野生羊茅與引進羊茅‘獵狗5號’競爭特性的研究

劉佳星，王 雷，呼麗瑤

(內蒙古農業大學林學院， 內蒙古 呼和浩特 010019)

在我國，針對草坪業發展，草坪草各種條件的生理生化反應、抗逆性及轉基因研究的成果較多[1-8]；對本土草坪草的開發及推廣也有部分研究，但后續效果并不明顯[9，10]。內蒙古地區本土草坪草即大青山草地早熟禾(PoapratensisL.‘ Daqingshan’)由內蒙古農牧科學院通過采集野生草坪草經多年培育而成[11]。趙文麗等對內蒙古地區本土草坪草--野生羊茅(FestucaovinaL.)的一些特性及應用進行了研究[12]。

目前，呼和浩特市及周邊地區所使用的草坪絕大部分是引進的草地早熟禾(PoapratensisL.)(包括‘午夜2號’、‘新哥來德’、‘納蘇’、‘肯塔基’等)數個品種及少量高羊茅(FestucaarundinacesSchreb.)(包括‘獵狗5號’、‘美洲虎4G’、‘貝克’等幾個品種)。引進的冷季型草坪草自播性很強，繁殖力旺盛，對周邊生態系統具有很強的侵入性。由于引進草坪草品種的大面積栽植，導致呼市城市綠地系統草坪層結構單一，進而導致城市綠地系統功能不穩定，一旦發生引進草坪草的易感病、蟲害，就會導致同期草坪草的大面積退化，城市綠地功能衰退。

因此，對呼市地區本土草坪草與引進草坪草的競爭特性進行研究從而降低本地區外來物種入侵率已經迫在眉睫。在環境適宜性假說(the favourable environment hypothesis)及空間異質化假說(the spatial heterogeneity hypothesis)條件下，擬研究本土草坪草與引進草坪草品種的各種競爭組合模式生物多樣性的動態變化，分析各種條件對本土草坪草與引進草坪草競爭能力的影響。探究本土草坪草與引進草坪草品種和諧共存的發展之路，維護綠地系統功能的健全與穩定具有重要意義。

1 試驗材料與方法

1.1 供試草坪草品種及試驗前期處理

供試材料為內蒙古地區本土冷季型草坪草野生羊茅(FestucaovinaL.)與引進的冷季型草坪草的代表性品種高羊茅(FestucaarundinacesSchreb.)中的‘獵狗5號’(‘Houndog Ⅴ’)，見表1。

表1 供試材料一覽表Table 1 Information sheet of testing materials

前期，每種草坪草品種都在相同的基質條件下單獨培育、掛標簽標記(如圖1)，后期根據實驗要求，通過移栽形成實驗所需競爭組合模式。

圖1 草坪草前期室外培養Fig.1 Outdoor cultivation of turfgrass in the early stage

將培養盆置于內蒙古農業大學東區校園內進行室外培養，發芽后進行常規水肥管理。待草坪草進行過3次修剪后，進行后續實驗處理。

1.2 試驗設計與管理

1.2.1栽培基質 本研究中各種條件下的栽培基質統一配制，考慮草坪移栽、管理的便捷化，同時考慮草坪栽植基質的勻質化，本研究參照USGA運動場草坪建植基質進行配制(配制為體積比)：70%水洗沙(16—64目)+20%有機肥+10%(草炭+氮磷鉀全效復合肥+少量微肥)混合物構成。

1.2.2草坪草競爭組合模式 本試驗中將野生羊茅與獵狗5號進行混栽以形成競爭組合模式，試驗中均需保證2種草坪草植株數量比例始終為1：1。本試驗中，草坪草栽植密度1株·cm-2(應用空間異質化假說進行樣品處理時，不同栽植密度條件下實驗除外)。為了精確而有效控制競爭組合模式下的草坪栽植密度，本實驗光照培養箱中使用的培養皿為穴盤(圖2)。

圖2 各種規格穴盤Fig.2 The specification of plug trays

本實驗中1株·cm-2的栽植密度下使用規格為5*10孔的穴盤(每穴上口徑50 mm,下口徑22 mm,穴深45 mm)，2株·cm-2時使用規格為12*6孔(每穴上口徑40 mm,下口徑20 mm,穴深45 mm)的穴盤，4株·cm-2時使用規格為12*24孔的穴盤(每穴上口徑20 mm,下口徑10 mm,穴深45 mm)。草坪草進行移栽后的情況見圖3。

圖3 草坪草移栽培養Fig.3 Transplanting culture of turfgrass

1.2.3兩種假說下的研究方法設計

1.2.3.1 環境適宜性假說下運用的研究方法

本研究實驗以光照培養箱及小型氣候室為設備基礎，進行條件精確控制的可控實驗，本組實驗中將光照培養箱的各項條件均設定為冷季型草坪草適宜生長的環境。

將光照培養箱及小型氣候室溫度設定為恒溫20℃；每天光照時間為8 h，光照強度12 000 LUX；由于是沙基質草坪，故平均2 d噴水一次，通過濕度感應器，實驗樣品組合基質濕度控制在45%～55%之間，記錄濕度值；平均5 d修剪一次，留茬高度6 cm。

將上文1.2.2中的野生羊茅與獵狗5號形成的競爭組合模式(組合設3個重復)置于條件適宜的光照培養箱中，待培育1星期后：(1)每隔3 d統計組合中每個品種的株數并計算辛普森指數；(2)同時，每隔5 d對組合中每個品種分莖葉(地上部分)、根系(地下部分)分別取樣，3次重復，進行生理因子測定分析(主要包括可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等草坪營養物質)；(3)綜合分析本土草坪草與引進草坪草競爭能力以及競爭模式下的生物多樣性，共取5次樣。

1.2.3.2 空間異質化假說下運用的研究方法

本系列實驗同樣以光照培養箱為設備基礎，進行條件精確控制的可控實驗。運用擾動原理，使實驗條件分別處于不同的非理想的擾動水平上。

不同修剪頻率下：將光照培養箱溫度設定為恒溫20℃；每天光照時間為8 h，光照強度12 000 LUX；實驗樣品組合基質濕度控制在45%～55%之間，記錄濕度值；修剪留茬高度6 cm。修剪頻率設定1次/5 d、1次/10 d和1次/15 d這3個處理水平。

將上文1.2.2中的野生羊茅+‘獵狗5號’的競爭組合模式(組合設3個重復)分別按照不同修剪頻率組中的不同處理條件，將競爭模式組合置于光照培養箱中培養，待培育1星期后：(1)每隔5 d統計組合中每個品種的株數并計算辛普森指數；(2)同時，每隔5 d對組合中每個品種分莖葉(地上部分)、根系(地下部分)分別取樣，5次重復，進行生理因子測定分析(主要包括可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等草坪營養物質)；(3)在綜合分析空間異質化條件下，本土草坪草與引進草坪草競爭能力以及競爭模式下的生物多樣性，每個處理下至少取5次樣結束。

1.3 實驗方法

1.3.1記錄、統計分析 辛普森指數測定采用公式

公式中，S為物種數目；種i的個體數占群落中總個體數的比例(Pi)進行計算。由辛普森指數計算公式可知，辛普森指數既可以反映物種豐富度，也可以間接反映群落的穩定性。

測定各處理條件下各組合中的組分株數。

1.3.2植物樣品測定

可溶性糖含量的測定：采用蒽酮比色法；

可溶性蛋白含量的測定：考馬斯亮藍G-250染色法；

脯氨酸含量的測定：酸性茚三酮法。

1.4 數據分析

所得數據采用Excel 2010進行整理和簡單分析處理后，利用SPSS 17.0統計軟件對數據進行單因素方差分析，并釆用折線圖和柱狀圖的方法表示各脅迫處理的生理生化指標變化。

2 結果與分析

2.1 環境適應性假說下的結果與分析

2.1.1辛普森指數的計算結果與分析 對移栽至穴盤的草坪草競爭組合進行環境適應性假說下的條件處理后，每隔5 d統計各品種的株數，統計5次結束。3次重復下2種草坪草5次統計的平均株數、組合的辛普森指數均值及每種草坪草株數占組合總株數的比率(Pi)的均值見表2。

從表2中可以看出，在環境適應性假說下，野生羊茅與獵狗5號移栽組合的辛普森指數為0.500。其中，野生羊茅株數占組合總株數的比率為49%，獵狗5號為51%，由此可見，在環境適應性假說下，2種草坪草占組合總株數的比率相差不大。

表2 環境適應性假說下草坪草統計的平均株數、森普森指數及Pi值Table 2 The average number of turfgrass, Simpson Index and Pi values under the environmental adaptability hypothesis

2.1.2可溶性糖的測定結果與分析

在環境適應性假說處理下，對野生羊茅和獵狗5號各部位進行可溶性糖含量的測定，5次測定下2種草坪草各部位可溶性糖平均含量的均值分別為：野生羊茅地上部分為24.590 mg·g-1，野生羊茅地下部分為10.496 mg·g-1，獵狗5號地上部分為26.278 mg·g-1，獵狗5號地下部分為13.209 mg·g-1。5次測定下的可溶性糖平均含量的變化趨勢見圖4。由圖4可以看出，2種草坪草莖葉部分的可溶性糖平均含量均比根部的含量高，‘獵狗5號’的地上和地下部分的可溶性糖平均含量均比野生羊茅對應部分的可溶性糖平均含量高。且5次測定下各部位的可溶性糖平均含量基本呈緩慢增加趨勢。這可能是由于草坪草移栽后，生長逐漸趨于穩定，葉片和根系的生長呈上升趨勢，而且葉片的光合作用也在逐漸加強，因此所測得的草坪草各部位的可溶性糖平均含量緩慢增加。

圖4 環境適應性假說下野生羊茅和獵狗5號各部位可溶性糖平均含量的變化Fig.4 Changes of soluble sugar contents in different parts of Wild Festuca and ‘Houndog V’ under the environmental adaptability hypothesis

2.1.3可溶性蛋白的測定結果與分析

在環境適應性假說處理下，對野生羊茅和‘獵狗5號’各部位進行可溶性蛋白平均含量的測定，5次測定下2種草坪草各部位可溶性蛋白平均含量的均值分別為：野生羊茅地上部分為3.884 ug·g-1，野生羊茅地下部分為2.819 ug·g-1;‘獵狗5號’地上部分為3.930 ug·g-1，‘獵狗5號’地下部分為2.823 ug·g-1。5次測定下的可溶性蛋白平均含量的變化趨勢見圖5。由圖5可以看出，2種草坪草莖葉部分的可溶性蛋白平均含量均比根部的含量高，獵狗5號的地上和地下部分的可溶性蛋白平均含量微高于野生羊茅對應部分的可溶性蛋白平均含量，差距不顯著。且5次測定下各部位的可溶性蛋白平均含量基本呈緩慢增加的趨勢。所測得的草坪草各部位的可溶性蛋白平均含量緩慢增加，可能是由于草坪草經過移栽，生長逐漸趨于穩定后，葉片和根系的生長呈上升趨勢，從而產生的可溶性蛋白平均含量也逐漸增多。

圖5 環境適應性假說下野生羊茅和‘獵狗5號’各部位可溶性蛋白平均含量的變化Fig.5 Changes of soluble protein contents in different parts of Wild Festuca and ‘Houndog V’ under the environmental adaptability hypothesis

2.1.4脯氨酸的測定結果與分析

在環境適應性假說處理下，對野生羊茅和獵狗5號各部位進行脯氨酸平均含量的測定，5次測定下2種草坪草各部位脯氨酸平均含量的均值分別為：野生羊茅地上部分為98.935 ug·g-1，野生羊茅地下部分為41.761 ug·g-1，‘獵狗5號’地上部分為89.748 ug·g-1，‘獵狗5號’地下部分為45.039 ug·g-1。5次測定下的脯氨酸平均含量的變化趨勢見圖6。由圖6可以看出，2種草坪草莖葉部分的脯氨酸平均含量均比根部的含量高，野生羊茅地上部分的脯氨酸平均含量高于‘獵狗5號’地上部分，而野生羊茅地下部分的脯氨酸平均含量卻低于‘獵狗5號’地下部分的脯氨酸平均含量。且5次測定下各部位的脯氨酸平均含量同可溶性蛋白和可溶性糖平均含量的變化趨勢相同，基本呈緩慢增加的趨勢。

圖6 環境適應性假說下野生羊茅和‘獵狗5號’各部位脯氨酸平均含量的變化Fig.6 Changes of proline contents in different parts of Wild Festuca and ‘Houndog V’ under the environmental adaptability hypothesis

全先慶等認為植物體內脯氨酸的積累可能是植物用以貯藏能量的一種手段，因為脯氨酸的降解可以為植物體進行呼吸作用和光合作用提供能量[13]。因此，所測得的草坪草各部位的脯氨酸平均含量緩慢增加可能是由于草坪草經移栽生長逐漸趨于穩定后，葉片和根系的生長呈上升趨勢，從而產生較多的脯氨酸為植物體提供能量。

2.2 空間異質化假說下不同修剪頻率的結果與分析

2.2.1辛普森指數的計算結果與分析 對移栽至穴盤的草坪草競爭組合進行不同修剪頻率的處理后，每隔5 d統計各品種的株數，統計5次結束。3次重復下2種草坪草5次統計的平均株數、組合的辛普森指數均值及每種草坪草株數占組合總株數的比率(Pi)的均值見表3。

從表3中可以看出，當修剪頻率降低至1次/10 d時，各指數沒有明顯變化。而在1次/15 d時移栽組合的辛普森指數有所下降，說明此時組合的物種多樣性和群落穩定性在逐漸下降。同時，野生羊茅的個體株數占組合總株數的比率有所下降，而‘獵狗5號’的個體株數占組合總株數的比率有所上升。

此結果反映出當修剪頻率降低時，組合的野生羊茅的競爭力弱于‘獵狗5號’，其正常生長受到了抑制，因為野生羊茅是野生種，耐修剪性低于改良后的‘獵狗5號’。

表3 不同修剪頻率下草坪草統計的平均株數、森普森指數及Pi值Table 3 The average number of turf grass, Simpson's Index and Pi values under different trim frequencies

2.2.2可溶性糖的測定結果與分析

注：不同的小寫字母表示2種草坪草各部位在不同修剪頻率下有顯著差異(P<0.05)

Note: Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level .The same as below

在不同修剪頻率處理下，野生羊茅和獵狗5號各部位每隔5 d可溶性糖平均含量的測定結果見表4。由表4計算可得，修剪頻率控制到1次/10 d時，5次測定的野生羊茅地上部分可溶性糖平均含量的均值為21.805 mg·g-1，與1次/5 d的適宜修剪頻率下相比降低了11.34%；野生羊茅地下部分為9.551 mg·g-1，與1次/5 d時相比降低了9%；‘獵狗5號’地上部分為22.758 mg·g-1，與1次/5時相比降低了13.40%；‘獵狗5號’地下部分為11.870 mg·g-1，與1次/5 d時相比降低了10.14%。1次/15 d時，5次測定的野生羊茅地上部分可溶性糖平均含量的均值為20.799 mg·g-1，與1次/5 d時相比降低了15.42%；野生羊茅地下部分為9.011 mg·g-1，與1次/5 d時相比降低了14.15%；‘獵狗5號’地上部分為22.281 mg·g-1，與1次/5 d時相比降低了15.21%；‘獵狗5號’地下部分為11.432 mg·g-1，與1次/5 d時相比降低了13.45%。

不同修剪頻率下2種草坪草各部分可溶性糖平均含量的變化趨勢見圖7。由表4和圖7可以看出，2種草坪草地上部分的可溶性糖平均含量均比地下部分的可溶性糖平均含量高。隨著修剪頻率的降低，2種草坪草各部分的可溶性糖平均含量均逐漸減少，且降低幅度逐漸減緩。且2種草坪草地上部分的降低幅度均大于地下部分。其中，1次/10 d時野生羊茅地上部分和地下部分的降低幅度均略低于‘獵狗5號’的相應部分；而1次/15 d時，野生羊茅地上部分和地下部分的降低幅度均高于‘獵狗5號’的相應部分。

由于修剪可以更好的促進草坪草的生長與分蘗。因此隨著修剪頻率的降低，草坪草的生長速度逐漸減緩，植物體內產生的可溶性糖含量就會逐漸減少。而隨著修剪頻率的逐漸降低，野生羊茅地上部分和地下部分的降低幅度由差異性較小到逐漸高于‘獵狗5號’的相應部位，可能是由于修剪頻率對野生羊茅的影響強于‘獵狗5號’。

圖7 不同修剪頻率下野生羊茅和獵狗5號各部位可溶性糖平均含量的變化Fig.7 Changes of soluble sugar contents in different parts of Wild Festuca and ‘Houndog V’ under different trim frequences

2.2.3可溶性蛋白的測定結果與分析

在不同修剪頻率處理下，野生羊茅和獵狗5號各部位可溶性蛋白平均含量的測定結果見表5。由表5計算可得，修剪頻率控制到1次/10 d時，5次測定的野生羊茅地上部分可溶性蛋白平均含量的均3.381 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了12.95%；野生羊茅地下部分為2.577 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了8.51%；‘獵狗5號’地上部分為3.523 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了10.36%；‘獵狗5號’地下部分為2.619 ug·g-1，與1次/5天時相比降低了7.23%。1次/15 d下，5次測定的野生羊茅地上部分可溶性蛋白平均含量的均值為3.213 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了17.28%；野生羊茅地下部分為2.467 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了12.49%；‘獵狗5號’地上部分為3.322 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了15.47%；‘獵狗5號’地下部分為2.545 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了9.85%。

不同修剪頻率下2種草坪草各部分可溶性蛋白平均含量的變化趨勢見圖8。由表5和圖8可以看出，2種草坪草地上部分的可溶性蛋白平均含量均比地下部分的可溶性蛋白平均含量高。隨著修剪頻率的降低，2種草坪草各部分的可溶性蛋白平均含量均逐漸減少，且降低幅度逐漸減緩。且2種草坪草地上部分的增長幅度均大于地下部分。其中，在不同修剪頻率下野生羊茅地上和地下部分的降低幅度明顯高于‘獵狗5號’的相應部分。

由于修剪可以更好的促進草坪草的生長與分蘗。因此隨著修剪頻率的降低，草坪草的生長速度逐漸減緩，植物體內產生的可溶性蛋白含量就會逐漸減少。而在不同修剪頻率下，野生羊茅地上部分和地下部分的降低幅度均明顯高于‘獵狗5號’的相應部位，可能是由于修剪頻率對野生羊茅的影響強于‘獵狗5號’。

圖8 不同修剪頻率下野生羊茅和獵狗5號各部位可溶性蛋白平均含量的變化Fig.8 Changes of soluble protein contents in different parts of Wild Festuca and ‘Houndog V’ under different trim frequencies

2.2.4脯氨酸的測定結果與分析

在不同修剪頻率下，野生羊茅和‘獵狗5號’各部位脯氨酸平均含量的測定結果見表6。由表6計算可得，1次/10 d時，5次測定的野生羊茅地上部分脯氨酸平均含量的均值為83.958 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了15.14%；野生羊茅地下部分為38.053 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了8.88%；‘獵狗5號’地上部分為78.072 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了13.01%；‘’獵狗5號’地下部分為41.442 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了7.98%。1次/15 d下，5次測定的野生羊茅地上部分脯氨酸平均含量的均值為79.991 ug·g-1，與1次/5d時相比降低了19.15%；野生羊茅地下部分為35.745 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了14.41%；‘獵狗5號’地上部分為72.783 ug·g-1，與1次/5天時相比降低了18.90%；‘獵狗5號’地下部分為38.881 ug·g-1，與1次/5 d時相比降低了13.67%。

表6 不同修剪頻率對脯氨酸平均含量的影響Table 6 Effect of different trim frequencies on Proline content

圖9 不同修剪頻率下野生羊茅和獵狗5號各部位脯氨酸平均含量的變化Fig.9 Changes of proline contents in different parts of Wild Festuca and Houndog V under different trim frequencies

不同修剪頻率下兩種草坪草各部分脯氨酸平均含量的變化趨勢見圖9。由表6和圖9可以看出，兩種草坪草地上部分的脯氨酸平均含量均比地下部分的脯氨酸平均含量高。隨著修剪頻率的降低，2種草坪草各部分的脯氨酸平均含量均逐漸減少，且降低幅度稍有減緩。2種草坪草地上部分的降低幅度均大于地下部分。其中在不同修剪頻率下，野生羊茅地上部分和地下部分的降低幅度均略高于獵狗5號的相應部位。

由于修剪可以更好的促進草坪草的生長與分蘗，隨著修剪頻率的降低，草坪草的生長速度逐漸減緩，植物體內產生的脯氨酸等有機物質就會逐漸減少。而在不同修剪頻率下，野生羊茅地上部分和地下部分的降低幅度均略高于‘獵狗5號’的相應部位，可能是由于修剪頻率對野生羊茅的影響強于‘獵狗5號’。

3 討論與結論

野生羊茅是呼和浩特市本土的野生品種，地區降水量少而不均、冬季漫長而寒冷、寒暑變化劇烈等特點使其具備了較好的抗寒性，因此可以考慮將其用作草坪草育種方向的研究進行改良優化，嘗試作為呼和浩特市草坪草。但因其是野生品種，沒有進行改良，其坪用性和耐修剪性能較差，所以后續應著重進行此方面的改良。

野生羊茅與‘獵狗5號’移栽組合的辛普森指數為0.500。其中，野生羊茅株數占組合總株數的比率為49%，‘獵狗5號’為51%。由此可見，在環境適應性假說下，2種草坪草占組合總株數的比率相差不大。

環境適應性假說處理下，5次測定的草坪草可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的平均含量變化趨勢相似：5次測定下含量基本呈緩慢增加的趨勢，且2種草坪草莖葉部分的含量均比根部的含量高；‘獵狗5號’的地上和地下部分的可溶性糖和可溶性蛋白含量均不同程度地高于野生羊茅對應部分。而脯氨酸含量地測定趨勢稍有不同，野生羊茅地上部分的脯氨酸含量高于‘獵狗5號’地上部分，地下部分卻低于‘獵狗5號’。

當修剪頻率降低至1次/10 d時，各指數沒有明顯變化。而在1次/15 d時移栽組合的辛普森指數有所下降，說明此時組合的物種多樣性和群落穩定性在逐漸下降。同時，野生羊茅的個體株數占組合總株數的比率有所下降，而‘獵狗5號’的個體株數占組合總株數的比率有所上升。因而，修剪頻率的降低使得組合的物種多樣性和群落穩定性逐漸下降，修剪頻率對野生羊茅的影響大于‘獵狗5號’。

總體來說，隨著修剪頻率的逐漸降低，兩種草坪草所測得的可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量均逐漸降低。且2種草坪草地上部分的降低幅度均大于地下部分。其中野生羊茅地上和地下部分的降低幅度大體上均高于‘獵狗5號’的相應部分，即修剪頻率對野生羊茅的影響大于‘獵狗5號’。