踐踏頻率對千根草構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中極為重要的景觀要素，可有效減少綠地割裂，增強環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、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景觀規劃地域性和藝術性的必由之路[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、抗性原理為基礎的觀賞價值和生態價值研究極少。亞熱帶季風氣候區，夏季 ＞ 35 ℃天氣頻現[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]，且能通過形態可塑性和繁殖策略適應遮陰脅迫，是亞熱帶地區具極強抗旱性、耐陰性、耐熱性和耐貧瘠性的優質鄉土草坪草種質資源。

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，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、開放程度和制定養護措施的重要依據[17]。

目前，多采用帶鞋釘的各種踐踏器，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，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，設置3 個頻率對千根草進行踐踏，通過構件性狀及生理參數變化，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及評價提供依據，為汀步草坪建植、養護提供借鑒。

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。基質為紫色土，有機質含量為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 試驗設計

2020 年3 月1 日，每盆均勻播種20 粒，共40 盆，在（25 ± 3) ℃的室內進行正常培養。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[11]。處理30 d 后，取樣進行相關指標的測定。

1.3 測定項目與方法

形態指標：每個處理隨機挖取完整植株20 株，測量葉片數、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)；測定節間長、一級分枝數、二級分枝數、最長莖長和總莖長（一級分枝莖長的總和)；測定根（側根和不定根)數、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 數據處理

用SPSS 19.0 軟件對所測得的數據進行單因素方差分析，并用Duncan 法對各參數進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 踐踏頻率對葉的形態指標的影響

踐踏顯著影響葉片數、葉面積、葉長和葉寬（P＜0.05)，對葉厚影響較小（P＞ 0.05) （表1)。葉片數隨踐踏頻率增加而減少，葉片數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指標的影響

踐踏顯著影響二級分枝數、最長莖長和總莖長（P＜ 0.05)，對一級分枝數和節間長影響較小（P＞0.05) （表2)。輕度踐踏顯著增加了二級分枝數（P＜0.05)，中度和重度踐踏顯著降低了二級分枝數和最長莖長（P＜ 0.05)，輕度、中度、重度踐踏下二級分枝數和最長莖長分別為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、側根數和不定根數（P＜ 0.05)（表3)。踐踏顯著降低了植株的主根長、主根直徑、側根數、不定根數和不定根長（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、側根數和不定根數均顯著低于輕度踐踏（P＜ 0.05)。輕度踐踏使主根長、主根直徑、側根數、不定根數和不定根長比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側根數Lateral root number不定根數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，其坪用質量、生長發育及生理代謝均會發生不同程度的變化[16]。土壤緊實度隨踐踏程度和次數的增加而增加，進而導致水分滲透下降、pH 增大、土壤養分下降[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、側根數、不定根數和不定根長，表明踐踏對千根草根系產生系統性影響。根系生長障礙使植物吸收水分和養分機能變弱，會導致地上枝條受到抑制[11]。Cattani 和Clark[27]對10 種生態型匍匐剪股穎（Agrostis stolonifera)進行踐踏比較，發現葉片數和分蘗數減少，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，千根草葉片數隨踐踏程度增加而減少，這個結果與白三葉（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境因子，可引起植物體內系列抗逆生理的反應機制[30]，常通過提高抗氧化酶系統活性，降低或消除超氧陰離子對植物結構和功能的損傷。SOD 主要使超氧陰離子轉化為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的合成并誘導蛋白質降解，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生的生理影響傷害，從而提高草坪草的耐踐踏性[30]，而關于生態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、傳遞和轉化光能，將光能轉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基礎，消減踐踏脅迫使葉片數降低而產生的同化影響。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、葉面積及葉綠素含量低于輕度踐踏，但穩定的Chla / Chlb 可完成光合同化，將有限光合產物在生長、生理及抗性間權衡分配，即使在重度踐踏下，植株仍可存活且不斷進行分生與再生。

采用表觀質量指標和生理代謝指標評價結果表明，千根草可通過形態可塑性和生理整合應對踐踏，重度踐踏對構件形態、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，纖維素和木質素含量、機械組織分布、表皮角質層厚度、維管束和泡狀細胞數量等莖葉形態結構和解剖結構是決定禾本科草坪草耐踐踏性的關鍵因素[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學特點，應對踐踏脅迫的結構基礎及代謝特點，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。關于千根草生理整合有限資源，改變構件性狀，調節同化和異化速率，調整生理活性含量，應對綜合脅迫的策略與效果，待深入研究。

4 結論

踐踏對千根草根、莖、葉等構件性狀有顯著影響，通過改變構件數量和質量性狀，形成適應踐踏脅迫的外觀形態。千根草通過調整莖、葉中抗氧化酶活性及調節MDA 和SP 含量，減少踐踏脅迫造成的生理傷害，協同形成耐踐踏性的生理基礎。通過改變葉片中葉綠素含量，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基礎。千根草具一定耐踐踏性，可作為鄉土草坪草種在汀步草坪建植中推廣應用。