低温胁迫对校园植物的影响调查——以云南师范大学为例.pdf

58工作研究农业开发与装备2023年第8 期低温胁迫对校园植物的影响调查以云南师范大学为例窦毅，叶祖梅（云南师范大学，云南昆明650500)摘要：低温天气诱发的低温胁迫是威胁植物生存的因素之一，尤其对于有大量引种源于热带植物的校园。2022年2 月2 2 日，云南省昆明市出现罕见的大范围降雪天气，由此引发的低温胁迫对云南师范大学不同来源、不同生活型的校园植物造成了不同的冻害。建议在将来的校园植物引种种植中在考虑观赏、绿化价值的前提下应多种植本土植物，引种外来植物时应该多选择木本植物，并进行必要的引种试验以降低极端天气诱发的低温胁迫造成的经济损失。关键词：云南师范大学；校园植物；冻害情况；调查分析引言植物在生长发育时期中温度是重要的影响因素。冻害便是0 以下的低温，使作物体内结冰，对作物造成伤害。发生程度轻的局部产生损伤，冻害程度重的可导致植株的死亡。因此，研究植物冻害在一定程度上能够对植物的生长发育、资源合理配置、生物多样性起到重要作用。校园植物的建设不仅美化了校园环境，更为师生提供舒适愉悦的生活学习体验，但由于校园景观的建设不可避免地会引人外来植物，当遭遇极端低温天气时，就会在一定程度上破坏原有的校园植物的资源配置，影响校园植物景观，以校园植物作为植物冻害的研究对象不仅可以总结各类植物越冬的预防措施，还可规避植物受冻带来的景观和经济方面的损失，更能为同类高校在校园植物引种和校园景观建设方面作出建议。我们 2 在2 0 13 年对云南师范大学校园栽培植物的冻害调查，外来种尤其引种于热带的由于本身适应热带气候条件当被引人非热带环境中时更容易受到低温天气的胁迫。而对于不同生活形态的植物，草本植物相对于木本植物可能更易受低温冻害 3 。基于此借助此次的气候事件探究是否在云南师范大学呈贡校区的校园植物中不同来源的植物的受冻程度存在差异外来植物的受冻程度和比例更高？是否草本植物比木本植物更易受低温冻害的影响？本研究采用实地调查法以云南师范大学呈贡校区的50 科，90种常见被子植物进行了冻害情况调查和等级划分。结果表明受冻植物3 7 种占调查总数41%，未受冻植物有53 种占调查总数59%。受冻植物中，级冻害占调查总数3 0%，级冻害占7.8%，级冻害占1.1%，IV级冻害占2.2%。不同产地植物受冻情况有所区别，在受冻植物中包括12 种外来植物，2 5种本地植物。引种植物中受冻等级最严重为IV级的墨西哥鼠尾草Salvialeucantha。本地植物受冻最严重仅为级且受冻率较低。不同生活形态的植物中草本植物受冻情况比木本植物严重。同种植物在不同调查区域内由于生理状态、所处地势、被遮挡状况等的不同，受冻等级也有所差异。草本植物在有乔木，灌木遮挡积雪时受冻情况明显好于裸露状态。调查地概述昆明属于北纬低纬度亚热带高原山地气候，年均温度15.5左右，全年温差较小，干湿季分明。呈贡区位于云南省滇东高原腹地，滇池东岸。东经1024510300，北纬2 442 2 50 0 。查询气象数据发现2 0 16 年昆明市曾出现过极低温-3，自此后几年气温均未出现低于零下情况，到2 0 2 0 2 0 2 2年，连续三年全年最低温都为-1，但2 0 2 0 年、2 0 2 1年两年昆明未出现过降雪，2 0 2 2 年2 月2 2 日最低温为-1，最高温为3，天气为雨夹雪。2调查时间与方法2.1调查时间从2 0 2 2 年3 月1 7 日进行为期一个星期的实地调查，此时受冻害植物并未完全恢复。间隔一个月，于2022年4月1 5日对受冻害植物的恢复情况进行跟踪调查，判断其生存情况，做出冻害恢复评估。2.2调查方法首先把云南师范大学呈贡校区划分为5个样方（东西区以桥为分界，西区为样方1，样方2 从教管学院开始由北向南沿着北湖湖畔经图书馆西侧，南湖沿岸，至学校正门。样方3 包括北湖、南湖、图书馆所含绿植59工作研究农业开发与装备2023年第8 期区域。样方4由北向南包括艺术学院、体育学院、地理学部至能环学院等所含绿植区域。样方5由北向南包括东区体育场、东区宿舍区），然后参照文献 4中的方法确定植物冻害等级表（表1），采用实地调查的方法，观测每个样方内的常见植物受冻情况，统计受冻植物的受冻器官、受冻程度和数量，并拍照记录。期间查阅中国植物志确定调查植物的种名、科名、生活型和原产地。通过Excel对取得的数据进行整理、加工，制作图表展示并进行分析。表1植物冻害等级表冻害等级植物外在特征表现描述0级无明显受冻迹象I级仅少量嫩枝、嫩叶、新枝尖端稍枯萎，春暖复苏级老叶未受冻，嫩枝、嫩叶枯萎，春暖可长出新枝级嫩枝多数受冻，部分老叶受冻菱，春暖可长出新枝IV级地上部分全部枯死，春暖可以从主干基部萌发出新芽V级地上及地下部分全部枯死，来年不能萌发3丝结果与分析3.1受冻害植物的基本调查情况本次冻害研究调查了云南师范大学50 科共9 0 种植物。其中木本为7 1种，草本为19 种。结果显示植物的受冻等级由0 级到IV级，未出现受冻V级的植物，植物受冻害等级占比如图1所示，川级冻害川级冻害IV级冻害1%8%2%1级冻害30%0级冻害59%惠0 级冻害号级冻害童川级冻害戴川级冻害IV级冻害图1各植物受害等级占比3.2不同产地的植物冻害情况经冻害调查统计，9 0 种调查植物中，58 种产地为云南，2 8 种为外来植物，产地不详的有4种。外来种占比3 1.1%，本地种占6 4.4%（图2）。本地植物与外来植物的受冻情况比较如图3 所示，本地植物仅存在I级和级冻害，受冻率分别为3 4.5%和8.6%，未受冻的占56.9%。在此次突发的极低温天气中，部分本地植物的也会受其影响而发生程度较轻的冻害，如菩提树FicusreligiosaL.、滇山茶Camelliareticulata Lindl.沿阶草Ophiopogon bodinieri Levl.，受冻等级达到级。经过后期冻害恢复观察发现，春季到来后，本地树种均能长出新芽、新枝恢复到冻害前的水平。外来受冻植物中I级冻害受冻率为2 5%；级受冻率为7.1%；级为10.7%，未受冻的最多占57.1%。可见大部分外来引种植物如薰衣草Lavandulaangustifolia、荷花玉兰Magnolia grandiflora L.、含笑花Micheliafigo均未受冻。荷花玉兰原产于北美洲东南部，为亚热带树种。含笑花原产于华南南部，该地区为亚热带季风气候。这可能是两种植物适应云南昆明亚热带高原季风气候的原因。但像芭蕉Musabasjoo Siebold、墨西哥鼠尾草Salvia leucantha Cav.、南美膨菊Sphagneticola trilobata（Li n n a e u s）Pr u s k i 等少数热带引种，受冻程度严重，且受冻率极高。除了嫩叶、嫩枝受冻外，部分老叶萎焉，其中墨西哥鼠尾草和南美膨菊地上部分全部枯死，经过后期追踪调查确定冻害等级达到IV级，由此可知校园内的热带引种无法适应极端低温和降雪天气。综上所述，受此次低温冻害天气影响，本地种植物受冻轻微，外来种植物受冻严重。10090807064.460504031.13020100本地种外来种图2不同产地植物情况占比4034.535302525201510.78.6107.17.1501级冻害川级冻害川级冻害IV级冻害本地种外来种图3不同产地植物受冻情况60工作研究农业开发与装备2023年第8 期3.3不同生活形态的植物冻害情况根据植物的生活形态，将植物划分为木本与草本。其中调查的木本植物共7 1种，占7 9%，草本植物19种，占2 1%（图4）。草本21%木本79%草本木本图4不同植物生活形态占比4031.629.630201110.57105.201级冻害1级冻害川级冻害IV级冻害草本木本图5不同生活形态植物冻害情况比较调查发现在木本植物中，存在I、级受冻，分别占比2 9.6%、7.0%；受冻的草本植物中出现I、IV级冻害的情况，分别占比3 1.6%、11.0%、5.2%、10.5%。草本与木本植物大多受到I级冻害，木本植物不存在级和IV级冻害。草本植物中受I级冻害且冻害率较高的为醉浆草Oxaliscorniculata，虾衣花Calliaspidia guttata，受级冻害的有芭蕉、墨西哥鼠尾草、南美菊。而木本植物受I级冻害较多，包括小叶女贞Ligustrumquihoui、秋枫BishofiajavanicaBl.、木Osmanthus fragrans（T h u n b.）Lo u r.等。冻害等级最高达级，包括阴香Cinnamomumburmannii（Ne e s&T.Nees）Bl u me、菩提树、枫香树LiquidambarformosanaHance等。分析草木本植物冻害差异的原因可能为：就外部形态来看，草本植物植株矮小，积雪覆盖时承重能力较差，机械组织易遭受破坏。就内部结构比较，低温胁迫发生时，植物运输物质速率下降，草本植物维管束中管胞和筛胞的物质运输能力远不及木本植物发达的输导组织，由此可见草本植物比木本植物受冻害程度更严重（图5，图6）。4讨论4.1不同样方受冻情况对比，分析可能的原因研究发现：同一植物在不同样方内受冻程度和受冻率均有不同，如表2。选取本次调查中受冻特征较明显的几种植物进行比较：木本植物如香樟在样方1中受冻率最高为2 0.7%，样方2 中最少为5.7%，二乔玉兰仅在样方4和样方5中有受冻情况发生，最高为50%；草本植物如芭蕉在样方1，4，5中受冻率均为10 0%，样方2 中为9 3.5%，样方3 中仅为45.3%，均为级受冻。常春藤在有统计记录的样方内最高为35.6%，最低为0%。通过观察发现，香樟在样方1中为刚移栽不久，可能由于未充分适应环境而遭受冻害影响较大，样方2 较样方3、4、5处于植物生长旺盛时期，所以受到冻害的影响较小。二乔玉兰在样方4和样方5中所处地势较高且栽种于空旷的迎风口，如东区体育场西侧，此处温度很低，导致受冻率增加。对于草本植物，冻害程度差异与是否存在遮挡密切相关：芭蕉在样方1，2，4，5所处环境中没有遮挡物，受冻严重，而在样方3 中有高大乔木对其遮挡且有建筑物的保护则受冻轻微；墨西哥鼠尾草均位于空旷地带，没有遮挡物，冻害等级达到IV级；常春藤在样方1，3，5中生长于密布乔木的绿地，样方2 无其他植被覆盖，受冻差异明显。表2不同样方植物受冻率比较生活形态种名不同样方内受冻率样方1样方2样方3样方4样方5香樟20.7%5.7%12.3%13.0%13.6%木本枫香23.5%15.8%23.4%42.9%45.9%二乔玉兰0%0%0%50.0%37.5%芭蕉100%93.5%45.3%100%100%草本墨西哥鼠尾草100%96.3%100%常春藤5.2%35.6%0%0%4.2基于前人的研究作对比分析此次调查的植物9 0 种，不同程度受害的植物共3 7种，占调查植株的41.1%，其中I级冻害占3 0%，级冻害占7.8%，级冻害占1.1%，IV级冻害占2.2%。对比2 0 12 年末至2 0 13 年初，昆明出现的极端低温和持续低温天气对云南师范大学校园的部分植物造成的冻害情况可知：I级冻害占比远高于前人调查结果3%，II级、级和IV级冻害占比远小于之前的3 2.7%、41.8%61工作研究农业开发与装备2023年第8 期ABEFDHA南美膨菊Sphagneticola trilobata（Li n n a e u s）Pr u s k；B水鬼蕉Hymenocalis littoralis（Ja c q.）Sa l i s b.；C沿阶草Ophiopogon bodinieri Levl;D枫香树Liquidambar formosana Hance；E 菩提树Ficus religiosa；F桑 Morus alba L；H芭蕉Musa basjoo Sieb.et Zucc.；I墨西哥鼠尾草 Salvia leucantha；J鹅掌柴Heptapleurum heptaphyllum。图6部分受冻害植物的图片和12.8%，未出现V级冻害。可见，如今师大校园植物抵抗极低温胁迫的能力得到极大提高，大范围的严重冻害已经不存在。这不仅与自然条件对植物的选择有关，更与学校在10 年间不断优化对绿化植物的外来种方案，筛选适宜本地气候条件的引种，使引种抗寒能力提高，并积极做好相关防寒措施息息相关。如，在2 0 12 年末至2 0 13 年初遭受V级冻害的高山榕Ficus altissima Blume和垂叶榕Ficus benjamina L.，遭受V级冻害的小叶榕Ficus benjamina已经不再种植，取而代之大量种植的常绿乔木是香樟和荷花玉兰，而香樟在此次冻害调查中仅有少数出现I级冻害，经后期观察发现其恢复迅速，荷花玉兰虽为引种但能经受住低温胁迫的考验，没有发生冻害。在2 0 2 1年过冬时，学校对易受冻害的植物做到及时且较充分的防寒保暖工作，如对香樟等行道树树干涂白，对叶子花等易受冻灌木覆盖防寒布等。这些措施在很大程度上减少了霜冻天气对易受冻害植物的伤害。5建议措施与展望5.1防治冻害建议5.1.1浇水施肥，锄草深耕。冬季来临前，适量浇水施肥，保证植物生长状况良好，从而增强抵御外界不良环境的能力。锄草深耕，可促进枝条尽早结束生长，有利于组织充实，延长营养物质的积累时间，从而更好地进行抗寒锻炼5。5.1.2对不耐寒植物，提前进行越冬保护。对于校园内不耐寒乔木可通过覆土等措施，保持植物根系温度变化不大，并用防寒布或棕皮纤维缠裹树干或采取树干涂白等措施使植物茎干部分免受冻害。草本灌木易受冻害的种类，在越冬前提前用防寒布覆盖，包裹严密，做好抗寒保护措施。5.2灾后处理5.2.1调查受害程度，制定处理方法。发生冻害后，及时安排专业人员进行冻害调查，制定科学的护理措施。对于轻微受冻的植物可摘取叶处理；中度受冻时62工作研究农业开发与装备2023年第8 期要进行剪枝处理6，受冻严重的先观察并实施一定补救措施，并判断地下部分是否死亡，对于地下部分已死亡的应尽快清理。对一些受冻的速根生草本植物，如墨西哥鼠尾草地上部分全部死亡的，应及时将地上部分割除，这能促进根的生长，进而有助于新枝长出。5.2.2适当施肥。对受冻植物施加适当肥料，增加植株体的养分，能够让其在逆境中得到一定程度的恢复。目前已有大量研究表明，腐殖质和生物肥料可以作为植物生长促进剂、营养物质获取剂、抗逆剂和病原体抑制剂。因此对于受冻害植物，可适当施加腐殖质或生物肥料，以增加其抗逆性和抗病力。这在一定程度上能提高其成活率。5.3引种栽培建议5.3.1遵循适地适时引种原则，切忌盲目引进。正确的种源选择是保证引种后树木生长良好的关键之一。学校在未来的引种选择上要继续深人优化方案，充分考虑可能存在的因素对植物生长的影响。应用外来植物时需要进行必要的引种试验，筛选出适宜本地气候生长的植物，再引种种植。昆明年均温15.5，干湿季分明，降雨量偏少，冬季时可能出现极低温的降雪、霜冻天气。在充分考虑气候和环境因素的影响下，面对校园的不同生境，选择适宜在该环境下生长的植被。例如在师大湖边可种植一些喜湿植物黄鸢尾Iris pseudacorus、蝴蝶花Viola tricolorL.等，在光照较强的空旷地带，可以考虑种植一些喜阳植物如君迁子Diospyros lotus L.、火棘Pyracantha fortuneana。5.3.2加大对本地植物的种植力度，合理管理人侵种。本地植物是在本地长期生存并保留下来的植物，它们对环境的适应性很强，因而，本地植物是最适宜当地生长，是再现当地特色的重要因素。昆明地区的本地树种有：香樟、昆明朴Celtistetrandra、滇润楠Machilus yunnanensis Lec.、君迁子 Diospyros lotus、香叶树Lindera communis、滇青冈Cyclobalanopsisglaucoides、云南油杉Keteleeria evelyniana、枇杷Eriobotrya japonica等。从本次调查结果来看本地植物对低温胁迫的抗性明显优于引种植物，且本地树种较强的适应性以及种植成本较低的特点，应成为校园植物栽培的主体。外来人侵植物是指由于自然或人为的原因，由一个特定地域传人到另一个地域的生态系统，并对传人地生态系统或其中的物种构成危害性的植物。外来种的人侵不仅会危害本地种群的生物多样性，还会在与本地物种杂交后致使入侵种也具有本土植物的基因，加强了人侵种在新环境的适应性，从而引发生物同质化。外来种的这些优势使其在冻害中受影响小近乎没有，更侵占了本地植物的生存空间进而将其取代，因此对待校园内的一些人侵种，如破坏草AgeratinaAdenophora、再力花Thaliadealbatab等应加强管理，定期除根除草。参考文献1 王晓菁.植物生理学（第八版)M.北京：高等教育出版社，2019.2杨晓东，赵永祥，林卫东，等.云南师范大学校园植物受冻害调查与植物合理配置分析 J.林业调查规划，2 0 14,39(1):79-82.3李雄，尹欣，厚诚，等.霜冻对昆明植物园维管植物危害的调查分析 J植物分类与资源学报，2 0 14，3 6（5）：639-652.4唐岱，杜娟，孙晓佳，等.昆明主城区2 0 16 年冬季园林植物冻害情况调查分析与建议 .中国园林，2 0 17，3 3（4）：87-91.5张桃映，刘琴.云南昆明冬季极端温度对园林植物冻害的影响 J.中国园艺文摘，2 0 14，3 0（10）：9 3-9 4，18 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