廣州地區7種常用綠墻植物的抗旱性研究

劉悅明 孫苗苗 李許文 劉國鋒 余銘杰

摘要：為篩選適合廣州地區綠墻綠化種植的抗旱植物，以鴨腳木、錦竹芋、孔雀竹芋、綠蘿、山菅蘭、波士頓蕨、紅背桂等7種常用的綠墻植物為實驗材料，進行了抗旱性研究。通過實驗表明：控水15d后紅背桂形態變化最明顯，鴨腳木最不明顯;7種植物的土壤含水量下降都較明顯，葉片含水量下降不明顯;大部分植物葉綠素含量下降也較明顯，初始熒光上升幅度不大，PSⅡ最大光化學量子效率只有紅背桂下降幅度很大。通過隸屬函數分析可將這些植物在綠墻應用中的抗旱性由強到弱排序為：綠蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂。

關鍵詞：綠墻植物;抗旱性;隸屬函數

中圈分類號：TU986文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）17-0039-04

1引言

隨著城市發展的加快，城市建筑不斷占據大量土地，綠化用地越來越少，為了給都市增添綠色，人們開始通過垂直綠化來增加綠化面積。近幾年來，我國各大城市已開始對垂直綠化進行研究與應用，但大部分研究與應用局限于陽臺綠化、橋柱綠化和圍墻綠化等，對建筑外立面的墻面綠化涉及較少，我國綠墻綠化主要通過借鑒、參考國外的綠墻綠化技術來實現進步。垂直綠墻作為新型的綠化技術，有機地與建筑相結合，能夠使“水泥森林”成功地轉型為“森林城市”，因此，加強垂直綠墻相關方面的研究，對美化建筑立面、降低建筑能耗、改善城市環境有重要意義。

2016年，廣州市林業和園林科學研究院開展了節能減排立體綠化配套產品研發和示范，在廣州市大力開展垂直綠墻建設，研究成果在美化環境、節能減排、改善城市熱島效應等方面取得了突出效益。研發和示范的綠墻形式主要有模塊式綠墻、布袋式綠墻、鋪貼式綠墻、移動屏風式綠墻等，其優點是施工簡便，適用范圍廣，利于廣泛應用，但其存在由于基質少導致蓄水量差，而高度依賴的灌溉系統又容易發生堵塞時常出現供水不暢，導致植物因缺水而影響景觀等問題，這些問題一定程度上限制了該些綠墻的推廣。因此，針對該些問題，本研究篩選抗旱性好的綠墻植物，減少對水的依賴，以提高綠墻質量。以7種常用綠墻植物為材料，進行抗旱性研究，以期為綠墻植物的選擇和日常養護管理提供理論依據。

2材料與方法

2.1試驗材料

參試材料為鴨腳木（Schefftera octophylla）、錦竹芋（Ctenanthe oppenheimiana‘Quadricolor）、孔雀竹芋（Calathea makoyana）、綠蘿（Epipremnum aureum）、山菅蘭（Dianella ensifolia）、波士頓蕨（Nephralepisexaltata‘Bostoniensis）和紅背桂（Excoecaria co-chinchinensis）等7種植物，2年生苗，植株生長健壯，無病蟲危害。試驗于2017年8月到11月在廣州市林業和園林科學研究院觀賞植物種質資源圃玻璃溫室內進行。

2.2試驗設計

將試驗材料種植在30cm×35cm×12cm的九宮格裝配式垂直綠墻的容器中，每種植物種植6個九宮格，共54株，栽培基質為草炭：黃泥=3：1，統一正常水肥管理兩個月。在試驗前3d對所有植物進行連續澆水處理，以澆透水的當天作為控水第O d，每隔3d進行形態觀察和測量各項生理指標，同時記錄環境溫度、濕度、光照度。

2.3指標測定

2.3.1植物形態評價

根據植物的整體形態、葉片形態、葉片色澤、葉片萎蔫卷曲量和枯黃量來評價植物的整體觀賞性能[3，如表1所示。

2.3.2生理指標測定

測定土壤含水量、葉片相對含水量、葉綠素含量。

2.3.3熒光參數測定

使用便攜式調制葉綠素熒光儀PAM2500進行測量。每種材料每種處理選取3個成熟葉片。測定前先將植物葉片用暗適應夾暗適應30min，獲得初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）和Fv/Fm（光系統Ⅱ最大光化學效率）等參數。

2.4數據處理

用Excel軟件對數據進行錄入和初處理。運用模糊數學中的隸屬函數法，對7種植物生長、生理生化等指標的隸屬函數值進行加權值計算，比較各個品種的抗旱性。

隸屬函數值計算分別用公式x=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）和x=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）計算與抗旱性呈正相關和負相關指標的隸屬值，其中x為隸屬函數值，X為植株某一指標測定值，xmin、Xmax為所有測試植株中某一指標的最小值和最大值。將每種材料各指標的隸屬函數值累加求平均值，根據平均值大小來確定抗旱性強弱。

3結果與分析

3.1干旱脅迫下不同植物的外觀形態特征變化

7種植物的在15d的干旱脅迫下失水癥狀有很大差異（表2），鴨腳木一直保持著較好的觀賞性，在第15d時葉片依然沒有出現失水、萎蔫的狀態，而錦竹芋和孔雀竹芋在第15d時出現葉片反卷的現象。綠蘿在第12d前葉片都表現出較好的狀態，在第15d時開始變軟萎蔫。山菅蘭在第9d時葉片開始萎蔫、下垂，在第12d時部分老葉出現枯萎現象，在第15d時，約有20%的葉片枯死，其它葉片出現萎蔫。波士頓蕨在第9d時葉片開始褪綠，葉色變淺，第12d時和山菅蘭一樣，單株較老的葉片開始干枯死亡，在第15d時枯死的葉片約為15%。紅背桂在第3d就出現葉片萎蔫的現象，在第6d時大部分葉片萎蔫下垂、反卷，第9d時葉片開始干枯，第12d時葉片大部分干枯，第15d時葉片已經完全干枯變黃。綜合上述分析，紅背桂在第3d時就出現萎蔫現象，其它植物在第9d前大部分可以保持較好的觀賞性狀，說明大部分植物較耐干旱。

3.2干旱脅迫下不同植物的土壤含水量變化

由表3可知，剛澆水后，7種植物的土壤含水量基本相同，在干旱脅迫下，各種植物的土壤含水量都呈下降趨勢，但下降的速率和程度不同。與其他植物相比，綠蘿在干旱處理下，土壤含水量下降幅度最小，第15d土壤含水量仍然可以達到56%;錦竹芋次之，干旱處理15d后土壤含水量下降為39%;山菅蘭和紅背桂的土壤含水量下降最快，處理3d土壤含水量就降低一半，12d后降到10%以下。結果表明，種植不同的植物對基質的保水性有顯著影響，在相同的控水條件下，綠蘿的保水能力最強，然后依次為錦竹芋、孔雀竹芋、波士頓蕨和鴨腳木，山菅蘭和紅背桂的保水能力最差。

3.3干旱脅迫下不同植物種類的葉片含水量變化

由表4可以看出，不同植物隨著干旱脅迫的加劇，葉片含水量的下降幅度有很大差異。干旱初期，植物的葉片含水量下降都不明顯，在干旱第3d時，錦竹芋和綠蘿的葉片含水量沒有下降，這兩種植物的土壤含水量下降幅度也相對較小，說明土壤中存留的水分可保證葉片中的含水量。大部分植物的葉片含水量下降幅度也不大，只有紅背桂的葉片含水量下降最為劇烈，15d后降為15%，山菅蘭次之，它們的土壤含水量下降也最快，表明土壤含水量和葉片含水量存在很大的相關性;但鴨腳木在第15d時土壤含水量僅為10%，而其葉片含水量依然為86%，說明葉片本身的保水性也有顯著差異。

3.4干旱脅迫下不同植物品種葉綠素含量的變化

植物葉片里的光合色素參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉化過程，其含量是反映植物光合能力的一個重要指標。周海燕等認為在干旱脅迫的條件下，最大程度的保持葉片的葉綠素含量是植物對于干旱脅迫的一種適應和抵抗。植物在受到干旱脅迫時光合作用會受到影響，葉綠素含量也會隨之下降，光合速率在脅迫越嚴重時下降的速度越快。由表5可知，干旱脅迫下所有植物的葉綠素都有下降，但不同種類下降有所差異。鴨腳木和綠蘿的葉綠素含量下降幅度極小，脅迫15d時較脅迫O d時分別下降了38%和25%，表明鴨腳木和綠蘿較抗旱。錦竹芋和孔雀竹芋的葉綠素下降幅度較鴨腳木和綠蘿次之，則錦竹芋和孔雀竹芋較耐旱。山菅蘭的葉綠素含量開始下降幅大，后續降幅較小，但總體來講其下降幅度都較大，則表明其較不耐旱。波士頓蕨和紅背桂開始下降幅度較小，而后來則下降幅度較大，脅迫15d時下降了95%，是下降幅度最大的，則表明兩者最不耐旱。

3.5干旱脅迫下PSⅡ最大光化學效率的變化

葉綠素熒光測量是研究植物光合效率的一種新型技術，它主要研究PSⅡ及其光合電子傳遞信息，是研究植物光合生理和逆境脅迫關系的理想指標。汪寶根等在研究干旱下長豇豆葉綠素熒光參數與品種抗旱性的關系時發現，熒光參數與作物品種的抗旱性有著十分密切的關系，可作為鑒定品種抗旱性的相關指標。

Fo為最小初始熒光，又稱基底熒光或暗熒光。在植物受到逆境脅迫時，PSⅡ反應中心的破壞或可逆失活則引起Fo的增加，可根據Fo的變化推測反應中心的狀況和可能的光保護機制。由表6可以看出在干旱脅迫下所有植物的Fo值開始都呈現上升趨勢，表明PSⅡ反應中心遭到破壞，隨著干旱脅迫的增加紅背桂的Fo值增加最多，增幅達62%，說明紅背桂的PSⅡ反應中心遭到破壞最嚴重。孔雀竹芋的增加幅度為34%，其他植物增幅均為20%左右，綠蘿和鴨腳木的增幅最低，表明綠蘿和鴨腳木抗旱性最強。

Fv/Fm是PSⅡ最大光化學量子效率或最大PSⅡ的光能轉換效率。它表示當所有反應中心開放時PSⅡ的最大光化學效率，可以衡量PSⅡ的光抑制程度。由表7可看出這7種植物的Fv/Fm值變化均不顯著，只有紅背桂在干旱第9d到第15d時下降趨勢明顯，可能是由于第15d時其他植物均未達到重度干旱。紅背桂在第15d時葉片含水量已經非常低，而其他植物的葉片含水量下降幅度都不大，只有在重度干旱，葉片含水量下降很快的時候Fv/Fm的值才會顯著降低。

3.6隸屬函數綜合評價分析

為了有效地評價這7種植物的耐旱性，本研究采用模糊數學中的隸屬函數法分析（表8），對品種的多個性狀進行綜合分析，從而做出全面評價。由隸屬函數綜合評價可將這些植物的抗旱性由強到弱排序為：綠蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂，與它們受到干旱處理后植株的形態變化較為一致。

4結果與討論

植物抗旱能力受多因素影響，鑒定植物抗旱能力的指標也有很多，本文主要是通過形態結構指標、水分生理指標和光合作用指標來研究這七種植物在廣州地區作為綠墻植物種植的抗旱能力。從15d的外部形態觀測來看，紅背桂外部形態變化最快，表現抗旱能力弱，其次是山菅蘭和波士頓蕨，綠蘿、孔雀竹芋、錦竹芋外部形態變化較小，鴨腳木在第15d時外部形態幾乎沒有變化。對相對土壤含水量實驗表明，錦竹芋、孔雀竹芋、綠蘿、山菅蘭、波士頓蕨和紅背桂的葉片含水量都呈現出下降趨勢，說明植物的土壤含水量和葉片含水量呈正比趨勢。葉片含水量的高低可以直接反映植物的失水速率，植物受到干旱脅迫時，由于土壤缺水，首先會導致葉片失水，鴨腳木的土壤含水量雖下降較快，但葉片含水量卻下降很慢，可能是它特殊的革質葉片具有較強的保水性。石超等在對4種連翹屬植物對土壤含水量變化的生理反應時發現，四種連翹屬植物的Fv/Fm在土壤水含量降至2%（飽和含水量6%）時才急劇下降，說明Fv/Fm受到重度脅迫時才會急劇下降。本研究所測植物的最大光化學量子效率Fv/Fm只有紅背桂在第12d重度干旱時急劇下降，與石超的研究結論相符。

通過綜合分析，結果表明，在廣州的氣候條件和廣州綠墻植物的種植條件下供試的7種植物的抗旱能力由強到弱依次為：綠蘿>孔雀竹芋>鴨腳木>錦竹芋>波士頓蕨>山菅蘭>紅背桂。因此，綠蘿、鴨腳木、孔雀竹芋、錦竹芋和波士頓蕨等都具有較強的抗旱能力，適宜作為綠墻綠化植物。