Evaluation of Turf Value and Morphological and Physiological Response to Water Stress of Cyperus rotundus L.
Objective: To compare the resistance physiology and leaf epidermal cell morphology response of Cyperus rotundus L. under flooding and drought stress, and provide the basis for the application of Cyperus rotundus L. to drought and waterlogging resistant flat vegetation. Method: In this experiment, the application value of each index of Cyperus rotundus L. is analyzed. Water stress tests were carried out on Cyperus rotundus L. with three treatments: Flooding (S), persistent drought (G) and normal water supply (CK), and the physiological indexes of Cyperus rotundus L. were determined after 7 days of treatment, and the morphology of epidermal cells of its leaves was observed. Under the field condition, the landscape-ecology-application lawn quality evaluation system was adopted to comprehensively evaluate the application value of Cyperus rotundus L. lawn. Result: The results showed that Cyperus rotundus L. had a higher value in lawn and was suitable for lawn plant; under different water stress, the plant morphological indexes showed significant differences. Under drought stress and flooding stress, MDA content decreased by 8.4% and 11.4%, SOD activity increased by 7.2% and 16.6%, and Pro content increased by 18.9% and 21.5%, respectively, compared with CK. The number of stomata in the lower epidermis of Cyperus rotundus L. under flooding stress was similar to that in the normal water supply group. The number of stomata decreased obviously in drought stress group. The number of cells in the upper epidermis was the highest in the drought stress group, followed by the normal management group, and the lowest in the flooded group. In the comparison of upper epidermal cell length, the flooded group was the longest, followed by the normal management group, and the drought stress group was the shortest. Conclusion: Cyperus rotundus L. can adapt to harsher waterlogged environment and drought environment, and more tolerant to waterlogged stress, Cyperus rotundus L. can adapt to China’s arid and rainy areas of garden lawn planting and promotion of planting.
Cyperus rotundus L.
水分胁迫通过气孔影响植物光合作用,且影响效果明显
实验材料香附子块茎于2022年2月中旬在湖北省荆州市长江大学园艺园林学院园艺基地大田中挖取,取回实验室将各块茎相连的根茎剪除处理,选择大小一致的块茎,储藏于干燥低温环境中备用。
① 盆栽:将土壤(沙土)放置至盆钵2/3高处,压实土壤,均匀播种四粒香附子块茎于盆钵中,而后覆盖5 cm厚的土层,浇水至全透。后期对各盆栽植物的养护管理一致。并定期观察记录香附子的物候期。② 大田栽种:在试验基地选择6 × 1 m的实验用地,试验实施前,对试验地统一管理,即除去杂草,施肥、深翻、耙平;将试验地平分为3块2 × 1 m,隔离带宽0.3米。试验采用营养体沟栽法种植:将选好的野草香附子的块茎切成相同大小,种植于沟穴中,沟距10 cm,穴深5 cm,然后再覆盖一层薄土,并对耕地进行浇水,直到浇透。后期对各试验地养护管理一致,并定期观察记录相关数据。③ 双套盆处理:胁迫处理前,使各盆的土壤相对含水量处于正常供水状态。2022年5月10日开始水分胁迫试验,设3个处理,每个处理10盆,采用完全随机统计,3次重复。S1:淹水(双套盆法,将所10盆香附子置于1 × 1 m的大塑料桶中,塑料桶中水位位于盆栽香附子覆土土表处;S2:在胁迫处理后14d内不浇水;S3:正常水供应,在试验中作为对照(CK)。对于水淹处理,每天查看桶中水位情况,并及时补充水分
物候观察
观测时间为 2021年12月~2022年6月,地点为长江大学园艺园林学院园艺实验基地,对野草香附子进行物候观察。其中观察的物候相包括萌芽期、展叶初期、展叶中期、展叶末期、现蕾期、初花期、盛花期、末花期、结果实期等9个物候
草坪质量综合评价指标体系
采用景观–生态–应用评价体系,从景观质量、生态质量及应用质量三个方面对香附子草坪的质量进行综合评价
草坪类型 |
密度 |
质地 |
颜色 |
均一性 |
绿色期 |
高度 |
盖度 |
耐践踏性 |
成坪速度 |
草坪强度 |
观赏草坪 |
0.20 |
0.15 |
0.20 |
0.15 |
0.10 |
0.05 |
0.10 |
0.00 |
0.05 |
0.00 |
游憩草坪 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.15 |
0.05 |
0.10 |
运动草坪 |
0.10 |
0.05 |
0.10 |
0.10 |
0.05 |
0.10 |
0.05 |
0.20 |
0.05 |
0.20 |
保土草坪 |
0.10 |
0.05 |
0.10 |
0.10 |
0.10 |
0.05 |
0.10 |
0.00 |
0.20 |
0.20 |
定指标 |
级别 |
I |
II |
III |
IV |
V |
评分 |
8~9 |
6~7 |
4~5 |
2~3 |
1 |
|
密度/(株/100cm2) |
>60 |
51~60 |
41~50 |
30~40 |
<30 |
|
质地/mm |
<3 |
3~4 |
4.1~5 |
5.1~6 |
>6 |
|
颜色 |
深绿 |
绿 |
浅绿 |
黄绿 |
黄 |
|
均一性 |
很整齐 |
整齐 |
基本均一 |
不均一 |
杂乱 |
|
高度/cm |
<8 |
8~13 |
13~18 |
18~23 |
23~28 |
|
绿色期/d |
>210 |
195~210 |
180~195 |
165~180 |
<165 |
|
盖度 |
草坪成一整体 |
枝条清晰可见 |
零星地面裸露 |
部分地面裸露 |
大面积裸露 |
|
耐践踏性/% |
>90 |
81~90 |
71~80 |
61~70 |
<60 |
|
成坪速度/d |
<20 |
21~30 |
31~40 |
41~50 |
>50 |
|
草坪强度 |
强 |
较强 |
中等 |
较弱 |
弱 |
生理指标测定方法
叶绿素含量用分光光度法测定;丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸法测定叶片丙二醛(MDA)含量
本试验中所有试验数据用Microsoft Excel 2021进行录人和初步处理,采用SPSS Statistics 21对得出的结果数据进行单因素方差分析(oneway-ANOVA),使用Graphpad Prism 9进行图表制作,用LSD法检测显著性,结果采用“平均值±标准差(Mean ± SD)表示,P < 0.05表示差异显著。
香附子的物候期观察
通过香附子的盆栽实验。系统研究香附子发育的生物学特性,主要观察香附子的物候期(见
物候期 |
萌芽期 |
展叶初期 |
展叶中期 |
展叶盛期 |
现蕾期 |
初花期 |
盛花期 |
末花期 |
结实期 |
起始期 |
3月中旬 |
3月下旬 |
4月中旬 |
4月下旬 |
5月下旬 |
6月下旬 |
7月下旬 |
8月下旬 |
9月中旬 |
终止期 |
3月下旬 |
4月中旬 |
4月下旬 |
5月下旬 |
6月下旬 |
7月下旬 |
8月下旬 |
9月中旬 |
11月中旬 |
香附子草坪草坪用性状评分结果
对野草香附子,从4月初到5月末进行3次实地测定,根据
月份 |
密度 |
质地 |
颜色 |
均一性 |
绿期 |
高度 |
盖度 |
耐践踏性 |
成坪速度 |
草坪强度 |
4月初 |
5.5 |
8.0 |
6.5 |
4.5 |
8.0 |
7.0 |
5.0 |
6.5 |
8.0 |
7.5 |
5月初 |
7.5 |
8.5 |
7.0 |
8.0 |
8.0 |
5.0 |
7.5 |
8.0 |
8.0 |
7.5 |
5月末 |
7.5 |
8.5 |
6.0 |
8.0 |
8.0 |
5.0 |
6.5 |
8.0 |
8.0 |
7.0 |
香附子草坪草坪用价值总体评价
以
月份 |
观赏草坪 |
游憩草坪 |
运动草坪 |
保土草坪 |
合计 |
4月初 |
6.325 |
6.575 |
6.600 |
6.750 |
26.250 |
5月初 |
7.325 |
7.500 |
7.450 |
7.575 |
29.850 |
5月末 |
7.275 |
7.250 |
7.200 |
7.275 |
29.000 |
平均值 |
6.975 |
7.108 |
7.083 |
7.200 |
观赏草坪主要强调草坪的景观价值,香附子草坪草具有较低的密度、较浅的颜色和较高的高度,所以作为观赏草坪,其3次实测的评用价值评分最低,但通过合理密植也可以作为观赏草坪。游憩草坪和运动草坪主要强调草坪应具有较强的耐践踏性、耐频繁收割、再生能力强等特点,而香附子草坪草具有较长的绿色期、耐践踏性较强以及较快的成坪速度,所以作为游憩和运动草坪,其3次实测的坪用价值评分较高且相近,表示香附子适合建植为游憩和运动草坪。保土草坪要求具备较高的草坪强度和发达的根系,在3次实测的坪用价值评分中,香附子草坪草用作保土草坪的评分最高,说明其适合建植为保土草坪。
最终评价结果表明:香附子的质地、均一性、绿期、耐践踏性及成坪速度等性状指标较好,而密度、颜色、高度及草坪强度4个性状指标较差;在草坪坪用价值的综合评价中,野草香附子草坪草在5月初至6月初左右的坪用综合价值最高;通过香附子用途上的综合评价,香附子草坪草用作保土草坪的综合价值较高,其次是游憩草坪和运动草坪。总的来说,广布的野草香附子应用于各种景观、生态草坪还是具有较高的应用价值,如保土草坪、护坡草坪等。但是与现在已经应用得相当成熟的草坪草相比,如狗牙根、高羊茅、早熟禾及结缕草等,其还是存在很多草坪应用上的问题。
由
在连续7 d的水分胁迫下,淹水胁迫下香附子叶片的叶绿素含量相比正常管理出现小幅下降,而干旱胁迫下叶绿素含量却出现小幅上升。表明短期时间内,香附子对干旱逆境具有较强的适应能力,而淹水胁迫虽对香附子光合能力有轻微的副作用,不会直接影响其生存。干旱胁迫和淹水胁迫下的香附子叶片MDA含量相比正常管理均有不同程度下降,且淹水胁迫下MDA含量下降较高,说明干旱和淹水胁迫下,其内部的保护机制维持着MDA含量处在一定水平,水分胁迫强度还未超过香附子胁迫的特定值,证明野草香附子对干旱和淹水胁迫具有一定的适应能力。而干旱和淹水处理组中香附子叶片SOD活性相比正常管理分别上升7.2%和16.6%,说明水分胁迫使香附子体内产生较多的活性氧诱导了保护酶系统,且香附子在淹水胁迫下保护酶系统更加活跃,在干旱胁迫下保护酶系统较缓和,证明香附子相比于耐旱,更加耐涝。两个处理组中Pro含量相比正常管理分别上升18.9%和21.5%,同样说明野草香附子具有一定的抗旱抗涝能力。这与刘旭等、刘泽彬等在淹水对三峡库区消落带香附子生长及光合特性影响的研究中结果一致
香附子各项指标均表现为适宜用于草坪绿化使用,其未来的应用有望缓解我国绿化用草坪草过度依赖进口的情况
方向上的研究结果一致