覆土控鞭栽培對高節竹鞭根養分和抗性生理特征的影響

時俊帥，章 超，陳雙林，谷 瑞，郭子武

（中國林業科學研究院 亞熱帶林業研究所，浙江 杭州311400）

根系是植物吸收養分和水分的主要器官，對環境變化十分敏感，而土壤環境的變化會時刻影響到植物根系的生理過程。其中，土壤溫度是決定植物細胞呼吸速率的重要影響因子，影響根系對水分和養分的吸收。2年生脂松Pinus resinosa在根際溫度8℃時產生新根的數量最少，16℃時最多，新根總長度與溫度在8～20℃內呈正相關［1］。歐洲水青岡Fagus sylvatica細根的呼吸作用對土壤溫度的依賴性十分顯著［2］；土壤緊實度影響土壤的通氣條件和水分狀況，會對植物根系的生長發育產生影響。油松Pinus tabuliformis種子的發芽率和出苗率與土壤含水量密切相關［3］。林木根系周圍的土壤相對含水率影響著地上、地下部分生物量。針葉樹根系生長速度與土壤密度成反比，生長在緊實度高的土壤上的苗木對磷和鉀的吸收也減少［4-6］。另外，土壤各環境因子會隨土壤厚度的變化而發生相應變化，必然會對植物產生影響，如土壤厚度影響著林木根系的形態和分布［7］?？梢?，土壤各環境因子深刻影響著植物以及根系的生長。高節竹Phyllostachys prominens隸屬禾本科Gramineae竹亞科Bambusodeae剛竹屬Phyllostachys，生態適應性強，具有竹筍產量高、品質佳、加工性能好等特點，在浙江省杭州市、湖州市等地廣為栽培。 目前， 針對高節竹豐產栽培［8］、 病蟲害防治［9-10］、 竹筍保鮮［11］和套袋栽培［12］等開展了較多的研究，形成了較為系統的高節竹林栽培技術。2011年以來，為滿足市場對高品質竹筍的大量需求，根據高節竹的生物學和生態學特性，在高節竹主產區推廣應用覆土控鞭高品質竹筍栽培技術，生產的竹筍個大、色白、鮮嫩，明顯改善了竹筍的外觀形態，香味和甜味增加，酸澀味和粗糙度減少，竹筍營養品質和適口性明顯提高，竹林經濟效益顯著提高［13］。覆土控鞭栽培如何影響高節竹地下鞭根系統呢？鑒于此，本研究對不同覆土厚度下高節竹2年生竹鞭細根的養分含量和抗性生理指標進行了研究，分析了高節竹鞭根適宜的覆土厚度，為高節竹高品質竹筍培育提供參考。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

試驗地位于浙江省桐廬縣（29°35′～30°05′N， 119°11′～119°58′E）莪山鄉新豐民族村， 屬亞熱帶季風氣候，日照充足，降水充沛，四季分明。年平均氣溫為16.6℃，極端高溫為41.7℃，極端低溫為-9.5℃，全年≥10℃的平均積溫為5262.0℃，年平均無霜期為252.0 d，年平均降水量為1552.0 mm，3-9月降水量均在130 mm以上，最多的6月為梅雨期，降水集中，月平均降水量為248 mm。年平均蒸發量為1385 mm，年平均相對濕度為81%。以丘陵山地為主，山地丘陵占86.3%，平原和水域占13.7%。土壤主要為紅壤，土層厚度80 cm以上。高節竹資源豐富，全鄉有高節竹林面積約0.14萬hm2。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣地設置與材料處理 2017年2月，選取立地條件、經營措施和經營水平基本一致的高節竹試驗林4塊，每塊面積不小于0.4 hm2，利用建房、林道建設等的土方，去除石塊、樹蔸等，在豐產林分結構的高節竹林中加團聚體結構好的紅壤客土，以竹子基部為基準，均勻覆蓋其中3塊，覆土厚度分別為10，30和50 cm，以不覆土（0 cm）竹林為對照（ck）。6月挖除覆土層土壤中的竹鞭，實行季節性施肥、林地墾復和林分結構調控。覆土0，10，30和50 cm試驗林立竹密度分別為（7767±351），（6500±1700）， （7167±702），（5533±513） 株·hm-2， 立竹年齡結構（1 年生∶2 年生∶3 年生）分別為 1.00∶2.15∶2.25，1.00∶2.89∶3.11， 1.00∶2.32∶1.95， 1.00∶2.00∶2.50。 在每塊試驗林中分別設置 10 m×10 m 固定樣地 3 個。 9月，在不同覆土的高節竹試驗林樣地中，對角線法點狀挖取原土層10 cm左右深度2年生竹鞭各3條，剪取3 g左右新嫩細根放入冰盒帶回實驗室，用自來水沖洗干凈，后用吸水棉吸取鞭根上的水分。每處理3次重復。

1.2.2 酶液提取及指標測定方法 稱取0.2 g新鮮根系置于預冷的研缽中，加入5 mL預冷的50 mmol·L-1磷酸緩沖液（pH 7.8）冰浴研磨，再用相同磷酸緩沖液定容至10 mL，4℃，10500 r·min-1離心15 min，取上清液（粗酶液）在4℃下保存備用。相對電導率用初始電導率與煮沸后電導率的比值表示，采用DDSJ-308A型電導儀測定［14］。丙二醛（MDA）質量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸法測定；根系活力采用α-萘胺法測定［15］。超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）光化還原法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚氧化法測定；可溶性蛋白質采用考馬斯亮藍法測定；可溶性糖采用蒽酮法測定；細根中碳、氮、磷分別用重鉻酸鉀容量法、凱氏定氮法、鉬銻抗比色法測定［16］。每個指標重復測定3次。

1.3 數據處理與統計分析

試驗數據在Excel 2003中進行整理，在SPSS 22.0中對不同覆土厚度的高節竹鞭根養分和抗性生理指標進行單因素方差分析（one-way ANOVA）和Tukey檢驗。試驗數據均為平均值±標準誤，顯著性水平設置為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 覆土控鞭栽培對高節竹鞭根碳、氮、磷質量分數和化學計量比的影響

由表1可知：隨覆土厚度增大，高節竹鞭根氮質量分數呈先減小后增大趨勢。其中，覆土10 cm竹林與覆土0（ck），30，50 cm竹林間均無顯著差異，覆土0和50 cm竹林間也無顯著差異，但均顯著大于覆土30 cm竹林。碳質量分數呈先增大后減小趨勢，但不同覆土厚度竹林間無顯著差異。磷質量分數呈減小趨勢，覆土50 cm竹林顯著小于其他試驗竹林，覆土0，10和30 cm竹林間均無顯著差異。氮碳比呈先減小后增大趨勢，覆土0和50 cm竹林間無顯著差異，均顯著高于覆土10和30 cm竹林，后兩者無顯著差異；碳磷比呈增大趨勢，覆土0，10和30 cm竹林間無顯著差異，但均顯著小于覆土50 cm竹林；氮磷比呈先減小后增大趨勢，覆土0，10和30 cm竹林間無顯著差異，均顯著小于覆土50 cm竹林。

表1 高節竹鞭根碳、氮、磷質量百分數和化學計量比Table 1 Content and stoichiometric ratio of carbon,nitrogen,phosphorus of rhizome roots in Phyllostachys prominens

2.2 覆土控鞭栽培對高節竹鞭根根系活力、MDA質量摩爾濃度和相對電導率的影響

由表2可知：隨覆土厚度的增大，高節竹鞭根相對電導率呈先減小后增大趨勢。其中，以覆土50 cm竹林最大，覆土30 cm竹林最小，但不同覆土厚度竹林間均無顯著差異。MDA質量摩爾濃度呈先減小后增大趨勢，覆土10和30 cm竹林間差異不顯著，均顯著小于覆土0和50 cm的竹林，后兩者間也無顯著差異；根系活力呈倒 “N”型變化趨勢，其中，以覆土30 cm竹林最大，覆土50 cm竹林最小，覆土0和30 cm竹林間無顯著差異，均顯著大于覆土10和50 cm竹林，后兩者間也無顯著差異。

表2 高節竹鞭根根系活力、MDA質量摩爾濃度和相對電導率Table 2 Root activity,MDA,content and relative conductivity of rhizome roots in Phyllostachys prominens

2.3 覆土控鞭栽培對高節竹鞭根抗氧化酶活性的影響

由表3可知：隨覆土厚度的增大，高節竹鞭根SOD和POD活性的變化趨勢一致，均呈先減小后增大的趨勢。其中，以覆土50 cm竹林最大，覆土30 cm竹林最小，覆土0和50 cm竹林間無顯著差異，但均顯著大于覆土10和30 cm的竹林，并且后兩者間無顯著差異。

2.4 覆土控鞭栽培對高節竹鞭根可溶性蛋白質和可溶性糖質量分數的影響

由表4可知：隨覆土厚度的增大，高節竹鞭根可溶性蛋白質質量分數呈先減小后增大的趨勢。其中，以覆土50 cm竹林最大，覆土10 cm竹林最小，而且覆土試驗竹林與覆土0 cm（ck）均無顯著差異，覆土30和50 cm竹林間也無顯著差異，但均顯著大于覆土10 cm竹林?？扇苄蕴琴|量分數呈先增大后減小的趨勢。其中，以覆土10 cm竹林最大，覆土50 cm竹林最小，覆土0，30和50 cm竹林均顯著小于覆土10 cm竹林，覆土50 cm竹林顯著小于ck，但覆土30 cm竹林與ck無顯著差異，覆土30和50 cm竹林間也無顯著差異。

表3 高節竹鞭根超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性Table 3 Antioxidantenzyme activity ofrhizome rootsinPhyllostachys prominens

表4 高節竹鞭根可溶性蛋白質和可溶性糖質量分數Table 4 Soluble protein content and soluble sugar content of rhizome roots in Phyllostachys prominens

3 討論

根系是植物養分和水分的源，也是碳的匯［17］，因此，根系吸收養分能力的差異是導致植物生長發育發生變化的重要原因之一［18］，其碳同化物的多寡則是根系活力的重要表征。在整個根系統中，根系吸收活力增強，則會引起碳消耗的增多［19］，而當根系吸收能力減弱，碳向根系的供應則會減少［20-21］。本研究中，高節竹鞭根碳質量分數在不同覆土厚度竹林無顯著差異，說明不同的覆土厚度對竹林鞭根系統吸收養分的能力沒有明顯變化，也即高節竹覆土控鞭栽培措施不會影響竹林的鞭根吸收能力。而根系中磷和碳質量分數及其比例與其衰老、壽命長短密切相關［22］，磷越高，碳越低，呼吸越強烈［23］，越容易導致根系衰老。本研究中鞭根的氮碳比在覆土0（ck）和50 cm竹林顯著大于覆土10和30 cm的竹林，說明一定厚度的覆土對高節竹鞭根的生長更新有利，但覆土厚度過大，則會導致鞭根更容易衰老，壽命更短。覆土10和30 cm的高節竹林鞭根碳磷比、氮磷比與ck無顯著差異，說明一定厚度范圍內的覆土，高節竹鞭根可以維持較高的養分內穩性，但覆土厚度達50 cm時，碳磷比、氮磷比顯著增大，高節竹鞭根通過養分化學計量比的適應性調節來應對較大厚度的覆土脅迫環境。

MDA質量摩爾濃度的高低與細胞原生質膜的氧化傷害程度呈正比，已被廣泛用來表明逆境脅迫下植物細胞膜的過氧化傷害程度［24］，相對電導率通常與MDA的變化趨勢一致。SOD可將超氧自由基轉化為氧氣和過氧化氫，POD可把過氧化氫分解為分子氧和水，解除活性氧的傷害［25-26］。本研究中，高節竹鞭根MDA質量摩爾濃度、相對電導率和SOD、POD活性均隨覆土厚度的增大呈先減小后增大的趨勢，說明適當厚度的覆土能改善高節竹地下鞭系分布區域的光照、水分、溫度等環境條件，更有利于鞭根的生長更新，但覆土厚度過大（50 cm），鞭根細胞受到較大的環境脅迫，鞭根的生長阻力加大，受傷害程度增大，較早的進入衰老。根系活力能夠直接反映植物整個根系代謝程度的強弱，能夠客觀反映植物根系生命活動的生理指標，對植物生長發育起到了決定性的作用［27］。雖然覆土50 cm的高節竹鞭根根系活力下降明顯，但鞭根相對電導率遠小于50%，說明高節竹鞭根受到的脅迫傷害是可逆的，體現出高節竹較強的生態適應能力，這也是高節竹可以實施覆土控鞭高品質竹筍栽培的重要原因。

植物細胞內無機和有機小分子等滲透調節物質的積累可以降低細胞的滲透勢［28-29］，可溶性糖和可溶性蛋白質是常見的滲透調節物質。本研究表明：高節竹鞭根可溶性蛋白質質量分數在覆土30和50 cm的竹林顯著大于覆土10 cm的竹林，而可溶性糖質量分數相反。說明高節竹鞭根在適當厚度（30 cm及以下）的覆土環境中，可以維持較高的可溶性糖質量分數，這可能與覆土后地下鞭根系統分布區加深，溫度相對較低，土壤含水率相對較高，影響了鞭根碳、氮等代謝有關。隨覆土厚度的增大，鞭根需要減少可溶性糖的積累以應對土壤水分增加的影響［30-31］；可溶性蛋白質大多是參與各種代謝的酶類［32］，雖然植物在遭受脅迫時會抑制部分蛋白質的合成，但環境脅迫同時也會誘導細胞內與適應性有關基因表達，促進逆境蛋白質的合成。因此，鞭根可能會通過增加可溶性蛋白質的積累以應對較大覆土厚度的環境脅迫。

4 結論

適當厚度（30 cm及以下）的覆土控鞭栽培能改善高節竹地下鞭根系統分布區域的光照、水分、溫度等環境條件，有利于高節竹鞭根的生長更新，維持較高的養分內穩性，減緩鞭根衰老速率。但覆土厚度過大（50 cm），鞭根會受到一定程度的環境脅迫，發生過氧化傷害，根系活力明顯降低，鞭根壽命縮短，產生化學計量比的適應性調節來保持鞭根吸收養分能力的相對穩定。也即高節竹覆土控鞭高品質竹筍培育的覆土厚度應控制在30 cm以下，但覆土10 cm對高節竹筍外觀品質、食味品質提高程度有限，也難以顯著地增加經濟效益。因此，從竹筍品質、經濟效益和竹林可持續經營能力等綜合分析認為高節竹覆土控鞭高品質竹筍培育的適宜覆土厚度為30 cm。