层遮荫，60 d后测量幼苗的株高和地径。

2 数据处理与分析

用 Microsoft Excel 2013和 SPSS 22.0等软件进行数据的整理、分析以及图片的制作，采用最小显著差数法(P<0.05)进行不同处理间均值的显著性差异比较。

3 结果与分析

3.1 不同地点的幼苗存活率及死亡原因

从表1可知，血皮槭1年生幼苗的平均存活率较低，幼苗在不同栽培点的存活率具有显著差异。其中栾川县陶湾镇基地次生林下的幼苗存活率最高(62.33%)，而露地无遮荫栽培的幼苗存活率最低(0%)。4个栽培点的幼苗死亡调查和统计结果表明，血皮槭1年生幼苗易得立枯病，危害其根部导致幼苗干枯死亡；其次是在夏季炎热干旱气候下，部分幼苗被胁迫致死；血皮槭幼苗的根系不发达且根尖部位的根毛含量稀少，因此吸收营养的能力较差，从而导致幼苗营养不良而死亡。其中立枯病对幼苗的影响较大，干旱胁迫对血皮槭幼苗的影响因地理环境不同而表现较大差异。

表1 不同地点血皮槭幼苗的存活率及死亡原因

*：同列不同小写字母为差异显著，下同。

3.2 不同土壤pH下血皮槭幼苗的生长指标

由表2可知，土壤pH的变化显著影响血皮槭幼苗的生长，土壤pH为7.0时，成活率最高(55%)，其平均株高、平均地径、叶片数、侧枝数均是试验处理中的最高值；土壤pH为6.5时，除平均地径外，其它均没有明显差异；土壤pH>7.0时血皮槭幼苗的平均株高和成活率显著降低，平均地径显著减小；随着土壤pH由7.0降低到6.0，血皮槭幼苗的株高和成活率也随之减少。因此，适宜血皮槭幼苗成活的土壤pH为6.5～7.0，即弱酸性土壤。

表2 土壤pH对血皮槭幼苗生长指标的影响

3.3 不同光强处理下血皮槭幼苗的生长指标

由表3可知，在幼苗生长过程中，s32和s12光照环境下的株高、叶片数、侧枝数都比其它处理呈显著性优势；平均株高、地径、叶片数和侧枝数在s12光强下最大；幼苗成活率在s12光强下最高(48%)，s32光强下最低(13%)。综合以上指标来看，幼苗较适宜在s12的光照强度下生长。

表3 不同光强处理下的血皮槭幼苗的生长指标

3.4 不同光照强度下幼苗叶绿素含量的变化

由表4可知，血皮槭幼苗单位叶面积的叶绿素含量与光强密切相关，在一定程度上，增加相对光强有助于总叶绿素的增加，尤其是光强对叶绿素b的增加表现为正相关关系；在s32条件下，叶绿素总含量(3.814)和叶绿素a/b值(2.748)均最高，说明强光照可以使植物充分吸收利用光能；在s12环境中，叶绿素b含量(0.794)最低，叶绿素总含量(2.652)和叶绿素a/b值(2.329)居中；而s20环境中，叶绿素总含量(2.445)和叶绿素a/b值(2.033)最低，说明s12和s20光强下的光合效率比s32条件下低。

表4 不同光照强度幼苗叶绿素含量的变化

3.5 不同光强下血皮槭幼苗叶片水分指标

由表5可知，随着生境光强的增加，血皮槭幼苗自由水的含量呈先下降后上升，再下降的趋势，而束缚水含量的变化规律与自由水含量相反；含水量和饱和含水量均呈下降趋势。在s25光照强度下，血皮槭幼苗体内的自由水含量(52.73%)最高，束缚水含量(24.76%)最低，表示在该光强下新陈代谢速度相对较快。

表5 不同光强下血皮槭幼苗叶片水分指标 %

图1 不同光照强度下血皮槭比叶面积的变化

3.6 不同光照强度下血皮槭比叶面积的变化

从图1可以看出，在s20的光照强度下比叶面积最高，s32环境下的比叶面积最低，s12和s25光强下的比叶面积无明显差异。

4 讨论

血皮槭种群天然更新困难的瓶颈之一是幼苗库不足，存在种子萌发率较低和1年生幼苗死亡率较高2个方面原因。野生血皮槭的成熟母株结实率极低，种子的空壳率高，导致土壤种子库密度较小。张川红等[11]对血皮槭种子内源抑制物质研究表明，种子的各个部分(果皮、种皮、子叶、胚根)都存在抑制物质，对小白菜种子的萌发率和胚根生长有较强的抑制作用，各部位抑制活性的程度是子叶>果皮>种皮。另外，血皮槭种子果壳非常坚硬，而且林下枯枝落叶较厚，种子不易落入土壤导致不易萌发，纵使种子萌发后也很难生长成幼苗；血皮槭林下光照条件弱，达不到种子发芽所需要的光照强度。血皮槭种子成熟后落地，经常发生腐烂或者被虫子侵蚀，丧失发芽能力。

血皮槭幼苗对光照条件有较严格的要求，林冠空隙下相对较强的光照对幼苗的生长有利[15-16]。在野外调查中发现，随着海拔高度的增加，幼苗成活率明显下降，海拔在800～1800 m较为适宜血皮槭的生长。在保护基地，度过2 a的幼苗薄弱期后，其长期成活率会很高。过于遮蔽的弱光照强度下，血皮槭幼苗生长缓慢，积累的干物质少，对蓝紫光的利用率最低，且束缚水/自由水比值明显下降，说明幼苗的保水能力弱，导致抵御干旱的能力差。血皮槭根系不发达，深根系可以增强对水分吸收效率的同时也可以增加无机盐的吸收能力，然而过于遮荫的环境抑制幼苗根系向深处生长和伸展。综合分析，夏季强光照下，适宜幼苗的成活及生长发育的光照强度是s12和s20。

4.1 不同地点幼苗的存活率及死亡原因

从表1可知，血皮槭1年生更新幼苗不同地区、不同管理方式下的存活率差异显著且总体存活率较低。原因是不同地点的土壤条件以及物候之间的差异所影响，存活率较高的是陶湾镇基地次生林自然遮荫的幼苗，原因可能是周围环境比较适宜，并有专门的人进行水肥管理。露地栽培最不适宜幼苗生长，高温和干旱等逆境导致其死亡。

4.2 不同pH土壤下血皮槭幼苗的生长指标

适宜血皮槭幼苗成活的土壤pH为6.5～7.0，我国土壤的pH大部分在4.5～8.5之间，长江以北的土壤大部分呈中性或碱性，长江以南的土壤大部分呈酸性或者强酸性，血皮槭主要分布在河南西南部、陕西南部、湖北西部和四川东部，试验结果与其分布的地理位置相对应。

4.3 不同光强处理下的血皮槭幼苗的生长指标

血皮槭的幼苗容易死亡，在不同光照强度下的幼苗存活率有显著差异，s32条件下存活率最低，s12光照强度下的存活率最高，表明在一定的环境因素组合中，高于s20的光强会抑制幼苗的生长，s32同样使较多的幼苗受到环境的胁迫而死亡。s12光照强度最低，但在温度较高的夏季，作为自然遮荫的环境，其中营造的各种小气候环境均显著好于其他几个地点，所以其幼苗存活率以及各项生长指标均显示最高。

4.4 不同光照强度下幼苗叶绿素含量的变化

衡量植物利用光能能力强弱的重要指标之一是叶绿素的含量，具体包括叶绿素a、叶绿素b，它们的总和以及比值等指标。随着光照强度的增强，不同地点幼苗叶绿素的含量以及a/b值也都在逐渐增加。在s32较强的光照下，叶绿素含量增加和叶绿素 a/b 值的增大可使植物充分吸收光合有效辐射；而在荫蔽环境下，叶绿素 b 相对含量的增加也使植物能更多的利用短波长蓝紫光，这是对弱光生境中漫射光较多的一种适应[12]，在较弱的光照强度下，叶绿素b相对含量的增加，植物可以利用蓝紫光，表现出弱光环境中幼苗的适应能力[17]。

4.5 不同光强下血皮槭幼苗叶片水分指标

在s20环境下，幼苗的束缚水含量较高，这是由于荫蔽环境植物体表现的应激反应。s12条件下叶片含水量最高，饱和含水量最高，相对光强最低。这与当地土壤含水量、地表蒸发量、地表温度的高低和空气湿度大小等都有关，都会影响到血皮槭的蒸腾作用进而影响其体内含水量，呈现相关的代谢变化。

4.6 不同光照强度下血皮槭比叶面积的变化

叶片不但是植物进行光合作用的主要器官，还是植物体中对环境变化反应较敏感的器官[18]。水分、温度以及光照等环境因子都会影响其外部形态结构和生理特性[19-21]。比叶面积是叶片的面积与干重的比例，也就是一定干物质投资所需的捕光表面积大小[22]。s12、s20和s25的比叶面积比s32的大，说明在3个遮荫条件下光照相对不足、叶片变薄且同化物减少。单位干重的叶片面积值和比叶面积值均呈现出相似的规律。

5 结论

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，危害叶片及其根部导致幼苗干枯死亡；②易受夏季炎热天气干旱胁迫致死；③血皮槭根系不发达，营养吸收差，导致其营养不良而死亡。幼苗较适于弱酸性土壤(pH为6.5～7.0)，并据中国土壤规律主要分布在华南、西南地区及部分的华中华东地区。不同光照强度对幼苗的存活率和生长量差异显著，表现在全光照环境下易造成幼苗死亡，而极度弱光环境会导致生长迟缓，适度遮荫才有利于幼苗的生长。综上所述，弱酸性土壤、夏季适度遮荫等抚育措施等有利于1年生更新幼苗的存活和生长。