6種蘚類植物保水性能的研究

陳倩 車麗萍 婁玉霞

摘 要： 以青蘚（Brachythecium albicans）、大羽蘚（Thuidium cymbifolium）、東亞砂蘚（Racomitrium japonicum）、鱗葉蘚（Taxiphyllum taxirameum）、絹蘚（Entodon cladorrhizans）、大灰蘚（Hypnum plumaeforme）為材料，與假儉草（Eremochloa ophiuroides）、佛甲草（Sedum lineare）兩種常用立體綠化植物作對比，比較了它們的吸水率及其在不同溫度條件下的保水性.提出了對水分調節能力的評估方法，獲得了8種植物水分調節能力的相對指標.按該指標由高到低，分別是大灰蘚（0.8215）、大羽蘚（0.6727）、青蘚（0.5468）、東亞砂蘚（0.5321）、鱗葉蘚（0.5285）、絹蘚（0.4374）、佛甲草（0.2843）和假儉草（0.2126）.

關鍵詞： 蘚類植物; 吸水率; 保水性

中圖分類號： Q 494 ?文獻標志碼： A ?文章編號： 1000-5137（2019）05-0521-05

Abstract： The saturated water absorption and retention rates of six mosses，namely Brachythecium albicans，Thuidium cymbifolium，Racomitrium japonicum，Taxiphyllum taxirameum，Entodon cladorrhizans and Hypnum plumaeforme，were determined and compared with those of Eremochloa ophiuroides and Sedum lineare.An integrated index to evaluate water regulation capacity was proposed.According to the integrated index concerning water regulation capacity from high to low，six moss species were ranked as H.plumaeforme （0.8215），T.cymbifolium （0.6727），B.albicans （0.5468），R.japonicum （0.5321），T.taxirameum （0.5285） and E.cladorrhizans （0.4374）.The water regulation capacity of the six moss species were all higher than those of S.lineare （0.2843） and E.ophiuroides （0.2126）.

Key words： moss; water absorption rate; water retention

0 引 言

苔蘚植物在我國種類多、分布廣，具有色澤多樣、生活型豐富、生長緩慢、基質需求少、重量輕、營養要求極低（主要從大氣的塵埃中獲取所需營養）等優點[1].另外，苔蘚植物不易受病蟲害的危害，部分種類抗旱能力強，對溫度的適應范圍大.苔蘚植物的假根系統能夠與基質緊密結合，不受風害影響，適于屋頂等環境的立體綠化[2-3]，例如砂蘚屬（Racomitrium）、灰蘚屬（Hypnum）等，是立體花壇、假山、陽臺、廊架、柱欄、道路坡面與河道堤岸等環境綠化的可選材料.苔蘚植物生活型和外觀上明顯不同于被子植物[4].近年來，在我國大力提倡“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”的政策背景下[5-8]，應用苔蘚植物進行城市立體綠化具有潛在市場需求[9].

海綿城市建設的核心價值在于調節城市水分.但是苔蘚植物種類繁多，生活型多樣，不同氣候條件下的水分吸收和保水能力差異極大.青蘚（Brachythecium albicans）、大灰蘚（Hypnum plumaeforme）、大羽蘚（Thuidium cymbifolium）、東亞砂蘚（Racomitrium japonicum）、絹蘚（Entodon cladorrhizans）和鱗葉蘚（Taxiphyllum taxirameum）在上海及周邊地區有廣泛分布.本文作者以這6種常見蘚類植物為材料，以佛甲草（Sedum lineare）和假儉草（Eremochloa ophiuroides）這兩種當前常用的立體綠化草本為對照，比較了它們的吸水率、濕干比和失水總量等參數，評估它們的水分調節能力，為建設海綿城市提供潛在的可選綠化植物種源.

1 材料與方法

1.1 試 樣

于2018年4月12日—5月28日，在上海師范大學徐匯校區苔蘚種植園（N31°09′47.81″，E121°24′43.62″）采集青蘚、大灰蘚、大羽蘚、東亞砂蘚、絹蘚和鱗葉蘚6種蘚類植物及假儉草和佛甲草.采集時用鏟子將所需蘚類植物的配子體植株、假儉草和佛甲草植株與其底部厚度為0.5 cm的基質層一并取出，帶回實驗室進行預處理.貼近基質層剪取蘚類植物配子體植株、假儉草和佛甲草植株，避免植株體黏附基質，保證植株均完整，清除植株體中混雜的其他植物和雜質并清洗干凈，備用.

1.2 吸水率的測定

將清洗好的6種蘚類植株、假儉草和佛甲草植株，放入小網筐內瀝干水分，并用吸水紙吸干植株體表面水分，再自然晾干，分別稱重（m1），然后將植株完全浸入清水中，待吸水飽和后取出，瀝干多余水分并用吸水紙吸干植株體表面水分，進行第二次稱重（m2），將前后兩次質量之差除以植物干重即為試樣的吸水率W=（m2-m1）/m1×100%，每個處理設置3次重復[10].

1.3 不同環境條件下試樣保水能力的測定

以吸水飽和的6種蘚類植物、假儉草和佛甲草為試樣，將其放入敞口（直徑12 cm）玻璃培養皿中，放置于RXZ智能型人工氣候箱（寧波江南儀器廠RXZ-300D）內，氣候箱設置兩種環境條件：

1）溫度25 ℃，空氣相對濕度70%RH，光照強度12000 lx，光照時間14 h·d-1（適宜生長環境）;

2）溫度38 ℃，空氣相對濕度50%RH，光照強度19800 lx，光照時間14 h·d-1（高溫干燥環境）.

環境1條件下每隔2 h測量一次試樣的質量，環境2條件下每隔1 h測量試樣的質量，測量12次.每次設置3次重復.計算每次測量得到試樣的實際質量與吸水飽和前試樣的質量即試樣干重的比值（濕干比），在最后一次測量后，計算每種試樣的失水總量，用于保水性的比較[11-12].

1.4 數據分析

所有數據均以平均值加標準差表示，用SPSS 19.0軟件進行方差分析[13].

基于吸水率、兩種環境條件下的失水總量及濕干比3組數據綜合評價試樣的水分調節能力，采用極值處理法進行原始數據標準化處理，得到第i種試樣吸水率的對應數值Ai、在環境1條件和環境2條件下濕干比的對應數值Bi和Ci.對于兩種環境條件下的失水總量，先將數據作極值標準化處理，分別獲得第i種試樣在環境1條件和環境2條件下的失水總量P1i和P2i，再取其倒數值，并對倒數值進行極值標準化處理（這一過程使得失水總量越小的種類，相應數值越大），獲得8種試樣在兩種環境條件下失水總量的對應數值K1i和K2i，最后結合以上所得數值計算第i種試樣的水分調節能力指標：Ri=[Ai+（Bi+Ci）/2+（K1i+K2i）/2]/3.

（1）2 結果與分析

2.1 吸水率比較

6種蘚類植物的吸水率由高到低依次為大灰蘚（152%）、大羽蘚（136%）、東亞砂蘚（89%）、青蘚（71%）、絹蘚（55%）和鱗葉蘚（32%），如圖1所示，相同環境條件下假儉草和佛甲草的吸水率分別為7%和15%.方差分析結果表明：大灰蘚和大羽蘚具有最高的吸水率，均極顯著高于其他試樣的吸水率（p<0.001），但兩者之間在吸水率上沒有顯著差異（p=0.15）;另外，東亞砂蘚和青蘚的吸水率也沒有顯著差異（p=0.101）.6種蘚類植物的吸水率均顯著高于假儉草和佛甲草兩種維管植物.

2.2 不同環境條件下試樣保水能力的差異

如1.3節所述，利用智能人工氣候箱設置了兩種溫度、濕度和光照不同的環境條件，各類試樣處理12個時間段后測定失水總量，結果如圖2所示.

在適宜生長環境（環境1）中，8種試樣的失水總量由高到低依次為大羽蘚（54.70 g）、大灰蘚（52.14 g）、東亞砂蘚（50.00 g）、絹蘚（46.15 g）、假儉草（43.46 g）、佛甲草（41.59 g）、青蘚（34.70 g）和鱗葉蘚（22.04 g）.方差分析結果表明：在適宜生長環境下，試樣統計指標為（df=7，XMSE=295.665，F=10.140，p=0.000）.鱗葉蘚具有最低的失水總量，與其他7種試樣均有顯著差異，且極顯著低于大羽蘚、大灰蘚、東亞砂蘚和假儉草的失水總量（p<0.001）.

在高溫干燥環境（環境2）中，8種試樣的失水總量由高到低依次為大羽蘚（74.52 g）、東亞砂蘚（66.23 g）、大灰蘚（57.99 g）、青蘚（54.17 g）、絹蘚（49.26 g）、假儉草（45.27 g）、鱗葉蘚（31.70 g）和佛甲草（29.37 g）.方差分析結果表明：在高溫干燥環境下，試樣統計指標為（df=7，XMSE=566.118，F=9.503，p=0.000），佛甲草具有最低的失水總量，且極顯著低于大羽蘚和東亞砂蘚的失水總量（p<0.001），與鱗葉蘚沒有顯著差異（p>0.05）.

兩種環境條件下，試樣濕干比的數據分析結果如圖3和圖4所示.

當濕干比大于1.0時，說明試樣散失的水分是飽和吸收的水分;當濕干比等于1.0時，說明試樣吸收的水分已完全散失;當濕干比小于1.0時，說明試樣散失的水分是植物自身所含水分.由圖3可知：在適宜環境條件下，假儉草和佛甲草的濕干比在T2時段已經小于1.0了，說明假儉草與佛甲草很快就把飽和吸收的水分散失殆盡.其他6種蘚類植物從T7時段開始濕干比才逐漸出現小于1.0的現象.由適宜環境條件下的濕干比可知，假儉草和佛甲草的保水性能均低于6種蘚類，而在6種蘚類植物中，絹蘚、鱗葉蘚和青蘚的保水性能最好.

由圖4可知：假儉草和佛甲草的濕干比從T2時段開始小于1.0，即在高溫干燥環境條件下1 h后，假儉草與佛甲草飽和吸收的水分就已經散失殆盡，比在適宜生長的環境下水分散失速度提高了1倍.在T9時段以后，大羽蘚和東亞砂蘚的濕干比低于假儉草和佛甲草，并小于1.0.在后4個時間段，假儉草和佛甲草的濕干比趨于穩定，說明兩種植物的水分已散失殆盡，而相同時間下其他幾種蘚類吸收的水分并沒有完全散失.由高溫干燥環境下的濕干比可知，假儉草和佛甲草的保水性能低于6種蘚類，其中絹蘚、鱗葉蘚和青蘚的保水性能最好.

2.3 立體綠化植物適宜性評估

根據（1）式計算得到8種試樣的水分調節能力的相對指標值，按高低排序，分別為大灰蘚（0.821 5）、大羽蘚（0.672 7）、青蘚（0.546 8）、東亞砂蘚（0.532 1）、鱗葉蘚（0.528 5）、絹蘚（0.437 4）、佛甲草（0.284 3）和假儉草（0.212 6）.

綜合2.1和2.2的研究結果，認為大灰蘚、大羽蘚、青蘚和東亞砂蘚適合作為立體綠化材料.

3 討 論

苔蘚植物因其需要營養量少、密集群生、顏色豐富且不易受病蟲害等優點，適于綠化植物墻的應用[14].在一些發達國家和地區，苔蘚已成為一種極好的專類園林造景材料[15].法國較早成功地將苔蘚應用于垂直花園中[16].目前，我國對苔蘚植物在立體綠化及園林景觀建設方面的研究越來越重視，苔蘚植物可以作為現行綠化植物材料的一種補充，應用于城市立體綠化和海綿城市建設[17].

吸水率測定表明：目前用于立體綠化的假儉草與佛甲草的吸水率遠低于大灰蘚等蘚類植物.大灰蘚、大羽蘚、東亞砂蘚等在高溫干燥環境條件下，葉片會緊緊包裹在莖周圍，卷曲葉片，通過葉細胞上的疣狀突起來反射太陽輻射，以減小自身水分的散失[18].當環境變潮濕時，苔蘚植物的莖葉會很快分離，使葉片展開并達到與水結合的最佳位置.通過葉片間、葉莖間、假根之間的縫隙，以及葉片或莖表面疣狀突起之間的空隙產生的毛細管系統吸收水分[19].根據上海氣候條件以及苔蘚生長環境，在兩種環境條件下比較了6種苔蘚植物和假儉草、佛甲草的保水性，結果表明：苔蘚植物的保水性優于這兩種維管植物.綜合考慮吸水率和保水性，本文作者推薦將大灰蘚、大羽蘚、青蘚和東亞砂蘚用于城市的立體綠化建設.

考慮到上海等沿海城市的環境特點，本研究設置了一定的溫度、光照和相對濕度的環境條件進行實驗觀測.實驗結果一定程度上反映了幾種蘚類植物在此類環境條件下水分調節的特點.今后將開展在不同自然環境條件下更多蘚類植物水分調節能力的比較研究，為城市綠化提供更多的選擇方案.

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（責任編輯：顧浩然）