4种屋顶绿化植物适应性及其最适基质厚度的选择研究

秦秋婕，苏顺军，冯 磊

(重庆市九龙坡区农业委员会，重庆 400051)



4种屋顶绿化植物适应性及其最适基质厚度的选择研究

秦秋婕，苏顺军，冯 磊

(重庆市九龙坡区农业委员会，重庆 400051)

针对4种屋顶绿化植物材料对重庆夏季高温干旱环境的耐受性进行了研究，发现了基质厚度与凹叶景天(Sedumemarginatum)、垂盆草(Sedumsarmentosum)、虎耳草(Saxifragastolonifera)及玉龙草(Ophiopogonjaponicuscv.‘Nanus’)对高温干旱共同胁迫的耐受性呈正相关关系，4种屋顶绿化植物材料在基质厚度1 cm条件下，仅一周就会出现较大反应。基质厚度3 cm条件下，4种屋顶绿化植物材料对极端天气的耐受性均有不同程度的提升，但仍难度过整个极端高温天气；5 cm 基质厚度条件下，4种屋顶绿化植物材料均可自然通过重庆酷夏阶段。对凹叶景天、垂盆草、虎耳草及玉龙草的生理指标进行了测定，发现了基质厚度与凹叶景天、垂盆草、虎耳草及玉龙草对高温干旱共同胁迫的耐受性密切相关：随着基质厚度的增厚，4种屋顶绿化植物材料的O2-.、MDA含量逐步降低，SOD、POD、CAT活性降低速率减缓。

屋顶绿化；适应性；基质厚度

1　引言

屋顶绿化经过多年发展，已经成为解决城市绿化空间不足的有效手段之一，在缓解城市热岛效应[1]，增加绿量[2]，改善空气环境质量[3]等多方面起到了巨大的积极作用。屋顶绿化植物材料多种多样，从草本植物到灌木、藤本植物甚至小乔木均有使用[4]。然而，由于养护成本、承重安全质量以及其自身对特殊生长环境的适应性等因素，具有易存活、绿量高、质量轻、对基质厚度要求不高、养护成本低等特点的植物是当前屋顶绿化应用中的迫切需求。

凹叶景天、垂盆草，属景天科景天属多年生常绿草本植物，茎匍匐、易生根、耐受性强，是常用的屋顶绿化地被植物。虎耳草为多年生常绿草本植物，可观花、观叶。虎耳草以其圆形或肾形的叶片、紫红色的叶柄、匍匐的茎、多姿多彩的花瓣等生态特性表明虎耳草有极高的观赏价值，适合园林用途。其耐贫瘠、干旱，能在岩石、假山上生长，另外虎耳草繁育简单，自然条件下可大量分株繁育，病虫害较少，除治简单。玉龙草属百合科沿阶草属多年生草本植物，原产于东南亚，是沿阶草的矮化品种，植株仅有5～10 cm高，除保持了麦冬成活率高、快繁稳定、节水耐旱等优点。

通过对大量屋顶绿化研究文献的总结，选择出经常推荐使用的4种屋顶绿化植物作为研究材料，对其屋顶绿化特殊环境适应性及其基质厚度的选择。

2　材料和方法

2.1实验材料

选取健硕无病虫害、长势一致的凹叶景天、垂盆草、虎耳草及玉龙草作为实验植物材料，分别使用泥炭土∶苔藓∶珍珠岩=1∶1∶1的混合材料作为栽培基质。

2.2试验方法

将凹叶景天、垂盆草、虎耳草及玉龙草分别栽植于屋顶绿化模块中，模块中基质厚度分别设为1 cm、3 cm、5 cm(凹叶景天、垂盆草)，3 cm、5 cm、8 cm(虎耳草、玉龙草)，缓苗15 d后将各模块竖直悬挂，模拟屋顶绿化环境，开始进行屋顶绿化适应性及其最适栽培基质厚度选择研究试验。试验地点位于重庆市林业科学研究院试验苗圃，时间为2014年7月11～8月21日。缓苗15 d后开始进行高温干旱双重胁迫试验。胁迫条件：白天最高温度≥35 ℃，夜晚温度≥26 ℃(图1)，相对湿度为40%左右，并控制水分。干热胁迫前及胁迫后第3 d、7 d、14 d、21 d、28 d分别记录4种植物的具体表现，并测定各植物O2-.、MDA含量、POD、SOD及CAT活性。

2.3测定方指标及法

O2-含量采用羟胺氧化反应测定[5]；参照Velikova等[6]的方法检测丙二醛(MDA)含量；采用张以顺[7]的方法进行超氧化物歧化酶(SOD)活性的测量。用愈创木酚法对过氧化物酶(POD)进行测量[7]。采用紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)[8]。

2.4数据分析及图标制作方法

数据分析使用数据分析软件spss16.0版进行分析，图标制作使用Microsoft Office Excel 2007制作。

3　结果与分析

3.1干旱高温共同胁迫下4种屋顶绿化植物的生长状况分析

3.1.1干旱高温共同胁迫下凹叶景天的生长状况分析

如表1记录所示，凹叶景天栽植在1 cm厚度的基质中，极容易受到高温干旱环境的影响，在实验开始第3 d就已出现叶片灰白的现象。实验开始第7 d时，凹叶景天叶片变黄，14 d时，叶片开始脱落，至实验开始21 d时，除顶芽外，凹叶景天几乎不存在叶片着生，28 d时，已有凹叶景天死亡出现。而凹叶景天栽植在3 cm厚度的基质中，其受高温干旱环境的不利影响有所减弱，至实验开始第14 d时，凹叶景天叶片才开始转为灰白色，至实验开始第28 d时，凹叶景天仅出现大部分植株落叶的状况，仍保持生命活力。凹叶景天栽植在5 cm厚度的基质中，其受高温干旱环境的不利影响则较小，至实验结束时仍未出现植株落叶现象。

图1试验期间试验地温度走势

表1　干旱高温共同胁迫下凹叶景天的生长状况记录

3.1.2干旱高温共同胁迫下垂盆草的生长状况分析

如表2记录所示，垂盆草栽植在1 cm厚度的基质中，极容易受到高温干旱环境的影响，在实验开始第3 d就已出现叶片转为黄绿色的现象。实验开始第7 d时，垂盆草叶片变黄，14 d时，叶片已经部分脱落，至实验开始21 d时，除顶芽外，垂盆草几乎不存在叶片着生，28 d时，已有垂盆草死亡出现。而垂盆草栽植在3 cm厚度的基质中，其受高温干旱环境的不利影响有所减弱，至实验开始第7 d时，垂盆草叶片开始转为黄绿色，至实验开始第28 d时，垂盆草仅出现大部分植株落叶的状况，仍保持生命活力。垂盆草栽植在5 cm厚度的基质中，其受高温干旱环境的不利影响则较小，至实验结束时仍未出现植株落叶现象。

表2　干旱高温共同胁迫下垂盆草的生长状况记录

3.1.3干旱高温共同胁迫下虎耳草的生长状况分析

如表3记录所示，虎耳草栽植在1 cm厚度的基质中，极容易受到高温干旱环境的影响，在实验开始第3 d就已出现叶片变黄色的现象。实验开始第7 d时，虎耳草叶片变为黄褐色，14 d时，叶片已经部分干枯，至实验开始21 d时，虎耳草大部分叶片出现干枯现象，并伴随少量植株死亡的发生。实验开始第28 d时，已有过半虎耳草植株死亡出现。而虎耳草栽植在3 cm厚度的基质中，其受高温干旱环境的不利影响有所减弱，至实验开始第7 d时，虎耳草叶片开始转为黄色，至实验开始第14 d时，虎耳草叶片变为黄褐色，且出现枯斑。至实验开始第21 d时，出现植株50%以上叶片干枯的状况，28 d时，部分虎耳草植株已经死亡。虎耳草栽植在5 cm厚度的基质中，其受高温干旱环境的不利影响则相对较小，至实验结束时仅出现植株部分叶片干枯的现象。

表3　干旱高温共同胁迫下虎耳草的生长状况记录

3.1.4干旱高温共同胁迫下玉龙草的生长状况分析

如表4记录所示，玉龙草栽植在3 cm厚度的基质中，较容易受到高温干旱环境的影响，在实验开始第14 d时出现少量叶片变黄色的现象。实验开始第21 d时，50%玉龙草叶片变黄。实验开始第28 d时，已有大部分玉龙草植株叶片变黄。而玉龙草栽植在5 cm厚度的基质中，其受高温干旱环境的不利影响有所减弱，至实验开始第21 d时，虎耳草叶片开始变黄，至实验开始第28 d时，玉龙草植株部分叶片已经变黄。玉龙草栽植在8 cm厚度的基质中，其受高温干旱环境的不利影响则相对较小，至实验结束时仅出现小部分植株叶片变黄的现象。

3.2干旱高温共同胁迫下4种屋顶绿化植物的生理响应

3.2.1干旱高温胁迫下4种屋顶绿化植物O2-含量变化分析

如图2所示，干旱高温共同胁迫下，4种屋顶绿化植物材料在试验周期中均出现超氧阴离子含量持续升高的现象，表明了在高温度低土壤含水量的不利环境下，对4种屋顶绿化植物均产生了不利影响，活性氧产生量加大。不同基质厚度对于屋顶绿化植物材料抵御高温干旱胁迫具有一定的作用，A1～A3是凹叶景天分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其所积累的超氧阴离子含量图，据图可以看出，随着基质厚度的增加，凹叶景天超氧阴离子积累的量不断减少。C1～C3是垂盆草分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其所积累的超氧阴离子含量图，据图可以看出，随着基质厚度的增加，垂盆草超氧阴离子积累的量同样不断减少，虎耳草和玉龙草的超氧阴离子积累量也表现出相似趋势。

表4　干旱高温共同胁迫下玉龙草的生长状况记录

注：A代表凹叶景天，C代表垂盆草，H代表虎耳草，Y代表玉龙草；1～3分别代表基质厚度由低到高，凹叶景天、垂盆草、虎耳草基质厚度梯度为1、3、5 cm，玉龙草基质厚度梯度为3、5、8 cm。下同

图2不同处理下4种屋顶绿化植物O2-含量

3.2.2干旱高温胁迫下4种屋顶绿化植物MDA含量变化分析

如图3所示，干旱高温共同胁迫下，4种屋顶绿化植物材料在试验周期中均出现MDA含量持续升高的现象，表明了在高温度低土壤含水量的不利环境下，对4种屋顶绿化植物均产生了不利影响，膜质过氧化程度加剧，MDA含量积累加大。不同基质厚度对于屋顶绿化植物材料抵御高温干旱胁迫具有一定的作用，A1～A3是凹叶景天分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其所积累的MDA含量图，据图可以看出，随着基质厚度的增加，凹叶景天MDA积累的量不断减少。C1～C3是垂盆草分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其所积累的MDA含量图，据图可以看出，随着基质厚度的增加，垂盆草MDA积累的量同样不断减少，虎耳草和玉龙草的MDA积累量也表现出相似趋势。纵观4种屋顶绿化植物材料之间的差异，发现基质厚度的改变对于凹叶景天与垂盆草的MDA积累影响较大，梯度间差异明显。虎耳草对高温干旱适应能力较差，基质厚度带来的效果相对略差。玉龙草在5 cm基质厚度中能够较好的缓解环境带来的MDA过量积累现象，继续加大基质厚度，效果不显著。

3.2.3干旱高温胁迫4种屋顶绿化植物SOD活性变化分析

如图4所示，干旱高温共同胁迫下，4种屋顶绿化植物材料在试验周期中均出现SOD活性先升高后降低的现象，且随着时间的延长，降低幅度较大，SOD活力降低显著，表明了在高温度低土壤含水量的不利环境下，对4种屋顶绿化植物均产生了不利影响。不同基质厚度对于屋顶绿化植物材料抵御高温干旱胁迫具有一定的作用，A1～A3是凹叶景天分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其所积累的SOD活性图，据图可以看出，随着基质厚度的增加，凹叶景天SOD的活性在同样环境下相对保持较高的活性。C1～C3是垂盆草分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其SOD活性图，据图4可以看出，随着基质厚度的增加，垂盆草SOD活性同样不断提高，虎耳草和玉龙草的SOD活性也表现出相似趋势。

3.2.4干旱高温胁迫下4种屋顶绿化植物POD活性变化分析

如图5所示，干旱高温共同胁迫下，4种屋顶绿化植物材料在试验周期中均出现POD活性先升高后降低的现象，且随着时间的延长，降低幅度较大，POD活力降低显著，表明了在高温度低土壤含水量的不利环境下，对4种屋顶绿化植物均产生了不利影响。不同基质厚度对于屋顶绿化植物材料抵御高温干旱胁迫具有一定的作用，A1～A3是凹叶景天分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其所积累的POD活性图，据图可以看出，随着基质厚度的增加，凹叶景天SOD的活性在同样环境下相对保持较高的活性。C1～C3是垂盆草分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其POD活性图，据图5可以看出，随着基质厚度的增加，垂盆草POD活性同样不断提高，虎耳草和玉龙草的POD活性也表现出相似的变化趋势。

图3不同处理下4种屋顶绿化植物MDA含量

图4　不同处理下4种屋顶绿化植物SOD活性

图5　不同处理下4种屋顶绿化植物POD活性

3.2.5干旱高温胁迫下4种屋顶绿化植物CAT活性变化分析

如图6所示，干旱高温共同胁迫下，4种屋顶绿化植物材料在试验周期中均出现CAT活性先升高后降低的现象，且随着时间的延长，降低幅度较大，CAT活力显著降低，表明了在高温度低土壤含水量的不利环境下，对4种屋顶绿化植物均产生了不利影响。不同基质厚度对于屋顶绿化植物材料抵御高温干旱胁迫具有一定的作用，A1～A3是凹叶景天分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其所积累的CAT活性图，据图可以看出，随着基质厚度的增加，凹叶景天CAT的活性在同样环境下相对保持较高的活性。C1～C3是垂盆草分别栽植在基质厚度为1 cm、3 cm、5 cm的模块中其CAT活性图，从图6可以看出，随着基质厚度的增加，垂盆草CAT活性同样不断提高，虎耳草和玉龙草的CAT活性变化趋势也基本相同。

图6不同处理下4种屋顶绿化植物CAT活性

4　讨论

植物受到胁迫伤害，首先反应的是植物生理生化的变化，继而影响到细胞层次、组织层次乃至整个植株形态发生变化响应。研究表明，植物受到高温、干旱胁迫之后会逐步出现体内活性氧积累，继而抗氧化酶活性增强，抵御活性氧的积累。随着胁迫时间的推进和胁迫程度的加强，抗氧化酶系清除活性氧的速率低于其产生的速率，就会出现因活性氧过度积累而导致的质膜过氧化发生，继而造成植株体内MDA含量的积累[9,10]。随着胁迫伤害程度的加深，活性氧积累的进一步加剧，除MDA等含量不断增高外，抗氧化酶活性亦受到影响，表现为抗氧化酶活性降低甚至失活等[11,12]。反映在植株上，高温、干旱胁迫初期，植株为应对不利影响，减少水分散失，会出现气孔关闭、根系生长加速、地上部分生长速率减缓等现象。随着胁迫程度的加深，植株会出现叶片灼伤、叶片萎蔫、叶片脱落继而植株相继萎蔫甚至死亡。笔者的研究结果表明：干旱高温共同胁迫对凹叶景天、垂盆草、虎耳草及玉龙草4种屋顶绿化植物材料的生长和生理均造成了一定的伤害，胁迫环境下，4种屋顶绿化植物均出现植株生长受限的现象，凹叶景天和垂盆草甚至出现叶片脱落的现象，虎耳草也出现叶片灼伤、萎蔫，甚至死亡的现象，玉龙草耐受性相对要高，但也出现了部分叶片变黄干枯的现象。生理层次上，4种屋顶绿化植物材料均出现超氧阴离子、丙二醛含量升高，抗氧化酶SOD、POD、CAT活性降低的现象。

5　结语

植物对干旱高温胁迫的耐受性强弱，除依赖自身的生理特性外，其生存土层的厚度对其抵御高温、干旱共同胁迫伤害具有缓冲作用。土层厚度越厚，其在相同比热容条件下，温度升高所需的时间就越长，反过来说，即是土层厚度越厚，其温度相对越低，在干旱高温共同胁迫环境中可以保持植物根系始终处于较适宜的温湿度环境中，保证植株根系活力，促进植株抵御不良环境。高温干旱共同胁迫下，4种屋顶绿化植物材料随着土层厚度的增加，植株的生长情况均出现不同程度的好转现象，5 cm土层厚度下，4种屋顶绿化植物材料均能保持植株整个夏季高温干旱环境下的完整性。除表观现象好转外，在生理层次上，随着土层厚度的加厚，4种屋顶绿化植物材料体内超氧阴离子、丙二醛含量不断下降，SOD、POD、CAT活性相对增高，5 cm土层厚度下，4种屋顶绿化植物材料生理指标相对处于较好状态。

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Researchon Adaptability and Optimum Substrate Thickness Selection of Four Roof Greening Plant Species

Qin Qiujie，Su Shunjun，Feng Lei

(JiulongpoDistrictAgriculturalCommitteeofChongQingCity,Chongqing,Jiulongpo,400051)

Through the research of 4 greening plant species under high temperature and drought tolerance in Chongqing summer,wefound a positive correlation between the matrix thickness andtolerance of Sedum emarginatum, Sedum sarmentosum, Saxifraga stolonifera and Ophiopogon japonicus cv . 'Nanus' under high temperature and drought stress. Under the condition of stromal thickness of 1cm, it tookonly a week for 4 roof greening plant species to appear bigger reaction. Under the condition of stromal thickness of 3cm, tolerance of 4 roof greening plant species showed different degrees of improvement in extreme weather, but they still haddifficult to survive the extreme hot weather. Under the condition of stromal thickness of5cm, all of the 4 roof greening plant species could naturally survive Chongqing summer.By the physiological indexdetermination of 4 roof greening plant species,we discoveredthattolerance to high temperature and drought stress closely related to matrix thickness. With the thickened matrix,the O2-.、MDA contents of 4 roof greening plant species gradually reduced, whichslowed the SOD, POD, CAT activity reduce rate.

roof greening;Sedum emarginatum; Sedum sarmentosum; Saxifraga stolonifera;Ophiopogon japonicus cv . 'Nanus';adaptability;stromal thickness

2016-05-12

秦秋婕(1983—)，女，工程师，主要从事园林植物相关的研究工作。

S731.2

A

1674-9944(2016)13-0216-06