踐踏頻率對千根草構(gòu)件性狀及生理代謝的影響

楊小琴，毛 芮，劉金平，曾曉琳

（西華師范大學生命科學院, 四川 南充 637009）

汀步草坪是城市園林綠化系統(tǒng)中極為重要的景觀要素，可有效減少綠地割裂，增強環(huán)境的景觀性和通行性[1]，同時對減少地面灰塵、降低噪音污染和地面熱輻射及地表溫度、吸收汽車尾氣具有良好效果[2]。由于受汀步材質(zhì)、立地條件和通行功能的限制，兼具低矮、纖細、耐磨、耐瘠薄、耐踐踏及再生能力強等特點的草種，才能滿足汀步草坪對株叢類型、景觀價值和抗逆性能的基本要求。選擇高抗性、低養(yǎng)護兼具觀賞價值的草種建植汀步草坪，是提高城市綠化水平及體現(xiàn)景觀規(guī)劃地域性和藝術(shù)性的必由之路[3]。

千根草（Euphorbia thymifolia)低矮纖細、葉綠莖紅、株叢舒展，具有較高的觀賞性，匍匐生長習性及無性擴繁和有性自播的繁殖能力，具有建植汀步草坪對草種要求的基本特征。目前，關(guān)于千根草藥用價值的研究較多[4-7]，對其生長特點、株叢拓展、抗性原理為基礎(chǔ)的觀賞價值和生態(tài)價值研究極少。亞熱帶季風氣候區(qū)，夏季 ＞ 35 ℃天氣頻現(xiàn)[8]，地表溫度高達70 ℃，千根草在土層厚度為2 — 12 cm 的地磚縫隙中，均可形成株高僅2 cm 的汀步草坪[9]，且能通過形態(tài)可塑性和繁殖策略適應遮陰脅迫，是亞熱帶地區(qū)具極強抗旱性、耐陰性、耐熱性和耐貧瘠性的優(yōu)質(zhì)鄉(xiāng)土草坪草種質(zhì)資源。

汀步草坪通行性決定了草坪常遭受踐踏，踐踏引起土壤板結(jié)，使坪床的通透性和持水性下降[10]，引起草坪草根系淺表化[11-12]，限制其吸收水肥和根系更新能力，從而影響分蘗形成、莖葉生長與拓展能力。同時，踐踏直接造成草坪磨損，葉片表皮組織受傷導致光合作用能力降低，影響草坪草的能量積累[13-14]，引起草坪草生理代謝紊亂[15-16]，從而影響草坪質(zhì)量和使用壽命。耐踐踏性是決定草坪適用范圍、開放程度和制定養(yǎng)護措施的重要依據(jù)[17]。

目前，多采用帶鞋釘?shù)母鞣N踐踏器，形成1.77～14.40 MPa 壓強，模擬運動員站立、走動、跑動的各種狀態(tài)，對運動場草坪性能或草坪草的耐踐踏性進行研究[18-19]，得出草坪草生長損害（每天10 次)、嚴重退化（每天20～30 次)及出現(xiàn)裸地和禿斑的臨界點（每天15 次)的踐踏頻次[20-21]。汀步草坪生長于寬1～3 cm 的地磚縫隙中，千根草株高僅2 cm，體重50～70 kg 的成年人站立或走動的壓強為（1.00 ×104)～（2.55 × 104) Pa，因地磚阻隔與承力，對草坪沖擊力遠小于運動場草坪。本研究采用壓強約1.50 ×104Pa 的簡易踐踏器，設(shè)置3 個頻率對千根草進行踐踏，通過構(gòu)件性狀及生理參數(shù)變化，研究千根草耐踐踏性大小及對踐踏脅迫的適應策略，以期為千根草的開發(fā)及評價提供依據(jù)，為汀步草坪建植、養(yǎng)護提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以2019 年采集的野生千根草種子（4 ℃冷藏，千粒重為0.142 g)為材料。基質(zhì)為紫色土，有機質(zhì)含量為3.35%，有效氮含量為23.54 mg·kg-1，有效磷含量為24.67 mg·kg-1，有效鉀含量為34.56 mg·kg-1，pH 為6.65)。以口徑為20 cm、高21 cm 的花盆為容器。

1.2 試驗設(shè)計

2020 年3 月1 日，每盆均勻播種20 粒，共40 盆，在（25 ± 3) ℃的室內(nèi)進行正常培養(yǎng)。于5 月25 日，千根草株高為（1.97 ± 0.15) cm，蓋度為95% ± 3%，密度達（3.0 ± 0.5)枝·cm-2，將其當作成坪。以直徑18 cm、高40 cm、重量10 kg 的容器，高于坪面30 cm 自由下落簡易踐踏器（預試驗結(jié)果表明，其沖擊力與體重60 kg 的成年人雙腳站立對紫色土壤的地表形變相當，壓強約1.50 × 104Pa)。隨機選取10 盆為一組，分別進行0 踐踏（CK)、輕度（每月3 次)、中度（每月5 次)、重度（每月10 次)踐踏處理。每次踐踏20 下后[21]，適量灌溉避免干旱板結(jié)[11]。處理30 d 后，取樣進行相關(guān)指標的測定。

1.3 測定項目與方法

形態(tài)指標：每個處理隨機挖取完整植株20 株，測量葉片數(shù)、成熟葉片厚度（浙江托普YH-1 型厚度儀)、葉長、葉寬和單葉面積（浙江托普YMJ-C 型葉面積儀)；測定節(jié)間長、一級分枝數(shù)、二級分枝數(shù)、最長莖長和總莖長（一級分枝莖長的總和)；測定根（側(cè)根和不定根)數(shù)、主根長、主根直徑和不定根長（游標卡尺法)。

生理指標：每個處理隨機選取20 片葉和20 cm莖段，采用氮藍四唑（nitroblue tetrazolium, NBT)法測超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD)活性，采用愈創(chuàng)木酚法測過氧化物酶（peroxidase, POD)活性[22]，采用分光光度法測過氧化氫酶（catalase, CAT)活性[23]；采用硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid, TBA)法測丙二醛（malondialdehyde, MDA)含量，采用考馬斯亮藍染色法測可溶性蛋白（soluble protein, SP)含量[24]；采用乙醇丙酮混合提取法測葉綠素（chlorophyll,Chl)含量[24]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 19.0 軟件對所測得的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，并用Duncan 法對各參數(shù)進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 踐踏頻率對葉的形態(tài)指標的影響

踐踏顯著影響葉片數(shù)、葉面積、葉長和葉寬（P＜0.05)，對葉厚影響較小（P＞ 0.05) （表1)。葉片數(shù)隨踐踏頻率增加而減少，葉片數(shù)在中度和重度踐踏下，為CK 的64.51%和33.15%。輕度踐踏可顯著增加葉長（P＜ 0.05)，中度踐踏可顯著提高葉面積、葉長和葉寬（P＜ 0.05)，重度踐踏則顯著降低了葉面積和葉長（P＜ 0.05)。

表1 踐踏頻率對千根草葉性狀的影響Table 1 Effects of traffic frequency on the leaf characters of Euphorbia thymifolia

2.2 踐踏頻率對莖的形態(tài)指標的影響

踐踏顯著影響二級分枝數(shù)、最長莖長和總莖長（P＜ 0.05)，對一級分枝數(shù)和節(jié)間長影響較小（P＞0.05) （表2)。輕度踐踏顯著增加了二級分枝數(shù)（P＜0.05)，中度和重度踐踏顯著降低了二級分枝數(shù)和最長莖長（P＜ 0.05)，輕度、中度、重度踐踏下二級分枝數(shù)和最長莖長分別為CK 的116.48%、81.01%、70.91%和98.27%、77.37%、66.83%。踐踏減少了總莖長和節(jié)間長，但輕度、中度、重度踐踏頻率間差異較小（P＞ 0.05)。

表2 踐踏頻率對千根草莖性狀的影響Table 2 Effects of traffic frequency on stem characters of Euphorbia thymifolia

2.3 踐踏頻率對根的形態(tài)指標的影響

踐踏極顯著影響主根長和不定根長（P＜ 0.01)，顯著影響主根直徑、側(cè)根數(shù)和不定根數(shù)（P＜ 0.05)（表3)。踐踏顯著降低了植株的主根長、主根直徑、側(cè)根數(shù)、不定根數(shù)和不定根長（P＜ 0.05)，輕度和中度踐踏下不定根長差異較小（P＞ 0.05)，中度和重度踐踏下主根直徑、側(cè)根數(shù)和不定根數(shù)均顯著低于輕度踐踏（P＜ 0.05)。輕度踐踏使主根長、主根直徑、側(cè)根數(shù)、不定根數(shù)和不定根長比CK 下降了46.57%、18.87%、30.96%、25.01%和43.92%，中度踐踏下則下降了49.49%、30.19%、36.89%、41.08%和42.97%，重度踐踏下僅為CK 的44.75%、62.26%、61.89%、58.92%和32.43%。

表3 踐踏對千根草根性狀的影響Table 3 Effects of traffic on the root traits of Euphorbia thymifolia

2.4 踐踏頻率對莖中抗氧化酶活性和滲透性物質(zhì)含量的影響

踐踏極顯著影響莖中POD 和SOD 活性（P＜0.01)，顯 著 影 響CAT 活 性（P＜ 0.05) （表4)。莖 中POD 活性隨踐踏頻率增加而逐漸增加，SOD 活性在輕度踐踏下最大且中度和重度踐踏時SOD 活性顯著低于輕度踐踏（P＜ 0.05)，CAT 活性則隨踐踏頻率增加先增加后減少，在中度踐踏時CAT 活性最大，重度踐踏時CAT 活性顯著降低（P＜ 0.05)。踐踏極顯著影響莖中MDA 含量 （P＜ 0.01)，顯著影響SP 含量（P＜ 0.05) （表4)。MDA 含量隨踐踏程度增加而增加，輕度、中度和重度踐踏下分別為CK 的1.08、1.36和1.53 倍。踐踏使SP 含量增加，但輕度、中度和重度踐踏下SP 含量無顯著差異（P＞ 0.05)。

表4 踐踏頻率對千根草莖中抗氧化酶活性和滲透性物質(zhì)含量的影響Table 4 Effect of traffic frequency on the antioxidant enzyme activity and osmotic substances content of Euphorbia thymifolia stems

2.5 踐踏頻率對千根草葉片中抗氧化酶活性和滲透性物質(zhì)含量的影響

踐踏極顯著影響葉片中POD 和CAT 活性（P＜0.01)，顯著影響SOD 活性（P＜ 0.05) （表5)。POD 活性隨踐踏頻率增加而升高，輕度、中度和重度踐踏下POD 活性為CK 的3.60、6.67 和17.82 倍。中度踐踏時SOD 活性最大，為CK、輕度和重度踐踏的1.24、1.12 和1.57 倍。中度和重度踐踏下CAT 活性顯著小于CK 和輕度踐踏（P＜ 0.05)。踐踏對葉片中滲透性物質(zhì)含量均有極顯著影響（P＜ 0.01) （表5)。隨踐踏程度的增加，MDA 和SP 含量先增加后減小。中度踐踏時MDA 含量最大，分別為CK、輕度和重度踐踏的1.53、1.51 和1.29 倍。輕度踐踏時SP 含量最大，分別為CK、中度和重度踐踏的1.22、1.18 和1.61 倍。

不定根長Adventitious rootlength/cm對照 CK 12.67 ± 1.04a 0.53 ± 0.06a 28.00 ± 2.00a 18.67 ± 3.79a 7.40 ± 0.57a輕度 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踐踏強度Traffic stress主根長Taproot length/cm主根直徑Taproot diameter/mm側(cè)根數(shù)Lateral root number不定根數(shù)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 踐踏頻率對千根草葉片中抗氧化酶活性和滲透性物質(zhì)含量的影響Table 5 Effect of traffic frequency on the antioxidant enzyme activity and osmotic ances content of Euphorbia thymifolia leaves

2.6 踐踏頻率對葉片中葉綠素含量的影響

踐踏極顯著影響千根草葉片中葉綠素含量（P＜0.01) （表6)。踐踏均增加了葉綠素含量，輕度踐踏下Chl （a + b)、Chla、Chlb 含量最大，中度和重度踐踏下光合色素含量降低，但高于CK，且中度和重度踐踏下差異較小（P＞ 0.05)。踐踏對葉中Chla / Chlb 的影響與光合色素含量變化一致。輕度踐踏使Chl （a +b)、Chla、Chlb 和Chla / Chlb 比CK 增 加 了40.00%、49.06%、18.18%和23.36%，中度踐踏下則增加了30.00%、37.74%、13.64%和20.08%，重度踐踏時為CK 的1.32、1.39、1.16 和1.19 倍。

表6 踐踏頻率對千根草光合色素含量的影響Table 6 Effect of traffic frequency on the content of photosynthetic pigments of Euphorbia thymifolia

3 討論

踐踏是影響草坪質(zhì)量和使用壽命的主要脅迫因子之一[16]，踐踏對植物影響復雜，需采用多個表觀質(zhì)量和生理指標進行評價[17]。有研究表明草坪受踐踏之后，其坪用質(zhì)量、生長發(fā)育及生理代謝均會發(fā)生不同程度的變化[16]。土壤緊實度隨踐踏程度和次數(shù)的增加而增加，進而導致水分滲透下降、pH 增大、土壤養(yǎng)分下降[25-26]，在緊實土壤中植物根系生長緩慢，根系變短，踐踏降低了千根草主根長、主根直徑、側(cè)根數(shù)、不定根數(shù)和不定根長，表明踐踏對千根草根系產(chǎn)生系統(tǒng)性影響。根系生長障礙使植物吸收水分和養(yǎng)分機能變?nèi)酰瑫е碌厣现l受到抑制[11]。Cattani 和Clark[27]對10 種生態(tài)型匍匐剪股穎（Agrostis stolonifera)進行踐踏比較，發(fā)現(xiàn)葉片數(shù)和分蘗數(shù)減少，這可能是因為踐踏磨損使草坪草生長緩慢所致。千根草隨踐踏程度增加，最長莖長逐漸減小，千根草葉片數(shù)隨踐踏程度增加而減少，這個結(jié)果與白三葉（Trifolium repens)應對踐踏脅迫相似[28]，千根草可通過增加葉面積、葉長和葉寬，來應對輕度、中度踐踏造成植株葉片數(shù)量減少的影響，重度踐踏下千根草葉性狀顯著下降。輕度踐踏可促進草坪草的分蘗[29]，千根草通過增加二級分枝數(shù)應對輕度踐踏，中、重度踐踏限制了分枝能力和莖拓展能力。這表明千根草具有一定的耐踐踏性，但過度踐踏將限制植株對資源的獲取能力，繼而影響分生再生能力及草坪的蓋度和密度。

踐踏是影響植物生長的直接環(huán)境因子，可引起植物體內(nèi)系列抗逆生理的反應機制[30]，常通過提高抗氧化酶系統(tǒng)活性，降低或消除超氧陰離子對植物結(jié)構(gòu)和功能的損傷。SOD 主要使超氧陰離子轉(zhuǎn)化為H2O2和O2，POD 和CAT 將H2O2分 解 為H2O，3 種酶活性的變化順序和增長幅度受植物種類、植物抗性、脅迫強度等諸多因素的影響，如狗牙根（Cynodon dactylon)和馬尼拉草（Zoysia matrella)葉中抗氧化酶活性對踐踏強度的響應有顯著差異[19]。本研究中千根草莖和葉中POD 活性隨踐踏頻率增加而增加，SOD 活性隨踐踏頻率增加先增加后減小，但莖中SOD 活性在輕度踐踏時最大，葉中SOD 活性則在中度踐踏時最大，莖中CAT 活性隨踐踏頻率增加先增加后減小，葉中CAT 活性在踐踏下有所減小，但CK 和輕度踐踏無顯著差異，中度和重度踐踏無顯著差異，表明千根草莖和葉中抗氧化酶系統(tǒng)對踐踏的響應存在差異，莖比葉對踐踏反應更為敏感。同時莖中MDA 含量隨踐踏頻率的變化大于葉，MDA 含量可反映出膜脂過氧化大小[31]，說明千根草莖比葉更易受到踐踏的損傷。SP 含量隨脅迫程度增加發(fā)生不同變化以抵抗脅迫帶來的傷害[32]，也有研究認為脅迫抑制了蛋白質(zhì)的合成并誘導蛋白質(zhì)降解，使SP 含量降低[33]。千根草可通過提高葉片中SP 含量應對輕度踐踏，但重度踐踏加速了葉中SP 降解，而莖中SP 含量在輕、中和重度踐踏頻率間無顯著差異，說明莖具有更高的耐踐踏性。有研究表明輕度干旱可緩解踐踏產(chǎn)生的生理影響傷害，從而提高草坪草的耐踐踏性[30]，而關(guān)于生態(tài)因子與踐踏對千根草生理代謝的耦合性影響，仍有待研究。

葉綠素可以吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，將光能轉(zhuǎn)化為植物生理生化反應過程所需要的化學能[34]。有研究表明，輕度踐踏處理可促進草坪草葉綠素含量積累[35]，故輕度踐踏下千根草葉綠素含量最大，但中度、重度踐踏下葉綠素含量均大于CK，可見千根草通過增加葉綠素含量，提高單位面積光合物質(zhì)基礎(chǔ)，消減踐踏脅迫使葉片數(shù)降低而產(chǎn)生的同化影響。踐踏下千根草吸收光能的Chla 含量和傳遞光能的Chlb 含量同步變化，使Chla / Chlb 在不同踐踏頻率下保持相對平衡，為踐踏下光合作用的進行提供了色素保障。故中度和重度踐踏下千根草葉片數(shù)、葉面積及葉綠素含量低于輕度踐踏，但穩(wěn)定的Chla / Chlb 可完成光合同化，將有限光合產(chǎn)物在生長、生理及抗性間權(quán)衡分配，即使在重度踐踏下，植株仍可存活且不斷進行分生與再生。

采用表觀質(zhì)量指標和生理代謝指標評價結(jié)果表明，千根草可通過形態(tài)可塑性和生理整合應對踐踏，重度踐踏對構(gòu)件形態(tài)、生理代謝及光合色素造成傷害，但植株可以存活，表明千根草可忍受踐踏。諸多研究說明，纖維素和木質(zhì)素含量、機械組織分布、表皮角質(zhì)層厚度、維管束和泡狀細胞數(shù)量等莖葉形態(tài)結(jié)構(gòu)和解剖結(jié)構(gòu)是決定禾本科草坪草耐踐踏性的關(guān)鍵因素[36-39]。千根草為大戟科植物，決定其耐踐踏性大小的生物學特性和生態(tài)學特點，應對踐踏脅迫的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及代謝特點，尤其受踐踏損傷后的恢復能力和再生能力，是下一步研究的重點。同時，汀步草坪不僅受踐踏影響，因地磚縫隙空間狹窄、土層淺薄，且陽光直射與地面反射，極易遭遇高溫、干旱、貧瘠等因素與踐踏耦合形成綜合脅迫。關(guān)于千根草生理整合有限資源，改變構(gòu)件性狀，調(diào)節(jié)同化和異化速率，調(diào)整生理活性含量，應對綜合脅迫的策略與效果，待深入研究。

4 結(jié)論

踐踏對千根草根、莖、葉等構(gòu)件性狀有顯著影響，通過改變構(gòu)件數(shù)量和質(zhì)量性狀，形成適應踐踏脅迫的外觀形態(tài)。千根草通過調(diào)整莖、葉中抗氧化酶活性及調(diào)節(jié)MDA 和SP 含量，減少踐踏脅迫造成的生理傷害，協(xié)同形成耐踐踏性的生理基礎(chǔ)。通過改變?nèi)~片中葉綠素含量，維持Chla/Chlb 相對平衡，形成適應踐踏脅迫的光合策略，為千根草生存、生長及抗性提供物質(zhì)基礎(chǔ)。千根草具一定耐踐踏性，可作為鄉(xiāng)土草坪草種在汀步草坪建植中推廣應用。