广州地区7种常用绿墙植物的抗旱性研究

刘悦明 孙苗苗 李许文 刘国锋 余铭杰

摘要：为筛选适合广州地区绿墙绿化种植的抗旱植物，以鸭脚木、锦竹芋、孔雀竹芋、绿萝、山菅兰、波士顿蕨、红背桂等7种常用的绿墙植物为实验材料，进行了抗旱性研究。通过实验表明：控水15d后红背桂形态变化最明显，鸭脚木最不明显;7种植物的土壤含水量下降都较明显，叶片含水量下降不明顯;大部分植物叶绿素含量下降也较明显，初始荧光上升幅度不大，PSⅡ最大光化学量子效率只有红背桂下降幅度很大。通过隶属函数分析可将这些植物在绿墙应用中的抗旱性由强到弱排序为：绿萝>孔雀竹芋>鸭脚木>锦竹芋>波士顿蕨>山菅兰>红背桂。

关键词：绿墙植物;抗旱性;隶属函数

中圈分类号：TU986文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）17-0039-04

1引言

随着城市发展的加快，城市建筑不断占据大量土地，绿化用地越来越少，为了给都市增添绿色，人们开始通过垂直绿化来增加绿化面积。近几年来，我国各大城市已开始对垂直绿化进行研究与应用，但大部分研究与应用局限于阳台绿化、桥柱绿化和围墙绿化等，对建筑外立面的墙面绿化涉及较少，我国绿墙绿化主要通过借鉴、参考国外的绿墙绿化技术来实现进步。垂直绿墙作为新型的绿化技术，有机地与建筑相结合，能够使“水泥森林”成功地转型为“森林城市”，因此，加强垂直绿墙相关方面的研究，对美化建筑立面、降低建筑能耗、改善城市环境有重要意义。

2016年，广州市林业和园林科学研究院开展了节能减排立体绿化配套产品研发和示范，在广州市大力开展垂直绿墙建设，研究成果在美化环境、节能减排、改善城市热岛效应等方面取得了突出效益。研发和示范的绿墙形式主要有模块式绿墙、布袋式绿墙、铺贴式绿墙、移动屏风式绿墙等，其优点是施工简便，适用范围广，利于广泛应用，但其存在由于基质少导致蓄水量差，而高度依赖的灌溉系统又容易发生堵塞时常出现供水不畅，导致植物因缺水而影响景观等问题，这些问题一定程度上限制了该些绿墙的推广。因此，针对该些问题，本研究筛选抗旱性好的绿墙植物，减少对水的依赖，以提高绿墙质量。以7种常用绿墙植物为材料，进行抗旱性研究，以期为绿墙植物的选择和日常养护管理提供理论依据。

2材料与方法

2.1试验材料

参试材料为鸭脚木（Schefftera octophylla）、锦竹芋（Ctenanthe oppenheimiana‘Quadricolor）、孔雀竹芋（Calathea makoyana）、绿萝（Epipremnum aureum）、山菅兰（Dianella ensifolia）、波士顿蕨（Nephralepisexaltata‘Bostoniensis）和红背桂（Excoecaria co-chinchinensis）等7种植物，2年生苗，植株生长健壮，无病虫危害。试验于2017年8月到11月在广州市林业和园林科学研究院观赏植物种质资源圃玻璃温室内进行。

2.2试验设计

将试验材料种植在30cm×35cm×12cm的九宫格装配式垂直绿墙的容器中，每种植物种植6个九宫格，共54株，栽培基质为草炭：黄泥=3：1，统一正常水肥管理两个月。在试验前3d对所有植物进行连续浇水处理，以浇透水的当天作为控水第O d，每隔3d进行形态观察和测量各项生理指标，同时记录环境温度、湿度、光照度。

2.3指标测定

2.3.1植物形态评价

根据植物的整体形态、叶片形态、叶片色泽、叶片萎蔫卷曲量和枯黄量来评价植物的整体观赏性能[3，如表1所示。

2.3.2生理指标测定

测定土壤含水量、叶片相对含水量、叶绿素含量。

2.3.3荧光参数测定

使用便携式调制叶绿素荧光仪PAM2500进行测量。每种材料每种处理选取3个成熟叶片。测定前先将植物叶片用暗适应夹暗适应30min，获得初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）和Fv/Fm（光系统Ⅱ最大光化学效率）等参数。

2.4数据处理

用Excel软件对数据进行录入和初处理。运用模糊数学中的隶属函数法，对7种植物生长、生理生化等指标的隶属函数值进行加权值计算，比较各个品种的抗旱性。

隶属函数值计算分别用公式x=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）和x=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）计算与抗旱性呈正相关和负相关指标的隶属值，其中x为隶属函数值，X为植株某一指标测定值，xmin、Xmax为所有测试植株中某一指标的最小值和最大值。将每种材料各指标的隶属函数值累加求平均值，根据平均值大小来确定抗旱性强弱。

3结果与分析

3.1干旱胁迫下不同植物的外观形态特征变化

7种植物的在15d的干旱胁迫下失水症状有很大差异（表2），鸭脚木一直保持着较好的观赏性，在第15d时叶片依然没有出现失水、萎蔫的状态，而锦竹芋和孔雀竹芋在第15d时出现叶片反卷的现象。绿萝在第12d前叶片都表现出较好的状态，在第15d时开始变软萎蔫。山菅兰在第9d时叶片开始萎蔫、下垂，在第12d时部分老叶出现枯萎现象，在第15d时，约有20%的叶片枯死，其它叶片出现萎蔫。波士顿蕨在第9d时叶片开始褪绿，叶色变浅，第12d时和山菅兰一样，单株较老的叶片开始干枯死亡，在第15d时枯死的叶片约为15%。红背桂在第3d就出现叶片萎蔫的现象，在第6d时大部分叶片萎蔫下垂、反卷，第9d时叶片开始干枯，第12d时叶片大部分干枯，第15d时叶片已经完全干枯变黄。综合上述分析，红背桂在第3d时就出现萎蔫现象，其它植物在第9d前大部分可以保持较好的观赏性状，说明大部分植物较耐干旱。

3.2干旱胁迫下不同植物的土壤含水量变化

由表3可知，刚浇水后，7种植物的土壤含水量基本相同，在干旱胁迫下，各种植物的土壤含水量都呈下降趋势，但下降的速率和程度不同。與其他植物相比，绿萝在干旱处理下，土壤含水量下降幅度最小，第15d土壤含水量仍然可以达到56%;锦竹芋次之，干旱处理15d后土壤含水量下降为39%;山菅兰和红背桂的土壤含水量下降最快，处理3d土壤含水量就降低一半，12d后降到10%以下。结果表明，种植不同的植物对基质的保水性有显著影响，在相同的控水条件下，绿萝的保水能力最强，然后依次为锦竹芋、孔雀竹芋、波士顿蕨和鸭脚木，山菅兰和红背桂的保水能力最差。

3.3干旱胁迫下不同植物种类的叶片含水量变化

由表4可以看出，不同植物随着干旱胁迫的加剧，叶片含水量的下降幅度有很大差异。干旱初期，植物的叶片含水量下降都不明显，在干旱第3d时，锦竹芋和绿萝的叶片含水量没有下降，这两种植物的土壤含水量下降幅度也相对较小，说明土壤中存留的水分可保证叶片中的含水量。大部分植物的叶片含水量下降幅度也不大，只有红背桂的叶片含水量下降最为剧烈，15d后降为15%，山菅兰次之，它们的土壤含水量下降也最快，表明土壤含水量和叶片含水量存在很大的相关性;但鸭脚木在第15d时土壤含水量仅为10%，而其叶片含水量依然为86%，说明叶片本身的保水性也有显著差异。

3.4干旱胁迫下不同植物品种叶绿素含量的变化

植物叶片里的光合色素参与光合作用中光能的吸收、传递和转化过程，其含量是反映植物光合能力的一个重要指标。周海燕等认为在干旱胁迫的条件下，最大程度的保持叶片的叶绿素含量是植物对于干旱胁迫的一种适应和抵抗。植物在受到干旱胁迫时光合作用会受到影响，叶绿素含量也会随之下降，光合速率在胁迫越严重时下降的速度越快。由表5可知，干旱胁迫下所有植物的叶绿素都有下降，但不同种类下降有所差异。鸭脚木和绿萝的叶绿素含量下降幅度极小，胁迫15d时较胁迫O d时分别下降了38%和25%，表明鸭脚木和绿萝较抗旱。锦竹芋和孔雀竹芋的叶绿素下降幅度较鸭脚木和绿萝次之，则锦竹芋和孔雀竹芋较耐旱。山菅兰的叶绿素含量开始下降幅大，后续降幅较小，但总体来讲其下降幅度都较大，则表明其较不耐旱。波士顿蕨和红背桂开始下降幅度较小，而后来则下降幅度较大，胁迫15d时下降了95%，是下降幅度最大的，则表明两者最不耐旱。

3.5干旱胁迫下PSⅡ最大光化学效率的变化

叶绿素荧光测量是研究植物光合效率的一种新型技术，它主要研究PSⅡ及其光合电子传递信息，是研究植物光合生理和逆境胁迫关系的理想指标。汪宝根等在研究干旱下长豇豆叶绿素荧光参数与品种抗旱性的关系时发现，荧光参数与作物品种的抗旱性有着十分密切的关系，可作为鉴定品种抗旱性的相关指标。

Fo为最小初始荧光，又称基底荧光或暗荧光。在植物受到逆境胁迫时，PSⅡ反应中心的破坏或可逆失活则引起Fo的增加，可根据Fo的变化推测反应中心的状况和可能的光保护机制。由表6可以看出在干旱胁迫下所有植物的Fo值开始都呈现上升趋势，表明PSⅡ反应中心遭到破坏，随着干旱胁迫的增加红背桂的Fo值增加最多，增幅达62%，说明红背桂的PSⅡ反应中心遭到破坏最严重。孔雀竹芋的增加幅度为34%，其他植物增幅均为20%左右，绿萝和鸭脚木的增幅最低，表明绿萝和鸭脚木抗旱性最强。

Fv/Fm是PSⅡ最大光化学量子效率或最大PSⅡ的光能转换效率。它表示当所有反应中心开放时PSⅡ的最大光化学效率，可以衡量PSⅡ的光抑制程度。由表7可看出这7种植物的Fv/Fm值变化均不显著，只有红背桂在干旱第9d到第15d时下降趋势明显，可能是由于第15d时其他植物均未达到重度干旱。红背桂在第15d时叶片含水量已经非常低，而其他植物的叶片含水量下降幅度都不大，只有在重度干旱，叶片含水量下降很快的时候Fv/Fm的值才会显著降低。

3.6隶属函数综合评价分析

为了有效地评价这7种植物的耐旱性，本研究采用模糊数学中的隶属函数法分析（表8），对品种的多个性状进行综合分析，从而做出全面评价。由隶属函数综合评价可将这些植物的抗旱性由强到弱排序为：绿萝>孔雀竹芋>鸭脚木>锦竹芋>波士顿蕨>山菅兰>红背桂，与它们受到干旱处理后植株的形态变化较为一致。

4结果与讨论

植物抗旱能力受多因素影响，鉴定植物抗旱能力的指标也有很多，本文主要是通过形态结构指标、水分生理指标和光合作用指标来研究这七种植物在广州地区作为绿墙植物种植的抗旱能力。从15d的外部形态观测来看，红背桂外部形态变化最快，表现抗旱能力弱，其次是山菅兰和波士顿蕨，绿萝、孔雀竹芋、锦竹芋外部形态变化较小，鸭脚木在第15d时外部形态几乎没有变化。对相对土壤含水量实验表明，锦竹芋、孔雀竹芋、绿萝、山菅兰、波士顿蕨和红背桂的叶片含水量都呈现出下降趋势，说明植物的土壤含水量和叶片含水量呈正比趋势。叶片含水量的高低可以直接反映植物的失水速率，植物受到干旱胁迫时，由于土壤缺水，首先会导致叶片失水，鸭脚木的土壤含水量虽下降较快，但叶片含水量却下降很慢，可能是它特殊的革质叶片具有较强的保水性。石超等在对4种连翘属植物对土壤含水量变化的生理反应时发现，四种连翘属植物的Fv/Fm在土壤水含量降至2%（饱和含水量6%）时才急剧下降，说明Fv/Fm受到重度胁迫时才会急剧下降。本研究所测植物的最大光化学量子效率Fv/Fm只有红背桂在第12d重度干旱时急剧下降，与石超的研究结论相符。

通过综合分析，结果表明，在广州的气候条件和广州绿墙植物的种植条件下供试的7种植物的抗旱能力由强到弱依次为：绿萝>孔雀竹芋>鸭脚木>锦竹芋>波士顿蕨>山菅兰>红背桂。因此，绿萝、鸭脚木、孔雀竹芋、锦竹芋和波士顿蕨等都具有较强的抗旱能力，适宜作为绿墙绿化植物。