践踏频率对千根草构件性状及生理代谢的影响

杨小琴，毛 芮，刘金平，曾晓琳

（西华师范大学生命科学院, 四川 南充 637009）

汀步草坪是城市园林绿化系统中极为重要的景观要素，可有效减少绿地割裂，增强环境的景观性和通行性[1]，同时对减少地面灰尘、降低噪音污染和地面热辐射及地表温度、吸收汽车尾气具有良好效果[2]。由于受汀步材质、立地条件和通行功能的限制，兼具低矮、纤细、耐磨、耐瘠薄、耐践踏及再生能力强等特点的草种，才能满足汀步草坪对株丛类型、景观价值和抗逆性能的基本要求。选择高抗性、低养护兼具观赏价值的草种建植汀步草坪，是提高城市绿化水平及体现景观规划地域性和艺术性的必由之路[3]。

千根草（Euphorbia thymifolia)低矮纤细、叶绿茎红、株丛舒展，具有较高的观赏性，匍匐生长习性及无性扩繁和有性自播的繁殖能力，具有建植汀步草坪对草种要求的基本特征。目前，关于千根草药用价值的研究较多[4-7]，对其生长特点、株丛拓展、抗性原理为基础的观赏价值和生态价值研究极少。亚热带季风气候区，夏季 ＞ 35 ℃天气频现[8]，地表温度高达70 ℃，千根草在土层厚度为2 — 12 cm 的地砖缝隙中，均可形成株高仅2 cm 的汀步草坪[9]，且能通过形态可塑性和繁殖策略适应遮阴胁迫，是亚热带地区具极强抗旱性、耐阴性、耐热性和耐贫瘠性的优质乡土草坪草种质资源。

汀步草坪通行性决定了草坪常遭受践踏，践踏引起土壤板结，使坪床的通透性和持水性下降[10]，引起草坪草根系浅表化[11-12]，限制其吸收水肥和根系更新能力，从而影响分蘖形成、茎叶生长与拓展能力。同时，践踏直接造成草坪磨损，叶片表皮组织受伤导致光合作用能力降低，影响草坪草的能量积累[13-14]，引起草坪草生理代谢紊乱[15-16]，从而影响草坪质量和使用寿命。耐践踏性是决定草坪适用范围、开放程度和制定养护措施的重要依据[17]。

目前，多采用带鞋钉的各种践踏器，形成1.77～14.40 MPa 压强，模拟运动员站立、走动、跑动的各种状态，对运动场草坪性能或草坪草的耐践踏性进行研究[18-19]，得出草坪草生长损害（每天10 次)、严重退化（每天20～30 次)及出现裸地和秃斑的临界点（每天15 次)的践踏频次[20-21]。汀步草坪生长于宽1～3 cm 的地砖缝隙中，千根草株高仅2 cm，体重50～70 kg 的成年人站立或走动的压强为（1.00 ×104)～（2.55 × 104) Pa，因地砖阻隔与承力，对草坪冲击力远小于运动场草坪。本研究采用压强约1.50 ×104Pa 的简易践踏器，设置3 个频率对千根草进行践踏，通过构件性状及生理参数变化，研究千根草耐践踏性大小及对践踏胁迫的适应策略，以期为千根草的开发及评价提供依据，为汀步草坪建植、养护提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以2019 年采集的野生千根草种子（4 ℃冷藏，千粒重为0.142 g)为材料。基质为紫色土，有机质含量为3.35%，有效氮含量为23.54 mg·kg-1，有效磷含量为24.67 mg·kg-1，有效钾含量为34.56 mg·kg-1，pH 为6.65)。以口径为20 cm、高21 cm 的花盆为容器。

1.2 试验设计

2020 年3 月1 日，每盆均匀播种20 粒，共40 盆，在（25 ± 3) ℃的室内进行正常培养。于5 月25 日，千根草株高为（1.97 ± 0.15) cm，盖度为95% ± 3%，密度达（3.0 ± 0.5)枝·cm-2，将其当作成坪。以直径18 cm、高40 cm、重量10 kg 的容器，高于坪面30 cm 自由下落简易践踏器（预试验结果表明，其冲击力与体重60 kg 的成年人双脚站立对紫色土壤的地表形变相当，压强约1.50 × 104Pa)。随机选取10 盆为一组，分别进行0 践踏（CK)、轻度（每月3 次)、中度（每月5 次)、重度（每月10 次)践踏处理。每次践踏20 下后[21]，适量灌溉避免干旱板结[11]。处理30 d 后，取样进行相关指标的测定。

1.3 测定项目与方法

形态指标：每个处理随机挖取完整植株20 株，测量叶片数、成熟叶片厚度（浙江托普YH-1 型厚度仪)、叶长、叶宽和单叶面积（浙江托普YMJ-C 型叶面积仪)；测定节间长、一级分枝数、二级分枝数、最长茎长和总茎长（一级分枝茎长的总和)；测定根（侧根和不定根)数、主根长、主根直径和不定根长（游标卡尺法)。

生理指标：每个处理随机选取20 片叶和20 cm茎段，采用氮蓝四唑（nitroblue tetrazolium, NBT)法测超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD)活性，采用愈创木酚法测过氧化物酶（peroxidase, POD)活性[22]，采用分光光度法测过氧化氢酶（catalase, CAT)活性[23]；采用硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid, TBA)法测丙二醛（malondialdehyde, MDA)含量，采用考马斯亮蓝染色法测可溶性蛋白（soluble protein, SP)含量[24]；采用乙醇丙酮混合提取法测叶绿素（chlorophyll,Chl)含量[24]。

1.4 数据处理

用SPSS 19.0 软件对所测得的数据进行单因素方差分析，并用Duncan 法对各参数进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 践踏频率对叶的形态指标的影响

践踏显著影响叶片数、叶面积、叶长和叶宽（P＜0.05)，对叶厚影响较小（P＞ 0.05) （表1)。叶片数随践踏频率增加而减少，叶片数在中度和重度践踏下，为CK 的64.51%和33.15%。轻度践踏可显著增加叶长（P＜ 0.05)，中度践踏可显著提高叶面积、叶长和叶宽（P＜ 0.05)，重度践踏则显著降低了叶面积和叶长（P＜ 0.05)。

表1 践踏频率对千根草叶性状的影响Table 1 Effects of traffic frequency on the leaf characters of Euphorbia thymifolia

2.2 践踏频率对茎的形态指标的影响

践踏显著影响二级分枝数、最长茎长和总茎长（P＜ 0.05)，对一级分枝数和节间长影响较小（P＞0.05) （表2)。轻度践踏显著增加了二级分枝数（P＜0.05)，中度和重度践踏显著降低了二级分枝数和最长茎长（P＜ 0.05)，轻度、中度、重度践踏下二级分枝数和最长茎长分别为CK 的116.48%、81.01%、70.91%和98.27%、77.37%、66.83%。践踏减少了总茎长和节间长，但轻度、中度、重度践踏频率间差异较小（P＞ 0.05)。

表2 践踏频率对千根草茎性状的影响Table 2 Effects of traffic frequency on stem characters of Euphorbia thymifolia

2.3 践踏频率对根的形态指标的影响

践踏极显著影响主根长和不定根长（P＜ 0.01)，显著影响主根直径、侧根数和不定根数（P＜ 0.05)（表3)。践踏显著降低了植株的主根长、主根直径、侧根数、不定根数和不定根长（P＜ 0.05)，轻度和中度践踏下不定根长差异较小（P＞ 0.05)，中度和重度践踏下主根直径、侧根数和不定根数均显著低于轻度践踏（P＜ 0.05)。轻度践踏使主根长、主根直径、侧根数、不定根数和不定根长比CK 下降了46.57%、18.87%、30.96%、25.01%和43.92%，中度践踏下则下降了49.49%、30.19%、36.89%、41.08%和42.97%，重度践踏下仅为CK 的44.75%、62.26%、61.89%、58.92%和32.43%。

表3 践踏对千根草根性状的影响Table 3 Effects of traffic on the root traits of Euphorbia thymifolia

2.4 践踏频率对茎中抗氧化酶活性和渗透性物质含量的影响

践踏极显著影响茎中POD 和SOD 活性（P＜0.01)，显 著 影 响CAT 活 性（P＜ 0.05) （表4)。茎 中POD 活性随践踏频率增加而逐渐增加，SOD 活性在轻度践踏下最大且中度和重度践踏时SOD 活性显著低于轻度践踏（P＜ 0.05)，CAT 活性则随践踏频率增加先增加后减少，在中度践踏时CAT 活性最大，重度践踏时CAT 活性显著降低（P＜ 0.05)。践踏极显著影响茎中MDA 含量 （P＜ 0.01)，显著影响SP 含量（P＜ 0.05) （表4)。MDA 含量随践踏程度增加而增加，轻度、中度和重度践踏下分别为CK 的1.08、1.36和1.53 倍。践踏使SP 含量增加，但轻度、中度和重度践踏下SP 含量无显著差异（P＞ 0.05)。

表4 践踏频率对千根草茎中抗氧化酶活性和渗透性物质含量的影响Table 4 Effect of traffic frequency on the antioxidant enzyme activity and osmotic substances content of Euphorbia thymifolia stems

2.5 践踏频率对千根草叶片中抗氧化酶活性和渗透性物质含量的影响

践踏极显著影响叶片中POD 和CAT 活性（P＜0.01)，显著影响SOD 活性（P＜ 0.05) （表5)。POD 活性随践踏频率增加而升高，轻度、中度和重度践踏下POD 活性为CK 的3.60、6.67 和17.82 倍。中度践踏时SOD 活性最大，为CK、轻度和重度践踏的1.24、1.12 和1.57 倍。中度和重度践踏下CAT 活性显著小于CK 和轻度践踏（P＜ 0.05)。践踏对叶片中渗透性物质含量均有极显著影响（P＜ 0.01) （表5)。随践踏程度的增加，MDA 和SP 含量先增加后减小。中度践踏时MDA 含量最大，分别为CK、轻度和重度践踏的1.53、1.51 和1.29 倍。轻度践踏时SP 含量最大，分别为CK、中度和重度践踏的1.22、1.18 和1.61 倍。

不定根长Adventitious rootlength/cm对照 CK 12.67 ± 1.04a 0.53 ± 0.06a 28.00 ± 2.00a 18.67 ± 3.79a 7.40 ± 0.57a轻度 Mild 6.77 ± 0.78b 0.43 ± 0.06b 19.33 ± 3.06b 14.00 ± 3.61b 4.15 ± 0.58b中度 Moderate 6.40 ± 1.10bc 0.37 ± 0.05c 17.67 ± 2.89c 11.00 ± 2.65c 4.22 ± 0.63b重度 Severe 5.67 ± 1.12c 0.33 ± 0.06c 17.33 ± 5.13c 11.00 ± 2.00c 2.40 ± 1.08c践踏强度Traffic stress主根长Taproot length/cm主根直径Taproot diameter/mm侧根数Lateral root number不定根数Adventitious root number F 30.184 7.000 6.303 4.104 23.390 P＜ 0.001 0.013 0.017 0.049 ＜ 0.001

表5 践踏频率对千根草叶片中抗氧化酶活性和渗透性物质含量的影响Table 5 Effect of traffic frequency on the antioxidant enzyme activity and osmotic ances content of Euphorbia thymifolia leaves

2.6 践踏频率对叶片中叶绿素含量的影响

践踏极显著影响千根草叶片中叶绿素含量（P＜0.01) （表6)。践踏均增加了叶绿素含量，轻度践踏下Chl （a + b)、Chla、Chlb 含量最大，中度和重度践踏下光合色素含量降低，但高于CK，且中度和重度践踏下差异较小（P＞ 0.05)。践踏对叶中Chla / Chlb 的影响与光合色素含量变化一致。轻度践踏使Chl （a +b)、Chla、Chlb 和Chla / Chlb 比CK 增 加 了40.00%、49.06%、18.18%和23.36%，中度践踏下则增加了30.00%、37.74%、13.64%和20.08%，重度践踏时为CK 的1.32、1.39、1.16 和1.19 倍。

表6 践踏频率对千根草光合色素含量的影响Table 6 Effect of traffic frequency on the content of photosynthetic pigments of Euphorbia thymifolia

3 讨论

践踏是影响草坪质量和使用寿命的主要胁迫因子之一[16]，践踏对植物影响复杂，需采用多个表观质量和生理指标进行评价[17]。有研究表明草坪受践踏之后，其坪用质量、生长发育及生理代谢均会发生不同程度的变化[16]。土壤紧实度随践踏程度和次数的增加而增加，进而导致水分渗透下降、pH 增大、土壤养分下降[25-26]，在紧实土壤中植物根系生长缓慢，根系变短，践踏降低了千根草主根长、主根直径、侧根数、不定根数和不定根长，表明践踏对千根草根系产生系统性影响。根系生长障碍使植物吸收水分和养分机能变弱，会导致地上枝条受到抑制[11]。Cattani 和Clark[27]对10 种生态型匍匐剪股颖（Agrostis stolonifera)进行践踏比较，发现叶片数和分蘖数减少，这可能是因为践踏磨损使草坪草生长缓慢所致。千根草随践踏程度增加，最长茎长逐渐减小，千根草叶片数随践踏程度增加而减少，这个结果与白三叶（Trifolium repens)应对践踏胁迫相似[28]，千根草可通过增加叶面积、叶长和叶宽，来应对轻度、中度践踏造成植株叶片数量减少的影响，重度践踏下千根草叶性状显著下降。轻度践踏可促进草坪草的分蘖[29]，千根草通过增加二级分枝数应对轻度践踏，中、重度践踏限制了分枝能力和茎拓展能力。这表明千根草具有一定的耐践踏性，但过度践踏将限制植株对资源的获取能力，继而影响分生再生能力及草坪的盖度和密度。

践踏是影响植物生长的直接环境因子，可引起植物体内系列抗逆生理的反应机制[30]，常通过提高抗氧化酶系统活性，降低或消除超氧阴离子对植物结构和功能的损伤。SOD 主要使超氧阴离子转化为H2O2和O2，POD 和CAT 将H2O2分 解 为H2O，3 种酶活性的变化顺序和增长幅度受植物种类、植物抗性、胁迫强度等诸多因素的影响，如狗牙根（Cynodon dactylon)和马尼拉草（Zoysia matrella)叶中抗氧化酶活性对践踏强度的响应有显著差异[19]。本研究中千根草茎和叶中POD 活性随践踏频率增加而增加，SOD 活性随践踏频率增加先增加后减小，但茎中SOD 活性在轻度践踏时最大，叶中SOD 活性则在中度践踏时最大，茎中CAT 活性随践踏频率增加先增加后减小，叶中CAT 活性在践踏下有所减小，但CK 和轻度践踏无显著差异，中度和重度践踏无显著差异，表明千根草茎和叶中抗氧化酶系统对践踏的响应存在差异，茎比叶对践踏反应更为敏感。同时茎中MDA 含量随践踏频率的变化大于叶，MDA 含量可反映出膜脂过氧化大小[31]，说明千根草茎比叶更易受到践踏的损伤。SP 含量随胁迫程度增加发生不同变化以抵抗胁迫带来的伤害[32]，也有研究认为胁迫抑制了蛋白质的合成并诱导蛋白质降解，使SP 含量降低[33]。千根草可通过提高叶片中SP 含量应对轻度践踏，但重度践踏加速了叶中SP 降解，而茎中SP 含量在轻、中和重度践踏频率间无显著差异，说明茎具有更高的耐践踏性。有研究表明轻度干旱可缓解践踏产生的生理影响伤害，从而提高草坪草的耐践踏性[30]，而关于生态因子与践踏对千根草生理代谢的耦合性影响，仍有待研究。

叶绿素可以吸收、传递和转化光能，将光能转化为植物生理生化反应过程所需要的化学能[34]。有研究表明，轻度践踏处理可促进草坪草叶绿素含量积累[35]，故轻度践踏下千根草叶绿素含量最大，但中度、重度践踏下叶绿素含量均大于CK，可见千根草通过增加叶绿素含量，提高单位面积光合物质基础，消减践踏胁迫使叶片数降低而产生的同化影响。践踏下千根草吸收光能的Chla 含量和传递光能的Chlb 含量同步变化，使Chla / Chlb 在不同践踏频率下保持相对平衡，为践踏下光合作用的进行提供了色素保障。故中度和重度践踏下千根草叶片数、叶面积及叶绿素含量低于轻度践踏，但稳定的Chla / Chlb 可完成光合同化，将有限光合产物在生长、生理及抗性间权衡分配，即使在重度践踏下，植株仍可存活且不断进行分生与再生。

采用表观质量指标和生理代谢指标评价结果表明，千根草可通过形态可塑性和生理整合应对践踏，重度践踏对构件形态、生理代谢及光合色素造成伤害，但植株可以存活，表明千根草可忍受践踏。诸多研究说明，纤维素和木质素含量、机械组织分布、表皮角质层厚度、维管束和泡状细胞数量等茎叶形态结构和解剖结构是决定禾本科草坪草耐践踏性的关键因素[36-39]。千根草为大戟科植物，决定其耐践踏性大小的生物学特性和生态学特点，应对践踏胁迫的结构基础及代谢特点，尤其受践踏损伤后的恢复能力和再生能力，是下一步研究的重点。同时，汀步草坪不仅受践踏影响，因地砖缝隙空间狭窄、土层浅薄，且阳光直射与地面反射，极易遭遇高温、干旱、贫瘠等因素与践踏耦合形成综合胁迫。关于千根草生理整合有限资源，改变构件性状，调节同化和异化速率，调整生理活性含量，应对综合胁迫的策略与效果，待深入研究。

4 结论

践踏对千根草根、茎、叶等构件性状有显著影响，通过改变构件数量和质量性状，形成适应践踏胁迫的外观形态。千根草通过调整茎、叶中抗氧化酶活性及调节MDA 和SP 含量，减少践踏胁迫造成的生理伤害，协同形成耐践踏性的生理基础。通过改变叶片中叶绿素含量，维持Chla/Chlb 相对平衡，形成适应践踏胁迫的光合策略，为千根草生存、生长及抗性提供物质基础。千根草具一定耐践踏性，可作为乡土草坪草种在汀步草坪建植中推广应用。