金叶莸和扶芳藤在轻型基质中的栽培效果

2021-09-27郝惠蓉孙向阳李素艳李逸楠谭其言

草业科学 2021年8期

郝惠蓉，孙向阳，李素艳，李逸楠，谭其言

（北京林业大学林学院，北京 100083）

随着城市人口和商业活动增加，城市绿地面积逐渐减少[1]，城市热岛效应日益严重[2]。为缓解城市用地紧张和生态环境问题，屋顶绿化这种新型城市绿化方式应运而生，为城市带来了经济、生态、社会和美学等多重效益[3-4]。屋顶不同于地面，由于荷载限制，要求种植基质具有容重小、持水透气性好、养分含量不宜过高等特点，以免造成植物徒长增加屋顶载荷[5]，这些因素都限制了可选用植物的范围。因此，筛选适用的植物材料是一项重要且具有挑战性的工作[6]。近些年，国内外在屋顶绿化植物材料的筛选和生态效益的研究上取得了许多成果，筛选出了大量景天类、苔藓类、禾本科和宿根花卉类等较为理想的植物材料[7-8]。其中，具有极强抗逆性和覆盖性的景天类植物在实际的屋顶绿化研究中有更多的应用和报道[9-10]。然而，景天类植物体内富含水分，在管理不当、环境不适的情况下，极易受到病菌的感染而出现生长不良的现象[11]，且景天类植物在大面积种植时会出现不耐触碰、容易损伤、屋顶景观单一等问题[12-13]。因此，有必要寻找可以解决以上问题的植物来进行试验研究。落叶灌木金叶莸(Caryopteris clandonensis)和常绿藤本灌木扶芳藤(Euonymus fortunei)具有抗病虫、耐修剪、易成活、管理粗放等特点，且二者在开花期有很高的观赏价值，能够弥补景天类植物在种植过程中的不足。此外，这两种植物生长较为缓慢，体量小，低矮，根系穿透力小，对屋顶的荷载威胁小，抗风以及不会破坏人工铺设的防水层和阻根层，降低了维护成本，适宜运用到屋顶绿化中[14-15]。金叶莸的固碳释氧、降温增湿及滞尘能力很强，生态效益相较其他灌木突出[16]。扶芳藤水土保持能力强，在遭到破坏后能迅速恢复[17]。这两种植物均为大型广场、绿地、行道树池、公路护坡、楼顶高层绿化的理想地被植物。金叶莸和扶芳藤在陆地土壤中能够很好地生长[18-19]，但有关二者在轻型屋顶绿化基质上长势状况的研究和报道较少。基于此，本研究选用金叶莸和扶芳藤作为供试植株，以珍珠岩和粉煤灰配置的轻型基质作为种植介质(该种植介质的理化性质均符合屋顶绿化要求)，通过测定生长一年后两种植物的株高、叶绿素含量、地上和地下生物量、根系形态指标和氮磷钾含量，比较两种基质对金叶莸和扶芳藤的栽培效果，筛选出对植物栽培效果良好的基质，为两种灌木在屋顶绿化中的应用提供参考。

1 研究区域与研究方法

1.1 试验区概况

试验地位于北京市海淀区东升乡八家村北京林业大学教学实习基地三顷园苗圃(40°00′28.3″N，116°20′17.5″E)，气候类型为温带湿润季风气候，年平均气温12.5℃，1月份平均气温最低，为−4.4℃，7 月份平均气温最高，为25.8℃，年最高气温出现在7 月中下旬，高达41.6℃；年平均日照时数为2 569 h；年平均降水量628.9 mm，降水主要集中在6月−8月，约占全年降水量的74.0%；无霜期211 d。夏季高温多雨，盛行东南风，冬季寒冷干燥，盛行西北风。

1.2 试验材料

植物选择：扶芳藤，卫矛科卫矛属(Euonymus)植物，常绿藤本灌木；金叶莸，马鞭草科莸属(Caryopteris)落叶灌木。二者都具有耐寒、耐旱、耐贫瘠、管理粗放和容易成活等优良的特性，适宜作为屋顶绿化的种植植物材料使用[18-20]。试验幼苗由北京市首发天人生态景观有限公司提供。

基质选择：试验基质中珍珠岩来源于河南信阳厚普矿业材料厂，粉煤灰由国电承德热电有限公司提供。该种植基质为前期实验室筛选出的两种屋顶绿化基质，基质1为每100 g 珍珠岩中添加粉煤灰15 g 的基质，基质2为每100 g 珍珠岩中添加粉煤灰20 g 的基质。栽培基质的基本理化性质如表1所列(表1)。

表1 栽培基质基本理化性质Table 1 Basic physicochemical propertiesof culturesubstrate

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计

本研究于2019年7月15日至2020年8 月23日在实验苗圃东南院的水泥地上进行，试验所配轻型基质的理化性质均符合屋顶绿化对种植介质的要求，即质轻、持水透气性好、养分适宜等[21]。每种植物采用单因素设计2 个处理，每个处理种植32株植物，3个重复。试验针对每种植物设计2个处理，共4个处理，分别为基质1+金叶莸、基质2+金叶莸、基质1+扶芳藤和基质2+扶芳藤。其中，基质1为m珍珠岩꞉m粉煤灰= 100 ꞉15，基质2为m珍珠岩꞉m粉煤灰=100꞉20。

1.3.2 植物栽培

按照比例量取一定质量的粉煤灰和珍珠岩在水泥空地上进行混合并搅拌均匀，该过程中需加入少量水来防止珍珠岩扬尘，待翻堆过程中未发现大块白色时，将混匀的基质装入长156 cm、宽78 cm、高48 cm 的种植槽中(基质表面距种植槽顶部约1 cm)，每个处理装1个种植箱，共装12个，待用。

选取长势一致无病害的扶芳藤幼苗，将幼苗根部修剪到10 cm 左右，株高修剪到15 cm 左右，种植槽中每行栽植8株扶芳藤，栽植4行，一共栽植32株，株间距约为20 cm，金叶莸栽植方法同扶芳藤一致。将移栽好植物的基质浇透水，之后每隔20 d浇一次水，每次到种植槽排水孔开始出水即停止浇水，2019年12月中旬后不再浇水。2020年3月中旬和8月中旬各浇一次水，于2020年8月23日测量每株植物的株高。测定完毕后，每个处理随机将5株植物挖出洗净并测定其叶绿素含量、地上和地下生物量、根长、根表面积、根体积、根直径，以及植物氮磷钾含量等指标。除栽培基质和植物外，其他环境条件与栽培管理措施均保持一致。

1.4 测定指标和方法

1.4.1 基质理化性质测定

随机取样测定基质的各项理化性质，每种基质重复测定5次。物理指标包括容重、饱和水容重、总孔隙度、毛管孔隙、非毛管孔隙和大小孔隙比，用环刀法测定。化学指标包括pH、电导率(electrical conductivity,EC)和全氮、全磷、全钾含量；pH和EC值(水样比15꞉1)分别用pH 计和雷磁电导率仪测定，全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定，全磷、全钾采用氢氧化钠熔融法提取，全磷采用钼锑抗比色法、全钾采用火焰光度计测定。除pH 和EC外，其余指标测定方法均参照鲍士旦的《土壤农化分析》[22]。

1.4.2 植物指标测定

于2020年8 月23日用钢卷尺(精度1 mm)测定株高，株高为种植槽内栽培基质表面至植物成株自然高度最高点的距离。植株生物量包含地上生物鲜重、地上生物干重和根干重。用精度为0.01 g 的电子称分别称量洗净植物的地上部分，之后将植物地上和地下部分分别在105℃下杀青30 min 后，于70℃烘至恒重，称量地上、地下干物质量。根系形态指标测定时，将洗净的根样用EPSON EXPRESSION 1680型扫描仪进行扫描，分辨率设为600 dpi，扫描时为使根样的分枝不互相缠绕，将根样放入透明的托盘中，并注入3～5 mm 深的水，用镊子取根于扫根盘上，并整齐排列。扫描好的TIF文件用WinRHIZO根系分析软件分析计算得到根系的长度、表面积、体积和直径等形态特征参数值[23]。叶绿素含量测定称取0.1 g 剪碎的新鲜植物叶片，置于10 mL 的丙酮– 乙醇(体积比1 ꞉1)溶液中，放在黑暗处浸提24 h，待叶片完全发白后，用UV-6100紫外分光光度计(上海元析仪器有限公司)测定663、645 nm 处提取液的光密度值，计算叶绿素(叶绿素a + 叶绿素b)含量[24]；植株氮、磷、钾含量经过硫酸–过氧化氢消煮后，分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法、火焰光度法进行测定[22]。

每个处理中植物生长指标的数据均取槽内5株植株的平均值。

1.5 数据处理

采用Excel 2016整理数据及进行隶属函数综合分析，用Origin 作图，用SPSS 25.0 对植物指标进行方差分析和多重比较(P<0.05)，并用Pearson 相关分析法分析植物生长指标与栽培基质理化性质的关系。采用隶属函数综合评价体系[25]评估金叶莸和扶芳藤的生长发育状况，进而评定不同配比的栽培基质品质的优劣。

2 结果与分析

2.1 栽培基质对两种植物株高和叶绿素的影响

金叶莸和扶芳藤在基质2中的株高均显著高于基质1(P<0.05)(图1)，其中，金叶莸在基质2中的株高比基质1提高了36.23%，扶芳藤在基质2中的株高比基质1提高了9.91%。金叶莸和扶芳藤在基质2中的叶绿素含量与基质1的差异不显著(P> 0.05)。

图1 不同基质对两种植物株高和叶绿素的影响Figure 1 Effectsof different substrateson plant height and chlorophyll of two plants

2.2 栽培基质对两种植物生物量和根冠比的影响

金叶莸和扶芳藤在基质2中的地上生物鲜重和地上生物干重均显著高于基质1(P<0.05)(图2)。其中，金叶莸在基质2中的地上生物鲜重和地上生物干重比基质1分别增加了103.12%和116.58%，扶芳藤在基质2 中的地上生物鲜重和地上生物干重比基质1分别增加了8.50%和6.10%。相较于基质1，金叶莸在基质2中的根干重显著提高了120.10%(P< 0.05)，扶芳藤在基质2 中的根干重比基质1显著提高了6.83%(P<0.05)。金叶莸和扶芳藤在基质2中的根冠比与基质1相比差异不显著(P> 0.05)。

图2 不同基质对两种植物生物量和根冠比的影响Figure 2 Effectsof different substrateson biomassand root-shoot ratio of two plants

2.3 栽培基质对两种植物根系的影响

金叶莸和扶芳藤在基质2中的根长、根表面积、根体积和根直径均显著高于基质1(P<0.05)(表2)。其中，金叶莸在基质2中的根长、根表面积、根体积和根直径相较于基质1分别增加了25.69%、38.95%、46.21%和55.08%，扶芳藤在基质2中的根长、根表面积、根体积和根直径相较于基质1分别增加了0.35%、3.81%、3.39%和21.12%。

表2 栽培一年后两种植物的根系生长情况Table 2 Root growth of the two plants after cultivation for one year

2.4 栽培基质对两种植物氮、磷、钾含量的影响

金叶莸在基质2中的全氮和全磷含量均显著高于基质1(P<0.05)(表3)，扶芳藤在基质2中的全氮和全磷含量差异不显著(P>0.05)，金叶莸和扶芳藤在基质2中的钾含量显著低于基质1(P<0.05)。其中，金叶莸在基质2中的全氮和全磷含量比基质1分别提高了7.18%和37.27%。金叶莸在基质2中的钾含量比基质1降低了12.90%，扶芳藤在基质2中的钾含量比基质1降低了23.53%。

表3 栽培一年后两种植物的全氮、全磷和全钾含量Table 3 Contentsof total nitrogen,total phosphorus,and total potassium of the two plants after cultivation for oneyear

2.5 基质理化性质与植物生长指标间的关系

金叶莸的叶绿素含量与基质理化性质无显著相关性(表4)。金叶莸的株高、地上生物鲜重、地上生物干重、地下生物干重、钾含量、根长、根面积、根体积、根直径和基质的pH、全氮、全磷显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关，金叶莸的磷含量与基质的pH、全氮、全磷显著(P<0.05)相关，除金叶莸的钾含量外，其余指标均与基质的pH、全氮、全磷呈正相关关系；金叶莸的根冠比和基质的田间持水量呈显著(P< 0.05)正相关关系；金叶莸的氮含量与基质的毛管孔隙度、电导率、全氮呈极显著(P<0.01)正相关关系，与基质的全磷呈显著(P<0.05)正相关关系，与基质非毛管孔隙度和孔隙比呈极显著(P<0.01)负相关关系；金叶莸的钾含量与基质的pH、EC、全氮、全磷呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)负相关关系。

表4 金叶莸Pearson相关性分析Table 4 Pearson correlation analysisof Caryopterisclandonensis

扶芳藤的叶绿素、氮含量、根冠比与基质的理化性质相关性不显著(P>0.05)(表5)。扶芳藤的株高、地上生物鲜重、地下生物干重、根长、根面积、根体积、根直径和基质的pH、全氮、全磷呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关(表5)；扶芳藤的株高与基质的田间持水量呈显著正相关(P<0.05)；扶芳藤的地上生物鲜重与基质的毛管孔隙度、EC呈显著(P< 0.05)正相关关系；地下生物干重与基质田间持水量、pH、全氮、全磷呈显著(P< 0.05)或极显著(P<0.01)正相关关系；扶芳藤的磷含量与基质的全磷呈显著(P<0.05)正相关关系，与全钾呈显著(P<0.05)负相关关系；扶芳藤的钾含量与基质的非毛管孔隙度、孔隙比呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关关系，与基质的毛管孔隙度、EC和全氮呈显著(P<0.05)负相关关系。

表5 扶芳藤Pearson相关性分析Table5 Pearson correlation analysisof Euonymus fortunei

2.6 植物生长指标的综合评价

植物生长发育过程中不能凭借单一指标反映植物的综合性状，各指标对植物长势的评价都具有重要意义[26]。基质2+金叶莸处理的植物指标综合评价指数最高为0.83(表6)，其次是基质1+金叶莸，为0.36。此外，基质2+ 扶芳藤处理的综合评价指数高于基质1+扶芳藤处理，为0.23。因此基质2，即m珍珠岩꞉ m粉煤灰= 100꞉20为本研究中栽培金叶莸和扶芳藤的最优基质配方。

表6 隶属函数综合评价分析Table6 Comprehensiveevaluation and analysisof membership function

3 讨论

基质的理化性质对植物生长有重要影响，良好的基质可以为植物生长发育提供足够的空气、养分、水分和支撑力。而植物生长指标通过反映植株长势强弱，可直观判断不同栽培基质对植物生长的效果，进一步判断栽培基质的优劣[27]。

本研究中基质2上金叶莸和扶芳藤的株高显著高于基质1，这可能是因为基质中粉煤灰含量的差异造成的，有研究表明添加粉煤灰的基质持水性强，含有多种养分元素，有利于植物的生长发育[28-29]。叶绿素含量与植物光合作用密切相关，可反映植物适应和利用环境因子的情况[30]。本研究中金叶莸和扶芳藤在基质2中叶绿素含量与基质1无差异，且Pearson 相关分析中，二者的叶绿素含量与基质的理化性质无相关性，说明2种基质中粉煤灰含量的不同对金叶莸和扶芳藤生长过程中叶绿素含量的影响较小。

良好的栽培基质能促进植物地上部分与地下部分的共同生长，使二者达到平衡，促进植物的顺利生长[26]。李娅等[31]的研究发现，基质是通过孔隙度和水气比的差异影响生物量累积，从而影响苗木的长势。杨飞等[32]研究表明，基质中的养分含量会影响生菜(Spinacia oleracea)生物量的变化。本研究中基质2上金叶莸和扶芳藤的地上生物鲜重、地上生物干重和根干重均显著高于基质1，说明栽培基质良好的孔隙结构及适宜的养分含量有利于植物生物量的增加。根冠比的大小可以反映植物光合产物的分配状况，也能反映植物根系的生长发育结果，适宜的根冠比可以为植株创造良好的营养生长条件[33]。本研究中，金叶莸在两种基质中的根冠比无明显差异，但其根冠比和基质田间持水量间呈显著正相关关系，说明基质2中较高的保水性能促进了金叶莸地下部分的生长。

根系的长度、表面积、体积和直径等形态性状受介质环境影响很大[34]。本研究发现，金叶莸在基质2上的根长、根面积、根体积和根直径均大于在基质1中的生长，扶芳藤与之相同，这可能是因为基质2比基质1有更好的孔隙结构，更强的持水能力和更高的养分含量，与赵翔等[35]的研究结果相似。此外，本研究发现同一基质中金叶莸的根长和根表面积比扶芳藤低，但其根体积和根直径却高于扶芳藤，这可能与两种植物的地下部分生长特性有关，金叶莸根系发达，主根粗大[36]，扶芳藤气生根发达，须根多，能随处生发多数细根[37]。因此，两种植物根系生长方式会有所不同，对基质的适应能力也不同。

在不同基质条件下，两种植物的株高、地上生物鲜重、根干重、根长、根面积、根体积、根直径和基质的pH、全氮、全磷呈显著或极显著正相关关系，说明本研究中两种基质给金叶莸和扶芳藤创造的酸碱环境和氮磷养分条件对植物生长的影响很大，这一结果与郝丹等[38]对金盏菊(Calendula officinalis)的研究结果相似；其次，金叶莸含氮量还与基质毛管孔隙度、电导率也呈极显著正相关关系，含钾量和pH、全氮、全磷呈极显著负相关关系，扶芳藤的株高、地下生物量与基质田间持水量呈显著正相关关系，地上生物量与毛管孔隙度呈显著正相关关系，钾含量和毛管孔隙度、电导率、全氮呈显著负相关关系，这可能和这两种植物的生长特性有关，本研究结果仅是基质对植物生长状况的影响，关于这两种植物自身生长特性的研究还有待进一步探索。