成都平原地区核桃林下适宜草坪草种的筛选及评价

2020-12-28时羽杰谢雨糜加轩赵倩刘欢欢万雪琴

甘肃农业大学学报 2020年6期

时羽杰,谢雨，糜加轩，赵倩，刘欢欢，万雪琴

(四川农业大学林学院，四川成都 611130)

核桃(JuglansregiaL.)，属胡桃科核桃属落叶乔木，与榛子、扁桃、腰果并称世界四大干果，具有很高的营养和食用价值，是优良的果木兼用经济树种[1-2].核桃在我国有着悠久的栽培历史，其种植面积与产量位居世界第一，而四川省是我国核桃主产区之一，其资源丰富，产量常年处于我国第三[3-4].随着农业产业结构的调整，林业及草业有融合发展的趋势.

研究表明，林草间作模式可以改善土壤性状及养分、保墒保水、固土保肥、防风固沙、净化空气，有效改善光能利用率，提高土壤的抗蚀性、蓄水性、渗透性，降低林分郁闭年限，给予林木生长需求的氮素营养，还能抑制杂草及病虫害，为林业可持续发展创造健康稳定的生产力环境[5-8].

在核桃造林初期，林间空隙较大，林下土地裸露，使得土地资源利用率低下,而地处四川盆地，由于气候湿热，核桃林下容易滋生大量杂草，使得核桃生长受到抑制，大大增加了管理的成本.林草间作模式—在核桃林下进行生草栽培，可以有效的防治杂草，改善土壤性状及养分，还可以创造出投资少、效率高、环境美观的可持续果园生产体系，是一种可持续发展的生态栽培模式[9].但核桃很早就被发现是一种化感植物，会分泌某些生物化学物质，抑制很多植物的正常生长发育[10-11]；且核桃园在春夏生长旺季林内郁闭度较高，也不利于植物的生长.

因此，特殊环境下草种的选择成为草坪建植成败的关键因素，开展成都平原地区核桃林环境下的草坪草种筛选及其生态适应性研究非常有必要.而目前对成都平原地区核桃林下适宜种植的草坪草种的研究较少，盲目使用长势优良的草种来补缺，这类草坪草种在核桃林的化感作用与荫蔽环境下表现出冗弱、白化、不耐病虫害等症状，严重时甚至全部枯死[12].本研究通过大田试验与盆栽的耐化感、耐阴性试验，从形态和生理指标来综合评价其生态质量，最终筛选出适宜在核桃林生境下生长的草坪草种，为果园等其他特殊生境下的林草间作模式的应用提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于四川省崇州市桤泉镇四川农业大学现代农业研发基地，地理位置N 30°32′、E 103°38′，海拔507 m，地处成都平原，土地肥沃，地势平坦.属四川盆地亚热带湿润季风气候，四季分明，年平均气温15.9 ℃，7月为最热月平均温度25 ℃，1月为最冷月平均温度为5.4 ℃，年平均日照时数为1 161.5 h，年平均降水量1 012.4 mm，无霜期为285 d.

试验林为四川农业大学核桃育种无性系测定林，该地于2012年3月，用四川农业大学核桃课题组选育的优良无性系‘199号’进行嫁接造林，株行距4 m×5 m，当前平均地径15 cm，树高6 m，冠幅4 m×4 m，郁闭度约为0.8.

1.2 试验材料

本实验所用的草种是成都平原常见草种，纯净度在98%左右，无杂草，如表1所示.

表1 供试草种名称及特性

1.3 试验设计

选择林分条件相当且核桃树长势良好的核桃林地.采用随机区组试验设计，共设计3个区组，每个区组8个小区，共24个小区，每个小区面积为4 m2，每个小区播1个草种.于2016年3月进行播种，播种量均采用最适播种量进行均匀撒播，播种后定期浇水，在草种成坪前，对试验地进行人工除草，成坪后不再进行人工干预.观测草坪的出苗期、成坪期、盖度以及杂草入侵量，筛选出在核桃林下长势较好的草种，将其作为耐受性试验材料.

1.3.1 化感作用评价将样地划分5个2 m×2 m的样方，收集样方内的核桃凋落叶，晒干称量，换算成单位面积上的调落叶量.经测算，0.8郁闭度的核桃林，凋落叶量对应于每钵50 g干叶.由此，将核桃凋落叶粉末的施用量梯度设置为0、25、50、75、100 g/pot 5个浓度梯度，与土壤混合后进行化感耐受性试验.

1.3.2 耐阴性评价将样地划分为6个2 m×2 m的小区，采用人工搭棚法进行遮阴试验设计[20]，设置为3个遮阴处理梯度：全光照(CK)，遮阴度35%、遮阴度70%，进行耐阴性试验.

1.4 检测指标与方法

1.4.1 草坪草种质量测定于2016年3月6日播种后，每隔1 d进行观察并记录草坪的出苗天数与成坪天数；盖度采用针刺法进行测定[21]；杂草入侵量测定，于2016年6月与11月进行2次测定，即将各个小区内的杂草进行人工拔除后去土，称量其鲜质量，来评估各个草种抑制杂草入侵的能力.选取出苗与成坪期较短，生长态势较好，草坪盖度较高，并能有效抑制杂草生长的草种作为后续评价的草种.

1.4.2 生理指标测定将筛选后的草种进行盆栽试验，取各处理中同一部位完全展开的成熟叶片，测定其过氧化物酶(POD)活性、叶绿素含量、可溶性糖(SS)及丙二醛(MDA)含量.POD活性采用愈创木酚法[22]；叶绿素含量采用丙酮-乙醇混合液浸提法[23]；SS和MDA含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[24-25].

1.5 数据处理

采用Excel 2016进行数据统计，使用SPSS 26.0进单因素方差分析(One-way ANOVA)，比较各参数在0.05水平上的显著性差异水平，并使用Origin 2016进行制图.

2 结果与分析

2.1 大田草种筛选试验

由表2可知，剪股颖的出苗期最短，为7 d，早熟禾的出苗期最长，为19 d.出苗速度的快慢顺序为：剪股颖>白三叶>紫花苜蓿>马蹄金>狗牙根>猎狗V号>高羊茅>早熟禾.从播种到形成草坪的速度，也有很大的差异，白三叶的成坪期最短，为25 d，早熟禾的成坪期最长，为50 d，成坪速度的快慢顺序为：白三叶>剪股颖>紫花苜蓿>高羊茅>马蹄金>猎狗V号>狗牙根>早熟禾.在核桃园生草栽培中，草种从播种到草坪形成越快越好，可以有效减少杂草的入侵和人工除草的成本.因此，从草坪的建立速度来看，白三叶、剪股颖、紫花苜蓿较好，马蹄金、高羊茅、猎狗V号次之，而狗牙根与早熟禾较差.

盖度是指种群在地面所覆盖的面积比率，即种群实际所占据的水平空间的面积比，盖度越大，草坪质量越高[26].由表2可知，马蹄金和剪股颖的盖度较高，分别为87%和63%，且显著高于其他草种的盖度(P<0.05)，说明马蹄金和剪股颖对核桃林下生境适应性较好，草坪质量较高，适宜作为核桃林下种植的品种.

表2 不同草种的生态质量指标

除了考虑草种的生物增长量外，还应考虑草种的竞争能力.四川气候湿热，核桃林下易滋生大量杂草，因此，选择竞争能力强且能有效抑制杂草入侵的草种尤为重要.由图1可知，

2016年3—8月，以参与二期健康管理师短期培训班的学员共50人作为研究对象，将其分为传统教学组、PBL联合传统教学组，每组各25人。所有研究对象的年龄为25～30岁。比较分析两组学员的性别、年龄、所受的教育程度等基本资料，差异不具有统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

种植草种的小区内入侵杂草生物量均显著低于对照组不种植草种的小区(P<0.05)，且种植不同草种的小区内杂草入侵生物量也存在着差异.其中种植马蹄金、白三叶、紫花苜蓿、猎狗V号、剪股颖的小区内杂草入侵的生物量较低，分别为277.44、323.60、377.43、397.28、427.20 g，说明这5个草种可以有效抑制杂草的生长，有较强的竞争力.

通过对草种的出苗和成坪时间、盖度、抗杂草入侵能力这个4个指标的观察，发现剪股颖和马蹄金的出苗和成坪期相对较短，分别为7、12、30、40 d；其草坪盖度分别为63%和87%，显著高于其他草种的盖度(P<0.05)；其杂草入侵的生物量较低，分别为427.20、277.44 g，显著低于CK组(P<0.05).而其他草种成坪后覆盖度太低，仍有大面积土地裸露，说明不适宜在核桃林下栽培.因此，经过大田草种筛选试验后，初步筛选出马蹄金和剪股颖作为进一步适应性评价的草种.

2.2 核桃凋落物对马蹄金和剪股颖的化感作用评价

2.2.1 化感作用对形态外观影响通过图2～3可知，核桃凋落物对马蹄金和剪股颖均表现为促进生长，且不同处理浓度下促进作用有显著差异.其中在50和75 g/pot处理浓度下，马蹄金的盖度均较大，分别为98%和96%，较对照组CK分别增长了43%和41%，且显著高于其他处理浓度下的盖度(P<0.05)；在25、100 g/pot处理浓度下，马蹄金的盖度分别为78%和88%，较CK分别增长了23%和33%.而剪股颖在50 g/pot处理浓度下盖度最大为95%，较CK增长了84%，且显著高于其他处理浓度下的盖度(P<0.05)；在25、75、100 g/pot处理浓度下，剪股颖的盖度较CK分别显著增长了21%、79%和61%(P<0.05).说明核桃凋落物对马蹄金和剪股颖的化感作用，均表现为促进植物的生长，且促进生长的趋势基本一致，在0～50 g/pot处理浓度范围内，随着处理浓度的增大，促进效应逐渐增强，当处理浓度超过50 g/pot时，促进效应逐渐减弱，且剪股颖的减弱趋势明显大于马蹄金.这可能与马蹄金有更强的化感物质耐受性有关.

不同小写字母表示不同品种间具有显著性差异(P<0.05).Different lowercase letters indicate that there are significant differences among different varieties(P<0.05).图1 不同草种小区的杂草入侵量Figure 1 The weed invasion in different grass species plots

A：马蹄金(左)和剪股颖(右)在不添加核桃凋落物的生长图；B：25 g/pot处理浓度下的生长图；C：50 g/pot处理浓度下的生长图；D：75 g/pot处理浓度下的生长图；E：100 g/pot处理浓度下的生长图.A is the growth diagram of Dichondra repens (left) and Agrostis stolonifera (right) without adding walnut litter;B is the growth diagram at the concentration of 25 g/pot;C is the growth diagram at the concentration of 50 g/pot;D is the growth diagram at the concentration of 75 g/pot;E is the growth diagram at the concentration of 100 g/pot.图2 马蹄金(左)和剪股颖(右)在不同处理浓度下的生长态势Figure 2 The growth trend of Dichondra repens (left) and Agrostis stolonifera (right) under different concentrations of walnut litter treatment

不同小写字母表示同一个品种不同处理浓度间的差异显著(P<0.05).Different lowercase letters indicate that there are significant differences between different treatments of the same variety(P<0.05).图3 不同处理浓度下草种盖度的变化Figure 3 The changes of grass seed coverage under different treatment concentrations

2.2.2 化感作用对生理指标的影响过氧化物酶(POD)是植物体内重要的细胞保护酶防御系统之一，可以防御活性氧和其他过氧化物自由基对植物细胞的破坏，当植物受到胁迫时，POD含量会显著增加，但其调节能力是有限的，当胁迫较为严重时，其含量会逐渐下降[27].由表3可知，在0～50 g/pot处理浓度范围内，马蹄金的POD含量逐渐增加，在处理浓度为50 g/pot时，达到最大值877.97 μg/g，且显著高于其他处理浓度下的POD含量(P<0.05)，再随着处理浓度的增大，POD含量逐渐降低；而剪股颖的POD含量在各处理浓度下均无显著性变化，在0～25 g/pot处理浓度范围内，随着处理浓度的增大而逐渐增加，在25 g/pot处理浓度下达到最大值783.40 μg/g，再随着处理浓度的增大，POD含量逐渐降低.

可溶性糖(SS)是逆境条件下植物细胞起渗透调节作用的物质之一，是植物体内的主要贮藏物质，是植物生长发育、新陈代谢的能源物质，植物在逆境条件下，可溶性糖会增加，但其调节能力是有限的[28].由表3可知，在0～75 g/pot处理浓度范围内，马蹄金的SS含量先增加后降低，但均无显著性差异，当处理浓度为50 g/pot时，SS含量有最大值，为1.73 mg/g.再随着处理浓度的增加，当处理浓度为100 g/pot时，SS含量显著减少为0.96 mg/g(P<0.05).剪股颖的SS含量则随着处理浓度的增大而逐渐减少，且各处理组与CK均有显著性差异(P<0.05).

叶绿素是绿色植物进行光合作，合成有机物的光合色素，外界环境条件影响着它的合成与降解.它含量的变化是能体现植物抗胁迫损害能力的重要指标之一，植物在受到胁迫时，其含量会随着胁迫程度增加表现为先升高后降低的趋势[29].由表3可知，马蹄金的叶绿素含量变化趋势为先增加后减少，当处理浓度为50和75 g/pot时，其叶绿素含量均较大，分别为1.448 mg/g和1.534 mg/g，且与其他处理浓度组有显著性差异(P<0.05).而剪股颖的叶绿素含量变化趋势与马蹄金的SS变化趋势基本一致，在0～75 g/pot处理浓度范围内，剪股颖的叶绿素含量先增加后减少，但均无显著性差异，当处理浓度为50 g/pot时，叶绿素含量有最大值，为1.938 mg/g.再随着处理浓度的增加，当处理浓度为100 g/pot时，叶绿素含量显著减少为1.529 mg/g(P<0.05).

丙二醛(MDA)是植物细胞膜脂过氧化的主要产物，对植物有毒害作用，其含量的多少直接反映了植物在逆境胁迫下膜受损伤程度.在植物受到胁迫程度较弱时，可以通过自身的抗氧化系统消除氧自由基，而使得MDA含量降低，当胁迫超出植物所能承受范围时，MDA含量会显著增加[30].由表3可知，马蹄金在受到不同处理浓度胁迫后，MDA含量分别显著减少17.7%、19.1%、18.2%、17.3%(P<0.05)，但各处理组间无显著性差异.而剪股颖MDA含量在0～75 g/pot处理浓度范围内逐渐增加，但各处理组间无显著性差异.当处理浓度为100 g/pot时，MDA含量达到最大值2.51 μmol/g，且显著高于低浓度处理组的MDA含量(P<0.05).

表3 不同浓度的核桃凋落物对各草种生理指标影响

2.3 核桃林生境下草种的耐阴性评价

2.3.1 遮阴对形态外观影响由图4和图5可知，不同遮阴处理后，马蹄金的盖度随着遮阴强度增大而增加，各处理组较CK差异显著(P<0.05).在35%和70%遮阴处理时，盖度均较大分别为94%和96%，较CK降低了7%和9%，组间差异不显著，但其叶片颜色随着遮阴强度增大而逐渐变深.剪股颖的盖度则随着遮阴强度增大而降低，各处理组较CK差异显著(P<0.05)，在35%和70%遮阴处理时，较CK分别降低了7%和23%.其叶片颜色随着遮阴强度增大逐渐变淡，出现大面积枯黄且有少量杂草入侵.说明马蹄金能在较荫庇的环境下生存，比剪股颖有更强的耐阴性.

A：全光照下马蹄金生长态势(CK)；B：遮阴35%时马蹄金生长态势；C：遮阴70%时马蹄金生长态势；D：全光照下剪股颖生长态势(CK)；E：遮阴35%时剪股颖生长态势；F：遮阴70%时马剪股颖长态势.A is the growth trend of Dichondra repens under full light (CK1)；B is 35% shading treatment；C is 70% shading treatment；D is the growth trend of Agrostis stolonifera under full light (CK2)；E is 35% shading treatment；f is 70% shading treatment.图4 马蹄金和剪股颖在不同遮阴处理下的生长态势Figure 4 The growth trend of Dichondra repens and Agrostis stolonifera under different shading treatments

不同小写字母表示同一个品种不同处理浓度间的差异显著(P<0.05).Different lowercase letters indicate that there are significant differences between different treatments of the same variety(P<0.05).图5 不同遮阴强度下草种盖度的变化Figure 5 The changes of grass species coverage under different shading degrees

2.3.2 遮阴对生理指标的影响由表4可知，在不同遮阴处理后，马蹄金的POD含量随着遮阴强度的增大而增加，但变化不显著.在35%和70%遮阴处理时，较CK分别增加了4.4%和10.8%.SS与叶绿素含量变化趋势相同，随着遮阴强度的增大而逐渐增加.其中可溶性糖含量在35%遮阴处理时，较CK增加了25.0%；在70%遮阴处理时，较CK显著增加了91.7%(P<0.05).叶绿素含量在35%遮阴

处理时，较CK增加了11.5%，在70%遮阴处理时，较CK显著增加了24.4%(P<0.05).MDA含量变化趋势则是与POD、SS、叶绿素含量变化趋势完全相反，随着遮阴强度增大而逐渐降低.在35%遮阴处理时降低了2.0%，在70%遮阴处理时，较CK显著降低了10.7%(P<0.05).

剪股颖POD含量变化趋势与马蹄金完全相反，随着遮阴强度的增大而逐渐降低.在35%和70%遮阴处理时，较CK分别降低了14.7%和20.2%，且70%遮阴处理时变化较为显著(P<0.05).SS与叶绿素含量变化趋势相同，随着遮阴强度增大呈现先增加后降低.其中可溶性糖含量在35%遮阴处理时，较CK显著增加了38.1%(P<0.05)，在70%遮荫处理时，较CK增加了19.0%.叶绿素含量在35%遮阴处理时，较CK显著增加了20.0%(P<0.05)，在70%遮荫处理时，较CK显著减少了13.6%(P<0.05).MDA含量随着遮阴强度的增大而增加，各处理组较CK差异显著(P<0.05)，在35%和70%遮阴处理时，较CK分别增加了50%和200%.

综合分析发现，马蹄金对林下荫蔽的生境有极强的适应性，可通过POD和SS含量的增加来抵御胁迫，清除氧自由基，使MDA降低或维持在正常水平，来保护植物细胞.而剪股颖的适应性较差，在35%遮阴环境下，还能勉强生长，在70%遮阴环境下，其细胞内的MDA含量急剧增加，细胞膜严重损伤，植物几乎不能正常生长，这与图4-F的生长状况完全相符.

表4 不同遮阴强度对草种生理指标影响

3 讨论

核桃是我国重要的经济生态树种之一，由于其具有良好的种植效益，前景广阔，且能充分发挥山区资源优势等特点，广受农民喜爱[31].四川省则是我国核桃的主要产区之一，产量常年位居我国第三，但由于四川盆地气候湿热，导致核桃林下滋生大量杂草，如问荆、木贼等，其茎秆十分坚韧不宜用割灌机处理，只能人为清除；春夏季葎草，其匍匐茎生长蔓延迅速，常缠绕在农作物或者果树上，严重影响其他植物的生长，茎、枝、叶柄均具倒钩刺，皮肤触碰后会引起红肿瘙痒等不良反应[32].在核桃成熟时，大大增加了采收的难度和成本，浪费大量的人力去处理这类无用的杂草.而林下生草栽培可以很好的解决这一问题，它是一种高效生态的栽培模式，也是一种可持续发展的模式，可以创造出投资少、效益高的林业生产体系[33].但由于草种的品种不同，其适应的生境也不同.因此，筛选适宜核桃林下种植的、竞争力强、低矮的、维护成本低的多年生草本植物，成为了核桃林下生草栽培的关键.

本研究通过比较在核桃林生境下8个草坪草种的形态特征和生理特性，筛选出林下表现较为优良的草种.在大田试验中，从草种生长动态、盖度、杂草入侵量等指标进行分析，发现种植了草坪草种的区域内，其杂草入侵量均小于对照组，说明这8个草种均能有效控制其他杂草的生长.这与前人的研究结果相似，冉海燕等[34]在芒果园林下种植金钱草和狗牙根，发现能有效抑制杂草发生，控制效果均能达到81%以上.而在草坪覆盖度评价中发现，马蹄金和剪股颖的盖度最高，分别为87%和63%，显著高于其他6个草种.由于马蹄金和剪股颖出苗和成坪期较短、草坪盖度高、杂草入侵量较少，能够在林下快速建立优势种；叶片质地较好、绿度高、耐热性好、抗病性强，叶片在夏季低光湿热环境有较好的表现.因此，将马蹄金和剪股颖作为初步筛选后的草种，用于进一步的分析评价.

再针对核桃林下抑制草坪草生长的关键因子，从化感耐受性和耐阴性两个方面进行综合性的评定.结果表明，核桃凋落物对马蹄金和剪股颖有一定的促进效应，但当浓度过高时，促进效应逐渐减弱这与李茜等[35]研究结果一致.随着化感浓度的升高，马蹄金和剪股颖的POD含量均表现为先升高后降低，而不同的是马蹄金的POD含量在处理浓度为50 g/pot时达到最高(877.97 μg/g)，剪股颖的POD含量在处理浓度为25g/pot时达到最高(783.40 μg/g)；马蹄金的SS含量变化趋势与POD含量一致，在处理浓度为50g/pot时达到最高(1.73 mg/g)，而剪股颖的SS含量随着处理浓度升高持续降低；马蹄金和剪股颖的叶绿素含量随着处理浓度升高表现为先升高后降低，当处理浓度为75 g/pot时，马蹄金的叶绿素含量达到最高(1.534 mg/g)，而剪股颖的叶绿素含量在处理浓度为50 g/pot时达到最高(1.938 mg/g)；马蹄金的MDA含量随着处理浓度升高表现为先降低后升高，但均显著小于CK组的含量，而剪股颖的MDA含量随着处理浓度升高表现为不显著的升高，但在处理浓度为100 g/pot时，MDA含量达到最高(2.51 μmol/g)，显著高于CK组(1.95 μmol/g).说明马蹄金的化感耐受性强于剪股颖，且主要通过增加POD和SS含量来响应胁迫，使叶绿素和MDA维持正常水平.

在耐阴性试验中，随着遮阴度的增加，马蹄金的POD、SS和叶绿素含量均表现为升高，且在高遮阴度(70%)下均达到最高分别为868.09 μg/g、0.23 mg/g、1.541 mg/g，MDA含量降低，在高遮阴度(70%)下均达到最低(1.34 μmol/g).剪股颖的SS和叶绿素含量随着遮阴度增加表现为先升高后降低，POD含量一直降低，而MDA含量持续升高，在高遮阴度(70%)时，达到最高(3.65 μmol/g)，显著高于CK组(1.21 μmol/g).说明马蹄金的耐阴性强于剪股颖，可在高度遮阴处理(70%)下保持较好的生长状况和生理活性，主要通过增加POD和SS含量来响应胁迫，清除氧自由基，使MDA含量降低或维持正常水平来保护细胞；而剪股颖只能在低度遮阴环境下生长，在高度遮阴强度下出现大面积枯死现象.说明剪股颖和马蹄金均具有一定的耐阴性，这是因为它们属于C3的喜光、耐阴植物，但具有C4植物的特性，光补偿点较低，CO2的补偿点也低[36-37].