鉆孔容積限制對蘿藦生長及生物量分配的影響研究

李毛 徐建秀 程飛 仝文慧 穆雙健

【摘 要】我國工業(yè)發(fā)展帶來經(jīng)濟的高度發(fā)展，也帶來了一系列不可避免的環(huán)境破壞，例如礦山開發(fā)過后當(dāng)?shù)氐倪吰侣懵?，容易引發(fā)塌方、水土流失幷造成視覺污染等問題。為了實現(xiàn)對邊坡生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)的目的，本研究以蘿藦為材料，采用溫室種植模擬，并采取對照實驗，研究鉆孔植藤修復(fù)中鉆孔容積對蘿藦生殖生長及生物量分配的影響。結(jié)果顯示：①在根域限制下，蘿藦的根部發(fā)育受限，致使葉綠素等成分生成不足，光合作用減弱和生物量積累不夠，地上部和地下部植株重量都有減小。②蘿藦根部生長受限時地上部生長會受到限制，株高，葉片數(shù)，葉面積和植株總質(zhì)量等指標(biāo)都會減小。

【關(guān)鍵詞】鉆孔容積；蘿藦；生物量分配；廢棄邊坡

一、引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展，礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用，留下了嚴重的環(huán)境問題如大量的裸露邊坡。廢棄邊坡的存在，不僅造成環(huán)境污染與破壞，還有一定的安全隱患。因此，進行邊坡植被重建，不僅可以保護環(huán)境，避免沙塵和視覺污染；而且對減少安全隱患，保護人員及財產(chǎn)安全具有重要意義。

礦山邊坡是隨著采礦工程的延深而逐漸形成[1]。礦山邊坡坡角都在 400～500 之間，甚至更大，高陡的巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性在日積月累爆破震動下深受影響不夠穩(wěn)定。除此之外，巖質(zhì)邊坡缺乏土壤和水分，植被難以恢復(fù)。針對礦山邊坡生態(tài)修復(fù)工程，有的學(xué)者采用覆土植被的方式進行修復(fù)[3]，但土壤不易留存，淺根草本植物恢復(fù)不夠穩(wěn)定，水分難以留存，旱季植物易枯萎。王慧敏等進行了藤立方技術(shù)在礦山邊坡修復(fù)中的應(yīng)用研究，為保證巖質(zhì)邊坡的持續(xù)綠化，同時結(jié)合邊坡支護技術(shù)，采用 “專用種植基質(zhì)+優(yōu)選藤本植物+框架錨桿格構(gòu)梁坡面生態(tài)袋防護堆碼施工工藝+植生巖生植物”等組成的復(fù)合植被護坡系統(tǒng)[2]，但操作復(fù)雜費時費力。

本研究以蘿藦作為實驗材料，它是邊坡修復(fù)的優(yōu)選植物，蘿藦屬多年生草質(zhì)纏繞藤本植物，分布于東北、華北、華東和甘肅、陜西、貴州、河南和湖北等省區(qū)。模式標(biāo)本采自日本，朝鮮和俄羅斯亦有分布。常生長于林邊荒地、山腳、河邊、路旁灌木叢中?？扇萑胨帲汗芍蝿趥?、虛弱、腰腿疼痛、缺奶、白帶、咳嗽等；根可治跌打、蛇咬、疔瘡、瘰疬、陽萎；莖葉可治小兒疳積、疔腫；種毛可止血；乳汁可除瘊子，莖皮纖維堅韌，還可造人造棉。嫩果可以食用，味甜，有汁。項目以蘿藦作為邊坡生態(tài)修復(fù)綠化的植物，不僅能實現(xiàn)邊坡綠化的目的，解決邊坡裸露問題，還能通過蘿藦創(chuàng)造經(jīng)濟效益，因此研究蘿藦在不同容積下生殖發(fā)育具有重要意義。

二、材料與方法

（一）實驗材料

2017年秋從土源取土后震蕩篩選并在實驗室將合格土質(zhì)與腐植土1：1配置營養(yǎng)土，把蘿藦種子篩選并預(yù)處理，種植在培養(yǎng)容器中培養(yǎng)至適合移植的程度，以長勢良好的蘿藦植株作為試驗材料。

（二）實驗方法

實驗選擇三種不同容積的盆栽進行對照實驗。選擇株高、長勢一致的幼苗移植至三種不同規(guī)格的亞克力板容器中，帶土移植避免破壞根系，三種處理分別為CK：100mm*150mm、TM：50mm*150mm、TS：45mm*80mm。以CK作為對照組，在相同的光照、水分以及肥料等培養(yǎng)條件下，分別在14天、31天、52天和61天時收集并記錄株高、葉片數(shù)、葉綠素和葉面積等數(shù)據(jù)。

（三）測定指標(biāo)

株高測量通過刻度尺直接測量的方法，測量植株土面以上植株高度；直接計數(shù)并記錄不同培養(yǎng)時期的葉片數(shù)；葉綠素通過CCM-200 plus葉綠素測定儀測得；葉面積采用活體葉面積測定儀測量葉面積大小。

（四）數(shù)據(jù)分析

在Excel表格中分別對株高，葉片數(shù)，葉綠素等數(shù)據(jù)進行整理，得出在根域限制下株高，葉片數(shù)，葉綠素等因素的變化，并以Excel和origin作對比圖。

三、結(jié)果與分析

（一）不同根域限制對蘿藦株高的影響

經(jīng)過兩月的觀察、測量和記錄發(fā)現(xiàn)，隨著培養(yǎng)時間增加，植株總體呈不斷生長的態(tài)勢，在31天之前，增長緩慢，株高對比大致相同，從31天開始，CK生長速度變得極為迅速，到52天時，增長速度開始放緩。以CK作為對照，隨著植物逐漸生長成熟，TM、TS與CK的株高的差距逐漸增加，根域限制影響顯著，對照差異明顯。

（二）不同根域限制對蘿藦葉片數(shù)的影響

觀察可知，在培養(yǎng)時間增加植物生長過程中，三種處理中植物葉片數(shù)都是不斷增加的態(tài)勢，以CK作為對照情況下，隨著植物趨于成熟，根域限制對葉片數(shù)影響越來越大。TS處理下，31d后葉片數(shù)增長極為緩慢趨于停滯。

（三）不同根域限制對蘿藦葉綠素的影響

總體來看，隨著培養(yǎng)時間增加一直培育到52d，葉綠素含量是呈隨生長增加的態(tài)勢，然后在52d后一方面葉綠素生成停滯甚至略有減少；另一方面表現(xiàn)出根須限制下葉綠素生成受限的態(tài)勢，隨根域限制增大，葉綠素俞少。

（四）不同根域限制對蘿藦葉面積的影響

最后，在植物生長成熟，株高，葉片數(shù)，葉綠素等數(shù)據(jù)觀測記錄完畢，摘取多片葉片測量葉面積大小，可以觀察得出，隨著容積規(guī)格變小，根域限制增大，葉面積明顯隨之變小，葉面積受根域限制影響顯著。

（五）不同根域限制對生物量分配的影響

選取三種規(guī)格植株進行重量測量，觀察發(fā)現(xiàn)，隨鉆孔容積限制增加，植物總體重量、地上部分重量和地下部分重量都有所減少，根域限制下，地下根部發(fā)育受限影響地上部分植株發(fā)育，導(dǎo)致生物量積累不足，最后整體植株重量也隨根域限制程度越小。

四、討論

隨著根域限制程度的增大，株高、葉綠素、葉片數(shù)、葉面積和生物量積累的指標(biāo)大小有明顯降低。根域限制下植物根系生長受到限制，影響到地上部分的生長及葉綠素等主要成分的合成，植物葉片發(fā)育不夠良好，從而降低了蘿藦的凈光合速率導(dǎo)致生物量積累不足。

根域限制下，植物根部生長受限使綠葉素生成不足，植物生物量積累不夠也導(dǎo)致分配生物量無法滿足根部生殖發(fā)育，造成惡性循環(huán)。TS容積規(guī)格下，植物的株高、葉片數(shù)和葉面積明顯小于對照組CK的數(shù)值，株高受抑制50%左右，葉片數(shù)和葉面積也受抑制60%-70%，可見受根域限制程度很大顯著影響了植株的生殖生長發(fā)育。TM情況下，植物的三項特征由數(shù)值可見已經(jīng)達到了CK的2/3以上，受根域限制影響較TS要小。還祥生（2017）在北京門頭溝地區(qū)采用鉆孔種植方法進行巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)，采用150mm孔徑種植藤本植物并做單孔雙孔對比試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鉆孔種植穴內(nèi)種植的藤本植物成活率及保存率較高，單鉆孔種植工程綜合造價低，在巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)中具有一定的價格優(yōu)勢。本項目則以單孔鉆孔容積差別做對比試驗，在實驗中得出較小的鉆孔容積，滿足蘿藦生殖發(fā)育并減少工程造價，侯慧芝等（2007）表明根系有冗余，潘靜嫻等則證明冗余根系在鉆孔內(nèi)不利于邊坡穩(wěn)定性，較小的鉆孔容積能盡量避免根系的冗余以減小對邊坡穩(wěn)定性的影響。

五、結(jié)論

在根域限制下，蘿藦的根部發(fā)育受限，致使葉綠素等成分生成不足，光合作用減弱和生物量積累不夠，受到限制的根部發(fā)育不夠良好也影響地上部蘿藦株高，葉片數(shù)，葉面積等指標(biāo)無法發(fā)育到正常水平。

在邊坡生態(tài)修復(fù)中，考慮到邊坡穩(wěn)定性和施工成本等因素，適度的根域限制對植物生殖生長影響不大，反而降低施工成本，減小對邊坡穩(wěn)定性的影響，較正常無根域限制的孔徑更優(yōu)。

【參考文獻】

[1] 石泉. 淺談礦山邊坡穩(wěn)定性特點_影響因素及其強化技術(shù)策略_石泉[J]. 地質(zhì)·勘察·測繪.2017-12.

[2] 王慧敏，蘇強，黃弘. “藤立方”技術(shù)在礦山邊坡生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用研究_王慧敏[J]. 低碳技術(shù)， 2017.