不同根系環(huán)境下多效唑?qū)ψ纤牖鄙L的調(diào)節(jié)效應(yīng)

鄧冬梅， 李紹才， 孫海龍

(1.四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 610064； 2.四川大學(xué)水利水電國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610064)

在鐵路、公路、機(jī)場、水電工程建設(shè)和礦區(qū)開采過程中，產(chǎn)生了大量開挖回填的裸露邊坡、巖土渣場和廢棄地，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，影響生產(chǎn)和生活的安全[1]。近年來，借助生態(tài)工程技術(shù)，以灌木為主體、喬木或草本為輔助恢復(fù)植被的生態(tài)防護(hù)技術(shù)已成為控制侵蝕、穩(wěn)定邊坡、修復(fù)環(huán)境的重要措施[2]。紫穗槐(AmorphafruticosaL.)是豆科(Leguminosae)紫穗槐屬(Amorpha)植物，其根系發(fā)達(dá)，生長適應(yīng)性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于植被恢復(fù)中。但在建植初期，由于紫穗槐生長迅速，蒸騰耗水量大，加上根系環(huán)境在水分、養(yǎng)分和溫度等方面的復(fù)雜性，植物成活率較低，生長效果不理想，極大限制了其后期生長，不利于植被的安全建成。

多效唑是一種高效、低毒的植物生長延緩劑，通過影響類異戊二烯通路，并通過抑制赤霉素的合成降低乙烯含量，從而增加細(xì)胞分裂素含量來改變植物激素水平，調(diào)控植物形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化特性變化，增強(qiáng)植物的抗逆性[3-5]。研究表明，多效唑能有效抑制植株新梢生長、枝葉水平擴(kuò)展、地上植物量積累和根系垂直生長，可通過抑制營養(yǎng)生長、調(diào)節(jié)干物質(zhì)分配來提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)，能促進(jìn)植株分蘗使株形豐滿，推遲并延長花期，提高觀賞價(jià)值。此外，多效唑可提高葉片相對(duì)含水量和抗氧化酶活性，改變蛋白質(zhì)、可溶性糖、丙二醛(MDA)等含量，提高植物抗性等[6]。多效唑?qū)χ参锏淖饔眯Ч艿蕉喾N因素影響，前人研究主要圍繞施用方式、時(shí)期和次數(shù)等，而根系環(huán)境對(duì)其調(diào)節(jié)效應(yīng)的影響未見報(bào)道。本研究在沙場、渣場和混凝土屋面環(huán)境下，研究多效唑?qū)ψ纤牖鄙L的影響以及不同根系環(huán)境下的應(yīng)用差異，旨在找到紫穗槐理想形態(tài)和抗性表現(xiàn)下最佳調(diào)控濃度，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用多效唑調(diào)控植物生長，優(yōu)化養(yǎng)護(hù)管理，提高植被恢復(fù)效果，同時(shí)為化控技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際中提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為種植于綠化卷材中的紫穗槐植株。綠化卷材分別鋪設(shè)在坡面長16 m、寬4 m的沙場(粒徑為2～3 mm)、渣場(粒徑為2～5 cm)和混凝土屋面樣地上，坡度為15°，坡向朝南。單幅綠化卷材長度為3 m，寬度為1 m，厚度為5 cm，容重為 1.2 g/cm3，卷材從上至下設(shè)置有水溫光控制層、根系定植層、水/根調(diào)節(jié)層、種子混合物、種子萌發(fā)帶、根系錨固層、防滲阻根層及黏膠層。種子混合物由保水劑、黏結(jié)劑、基質(zhì)、肥料、消毒劑等按一定比例組成。試驗(yàn)使用由成都艾克達(dá)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的多效唑(98%)原藥(白色結(jié)晶固體)配制成100～400 mg/L多效唑溶液。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于四川省彭州市山地生態(tài)工程技術(shù)研究中心進(jìn)行。試驗(yàn)沙場、渣場、屋面每種樣地類型設(shè)3個(gè)小區(qū)，3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置5個(gè)多效唑濃度水平：0(CK)、100、200、300、400 mg/L，以清水為對(duì)照。2013年秋季播種紫穗槐于綠化卷材中，2014年5月中旬施加多效唑，將配制好的各濃度多效唑溶液沿萌發(fā)孔灌入植物生長基質(zhì)，每孔灌入10 mL。試驗(yàn)期間進(jìn)行正常的水肥管理。2015年8月，每個(gè)處理組選擇長勢一致且良好的10株植株進(jìn)行形態(tài)觀測，觀測完成后進(jìn)行破壞性取樣，測量根系形態(tài)和生物量，并選取植株部位一致的葉片鮮樣，測定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

形態(tài)指標(biāo)有株高、冠幅、葉形、主根長、根幅，使用直尺測量(精確到1 mm)，基徑和主根徑使用游標(biāo)卡尺測量(精確度為0.01 mm)，生物量采用電子天平稱量(精確度為0.01 g)。其中：冠幅=1/2(長軸冠徑+短軸冠徑)；葉面積=0.67×葉長×葉寬[7]；葉片長寬比=葉長/葉寬；根冠比=植株地下部干質(zhì)量/植株地上部干質(zhì)量；生物量=植株地上部干質(zhì)量+植株地下部干質(zhì)量。

生理指標(biāo)測定參照《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》[8]。其中，葉片相對(duì)含水量測定采用烘干法，葉綠素含量采用比色法測定，可溶性糖含量測定采用硫酸-蒽酮比色法，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel 2007、SPSS 18.0、Origin 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析，采用方差分析和Duncan’s新復(fù)極差法比較分析不同處理對(duì)各項(xiàng)生長生理指標(biāo)的影響和不同根系環(huán)境下各項(xiàng)指標(biāo)的差異性，顯著性水平設(shè)為α=0.05。多效唑?qū)ψ纤牖碧幚硇Ч木C合評(píng)價(jià)采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法[9]。隸屬函數(shù)值計(jì)算方法如下：

如果指標(biāo)與處理效果呈正相關(guān)：U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)；

如果指標(biāo)與處理效果呈負(fù)相關(guān)：U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)；

平均隸屬值：X=∑Xi/n。

式中：U(Xi)為隸屬函數(shù)值；Xi為某指標(biāo)的測定值；Xmax和Xmin分別為所試材料所有處理組某指標(biāo)的最大值和最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同根系環(huán)境下多效唑?qū)ψ纤牖毙螒B(tài)和生物量的影響

2.1.1 對(duì)株高、冠幅和基徑的影響 由圖1和圖2-A可見，多效唑可不同程度地抑制沙場紫穗槐株高、冠幅和基徑生長，隨著濃度升高，抑制作用增強(qiáng)，處理組株高為對(duì)照的44.2%～91.65%，差異顯著。與對(duì)照相比，冠幅在300、400 mg/L 多效唑濃度下表現(xiàn)出明顯差異，分別減小了20.14%、21.96%。基徑呈減小的趨勢，差異不顯著。渣場處理組株高、冠幅、基徑隨多效唑濃度升高表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，均在多效唑濃度為100 mg/L時(shí)達(dá)到最大值，增幅分別為13.61%、21.13%、10.96%，且均在多效唑濃度為 400 mg/L 時(shí)達(dá)到最小值，株高降低 24.70%，冠幅減小21.85%，基徑減小13.22%，與對(duì)照相比差異顯著。在多效唑濃度為300～400 mg/L時(shí)，屋面紫穗槐株高和冠幅表現(xiàn)出明顯的降低，分別為對(duì)照的72.34%～80.71%和78.15%～96.67%，基徑隨著濃度升高逐漸增大，除300 mg/L處理組與對(duì)照組差異明顯，其他組差異不顯著。在各多效唑濃度下，紫穗槐株高、冠幅和基徑均表現(xiàn)為沙場>渣場>屋面，植株生長表現(xiàn)出明顯的場地差異性。

2.1.2 對(duì)葉片形態(tài)的影響 由表1可見，多效唑?qū)ψ纤牖比~片生長也產(chǎn)生了一定的影響。隨著多效唑濃度升高，沙場葉面積減小，在多效唑濃度為200～400 mg/L時(shí)作用顯著，減幅為21.89%～40.26%，葉片長寬比增大，在多效唑濃度為 300 mg/L 和400 mg/L時(shí)與對(duì)照差異明顯，增幅分別為14.78%和18.72%。渣場葉面積隨多效唑濃度升高先增加后減小，在400 mg/L時(shí)最小，比對(duì)照顯著減小26.35%，葉片長寬比呈減小的趨勢，在多效唑濃度為400 mg/L時(shí)與對(duì)照差異明顯，減小了13.90%。屋面葉面積隨多效唑濃度的變化與渣場相似，但各處理組與對(duì)照無明顯差異，葉片長寬比隨濃度升高表現(xiàn)出增大的趨勢，與對(duì)照差異不顯著。未進(jìn)行多效唑處理組，沙場、渣場和屋面間的葉面積差異顯著。多效唑處理后，各處理濃度下沙場和渣場間差異較小，屋面與沙場和渣場差異明顯，葉片長寬比在各場地間差異較小。

2.1.3 對(duì)根系形態(tài)的影響 由表1可見，多效唑明顯抑制沙場和渣場紫穗槐根系水平擴(kuò)展、減緩主根縱橫向生長，表現(xiàn)為根幅、主根長和主根徑基本隨著多效唑濃度升高而減小。在多效唑濃度為400 mg/L時(shí)，沙場和渣場根幅的變化率分別達(dá)到45.40%和 41.99%，與各對(duì)照相比，主根長分別減小39.32%和40.84%，主根徑分別減小26.91%和22.52%，場地間差異顯著。隨著濃度升高，屋面紫穗槐根幅和主根長逐漸減小，根幅在多效唑濃度為200～400 mg/L 時(shí)與對(duì)照差異顯著，減幅為25.32%～61.66%。主根長在多效唑濃度為 400 mg/L 時(shí)比對(duì)照顯著減小36.14%，主根徑呈增大的趨勢，在多效唑濃度為200～400 mg/L時(shí)與對(duì)照差異顯著，增幅為 14.96%～23.94%。

表1 不同根系環(huán)境下多效唑?qū)ψ纤牖比~片和根系形態(tài)的影響

注：不同大寫字母表示在同一多效唑濃度下的不同根系環(huán)境間差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示在同一根系環(huán)境下的不同多效唑濃度間差異顯著(P<0.05)。

2.1.4 對(duì)生物量和根冠比的影響 從圖2-B可以看出，3種根系環(huán)境下多效唑能明顯降低紫穗槐的生物量，且濃度越高作用效果越明顯，其中，沙場紫穗槐生物量降低至對(duì)照的 8.24%～35.02%，渣場降低至對(duì)照的9.77%～41.11%，屋面降低為對(duì)照的17.85%～52.10%。在各處理濃度下，沙場、渣場和屋面生物量均表現(xiàn)出明顯差異。由圖3-A可見，隨著濃度升高，根冠比不斷增大，3種根系環(huán)境間在多效唑濃度為200～400 mg/L時(shí)表現(xiàn)出顯著差異，在多效唑濃度為 400 mg/L 時(shí)，沙場、渣場和屋面根冠比均達(dá)到最大值，分別為1.05、2.05和1.48，與各對(duì)照相比，增幅分別為156.1%、144.05%、64.44%。

2.2 不同根系環(huán)境下多效唑?qū)ψ纤牖鄙硖卣鞯挠绊?/h3>

2.2.1 對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響 從圖3-B可見，多效唑處理后，沙場和渣場紫穗槐葉片相對(duì)含水量均高于對(duì)照。其中，較低濃度多效唑并未對(duì)沙場和渣場產(chǎn)生明顯影響，在多效唑濃度為 300 mg/L 與400 mg/L時(shí)，沙場葉片相對(duì)含水量比對(duì)照顯著升高，分別為89.68%和88.82%，渣場在多效唑濃度為300 mg/L時(shí)最高，為89.70%，與對(duì)照差異顯著。與沙場和渣場不同，屋面葉片相對(duì)含水量隨多效唑濃度升高呈先增加后降低的趨勢，在200 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值88.03%。

2.2.2 對(duì)葉片葉綠素含量的影響 由圖4-A可見，3個(gè)場地葉片葉綠素含量具有較一致的變化規(guī)律，均隨濃度升高而呈升高的趨勢，但3個(gè)場地增幅不同，其中最大的為屋面，其次是沙場，渣場的增幅相對(duì)較小，場地間具有顯著差異。沙場和屋面在多效唑濃度為400 mg/L時(shí)葉綠素含量分別達(dá)到3.51 mg/g和 3.33 mg/g，分別比對(duì)照顯著升高83.77%和109.43%，渣場在多效唑濃度為 300 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值3.17 mg/g，比對(duì)照顯著增大46.08%。

2.2.3 對(duì)葉片MDA含量的影響 多效唑處理后，沙場、渣場和屋面紫穗槐葉片MDA含量發(fā)生顯著變化(圖4-B)，分別比對(duì)照降低7.74.16%～36.24%、8.80%～42.19%和 20.05%～47.56%，處理組間差異顯著。同時(shí)，沙場、渣場和屋面葉片MDA含量分別在400、300、200 mg/L時(shí)達(dá)到最低值0.051 9、0.038 1、0.020 4 μmol/g。未進(jìn)行多效唑處理和多效唑處理后的葉片丙二醛含量均表現(xiàn)為沙場>渣場>屋面，場地間表現(xiàn)出顯著差異。

2.2.4 對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響 從圖5-A可見，多效唑顯著影響紫穗槐葉片可溶性糖含量，3個(gè)場地基本表現(xiàn)為隨濃度升高而升高趨勢，沙場、渣場、屋面最大增幅分別為69.52%、51.30%、49.72%。未進(jìn)行多效唑處理和多效唑處理后的葉片可溶性糖含量表現(xiàn)為渣場高于屋面和沙場，且表現(xiàn)出一定差異，沙場可溶性糖含量最低。多效唑處理后各場地可溶性蛋白含量均高于對(duì)照組(圖5-B)，沙場可溶性蛋白含量在多效唑濃度為 300 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值189.07 mg/g，顯著高出對(duì)照組含量31.07%。渣場在多效唑濃度為 400 mg/L 時(shí)可溶性蛋白含量最高，為216.42 mg/g，增幅為43.23%；屋面在多效唑濃度為200 mg/L時(shí)可溶性蛋白含量達(dá)到最大值139.54 mg/g，比對(duì)照顯著增加13.52%。3個(gè)場地間可溶性蛋白含量表現(xiàn)出明顯差異。

2.3 不同根系環(huán)境下多效唑?qū)ψ纤牖鄙L調(diào)節(jié)效應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)

利用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)3種根系環(huán)境下紫穗槐的生長指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，用各項(xiàng)指標(biāo)隸屬度的平均值作為處理效果的綜合鑒定標(biāo)準(zhǔn)值，該值越大調(diào)節(jié)效果越好。表2顯示，沙場、渣場、屋面的平均隸屬函數(shù)最大值分別為0.718、0.619、0.617，因此對(duì)沙場、渣場、屋面紫穗槐進(jìn)行多效唑調(diào)控的最佳處理濃度分別為400、300、200 mg/L。

3 結(jié)論與討論

研究表明，多效唑處理對(duì)紫穗槐生長具有明顯的影響，可使其株高降低，冠幅、基徑和葉面積減小，這與其對(duì)沙地柏[10]、馬櫻丹[11]、月季[12]、秋海棠[13]等的作用類似，基徑和葉片長寬比的變化相對(duì)較小。多效唑使紫穗槐根幅和主根長均明顯減小，生物量降低，生長受到強(qiáng)烈抑制，而使根冠比提高，說明其可調(diào)節(jié)地上地下生物量分配。Sharma等研究發(fā)現(xiàn)，多效唑可提高植物細(xì)胞相對(duì)含水量、葉綠素含量以及光合作用速率，緩解環(huán)境脅迫對(duì)生長和物質(zhì)積累的脅迫作用[14]。紫穗槐葉片相對(duì)含水量在多效唑處理后升高，這與王競紅等的結(jié)論[15]一致。葉綠素含量隨濃度升高呈升高的趨勢，但3個(gè)場地增幅不同，其中屋面最大，沙場和渣場相對(duì)較小，說明屋面葉綠素含量變化對(duì)多效唑的反應(yīng)較渣場和沙場敏感。細(xì)胞內(nèi)吸收、積累和存儲(chǔ)的溶質(zhì)，如光合作用的低分子量的糖和糖醇，參與了細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)[16]。沙場、渣場和屋面紫穗槐葉片可溶糖含量明顯提高，這與Hua等研究發(fā)現(xiàn)多效唑可提高油菜根、莖、葉和芽可溶性總糖含量結(jié)果[17]相一致。可溶性蛋白含量也明顯提高，增加了植物體內(nèi)可溶性有機(jī)物質(zhì)的積累，改善了植株水分狀況和維持細(xì)胞膨壓，為正常生命活動(dòng)創(chuàng)造條件[18]。MDA含量通常可用來表征植物細(xì)胞膜過氧化程度[19]，多效唑處理后紫穗槐葉片MDA含量顯著下降，說明多效唑可提高紫穗槐抗膜脂過氧化水平，以減輕膜系統(tǒng)受害程度，這與劉曉青等研究結(jié)果[20]相一致。多效唑通過調(diào)整紫穗槐植株形態(tài)、改善地上部分與地下根系分配比，實(shí)現(xiàn)生物減量，減少水分、養(yǎng)分的需求和消耗，提升場地整體綠化效果，提高對(duì)有限生境資源的利用效率。同時(shí)，有效促進(jìn)光合產(chǎn)物積累，明顯提高滲透調(diào)節(jié)和抗膜脂過氧化能力，降低植物損傷，提高環(huán)境適應(yīng)性，有利于實(shí)現(xiàn)植物的安全生長和形態(tài)建成。

表2 不同根系環(huán)境下多效唑?qū)ψ纤牖闭{(diào)控效果的綜合評(píng)價(jià)

不同植物或同一植物的不同品種及植物的不同器官對(duì)相同植物調(diào)節(jié)劑的敏感程度有差異，調(diào)節(jié)劑受不同環(huán)境條件的影響，其作用效果也不盡相同。經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，多效唑?qū)ι硤觥⒃鼒龊臀菝孀纤牖钡淖罴颜{(diào)控濃度分別為400、300、200 mg/L，此結(jié)論可為多效唑在實(shí)際植被恢復(fù)建設(shè)中的應(yīng)用提供現(xiàn)實(shí)參考依據(jù)。因此，在進(jìn)行調(diào)控時(shí)，需要考慮不同根系環(huán)境的差異，因地制宜地選擇使用濃度和用量，提高植物適應(yīng)性，保護(hù)植物的生態(tài)功能和景觀功能，防止因施用過度造成植物損傷以及多效唑在植物體內(nèi)和土壤中殘留超標(biāo)而引起環(huán)境污染。灌木生長狀況因立地條件不同而存在一定差異[21]，不同根系環(huán)境下紫穗槐的生長存在較大差異，沙場長勢最好，渣場次之，屋面最弱，屋面與前面2種立地類型差異明顯。這可能是因?yàn)樯硤龊驮鼒龈淡h(huán)境較為穩(wěn)定，而屋面環(huán)境易隨水熱條件變化而波動(dòng)，同時(shí)根域受到限制，植物的生長發(fā)生變動(dòng)甚至表現(xiàn)出衰減，但具體影響因子及影響程度需進(jìn)一步探討與分析[22]。本試驗(yàn)僅研究了沙場、渣場和混凝土屋面這3種典型植被恢復(fù)環(huán)境下多效唑?qū)ψ纤牖钡恼{(diào)節(jié)效應(yīng)，對(duì)實(shí)際中其他根系環(huán)境下多效唑?qū)ψ纤牖钡挠绊戇€需要進(jìn)一步研究。