工程香根草技术应用分析论文

工程香根草技术应用分析论文 篇1：

诱虫植物香根草控制水稻二化螟的最佳田间布局

摘要為明确诱虫植物香根草控制水稻二化螟的最佳田间布局，进行了不同种植年限和丛间距的香根草条带对控制水稻二化螟作用距离和效果的研究。结果表明，在为害程度远低于防治指标的二化螟轻发生区，田埂上种植了一年和二年香根草的稻田螟虫枯心率均显著低于没有种植香根草的对照田，其中种植了二年香根草的稻田比种植了一年香根草的稻田对螟虫的控制效果更好，丛间距为5、3和1 m的二年生香根草条带对早稻的平均保苗效果分别为63.6%、47.5%和69.7%，有效作用距离达到20 m以上。在二化螟常年发生较重（85.45头/百丛）的地区，大田验证试验结果表明，香根草丛间距4 m、行间距50 m时，稻田二化螟越冬代幼虫的虫口减退率达到84.2%。通过研究明确了稻田四周田埂或路边种植香根草控制水稻二化螟的最佳田间布局为：丛间距3～5 m、行间距50～60 m。

关键词香根草；二化螟；控制效果；丛间距；作用距离

文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.05291542.2017.06.016

Optimal planting pattern of trap plant vetiver grass， Vetiveria zizanioides，

for controlling rice striped stemborer， Chilo suppressalis

Zheng Xusong1，Lu Yanhui1，Zhong Liequan2，Huang Xianfu3，

Xu Fasan4，Yao Xiaoming5，Xu Hongxing1，Lü Zhongxian1

（1. State Key Laboratory Breeding Base for Zhejiang Sustainable Pest and Disease Control， Institute of Plant Protection

and Microbiology， Zhejiang Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou310021， China； 2. Taizhou Station of

Plant Protection， Zhejiang Province， Taizhou318000， China； 3. Wenling Station of Plant Protection， Zhejiang

Province， Wenling317500， China； 4. Quzhou Station of Plant Protection， Zhejiang Province， Quzhou

324000， China； 5. Zhejiang Province Plant Protection and Quarantine Bureau， Hangzhou310020， China）

In order to clarify the optimal planting pattern of the trap plant vetiver grass， Vetiveria zizanioides for controlling rice striped stemborer （SSB）， Chilo suppressalis in rice fields， the control range and effect of vetiver grass stripe with different cultivation age and cluster spacing to SSB were investigated in this study. The results showed that， in the areas where the extent of the damage were far below the control index， rice dead heart rates in the paddy field with 1year and 2year vetiver grass trap stripe were significantly lower than that in the control field without vetiver grass trap stripe. The control efficiency of 2year vetiver grass trap stripe on SSB was higher than that of 1year vetiver grass trap stripe. The rice seedling protection rates of 2year vetiver grass trap stripe of 5 m， 3 m， and 1 m cluster spacings to paddy field were 63.6%， 47.5% and 69.7%， respectively， and the control range was >20 m. While in the area with the density of 85.45 individuals per hundred hills where SSB occurred seriously， the field experiment results showed that the SSB population decline rate in the paddy field with cluster spacing of 4 m and line spacing of 50 m vetiver grass trap stripe was 84.2%. Our study clarified that the optimal planting pattern of the trap plant vetiver grass around the paddy ridge or roadside for controlling rice stem borer was cluster spacing of 3-5 m and line spacing of 50-60 m.

Key words

Vetiveria zizanioides；Chilo suppressalis；field efficacy evaluation；cluster spacing；control range

二化螟 Chilo suppressalis （Walker）是为害水稻的重要常发性害虫之一。近年来，由于种植结构调整、品种更替、气候变化等原因，二化螟种群数量呈大幅度上升趋势[12]。使用化学杀虫剂依然是目前二化螟防治的主要手段，但杀虫剂长期过多使用常造成生态失衡、抗药性、农药残留和环境污染等诸多问题，使防治工作陷于困境[34]。诱虫植物作为一种生态调控技术被应用于作物害虫防治，近年来颇受关注[56]。陈先茂等[7]提出水稻螟虫在香根草Vetiveria zizanioides （L.）Nash上的产卵趋性高于水稻。郑许松等[8]发现二化螟在香根草和水稻间偏好在香根草上產卵，但其幼虫在香根草上不能完成生活史，且香根草在田间作为诱虫植物对二化螟种群有较好防治潜力。但香根草在田间如何布局才能达到最好的防治效果？种植的丛间距、行间距多少等等，需要进行田间试验明确。我们在浙江省衢州和台州两地进行了香根草防治二化螟的技术规范研究，以期为二化螟的生态控制提供具体的技术参数。

1材料与方法

1.1试验材料

香根草种苗购于杭州固绿交通工程有限公司，以分蘖苗无性繁殖，种植时将分蘖苗修剪至根长10 cm，茎长20 cm，分苗时以5株为1丛，种在100 cm宽的田埂上。试验在两个地方进行：1）浙江省衢州市衢江区高桥镇高家村，进行不同种植年限的香根草对水稻螟虫的控制效果和香根草条带控制水稻螟虫的作用距离试验。水稻品种为‘春优84’，种早稻和晚稻2季；2）浙江省温岭市大溪镇桥里村，进行早稻二化螟生态控制的香根草田间布局试验，水稻品种为‘中早39’。

1.2试验方法

1.2.1不同种植年限的香根草对二化螟的控制效果

试验在30 hm2的水稻试验基地进行。供试香根草分别于2013年4月和2014年种植，设1、3和5 m 3个丛间距，香根草条带长度均为100 m，以不种香根草的稻田作为对照。各重复3次。于2015年早稻灌浆期和晚稻黄熟期，调查稻田中水稻螟虫枯心率，距香根草条带（田埂）平行距离5、10、15和20 m的距离上调查水稻螟虫造成的枯心率，每一距离调查2点，共调查8点，采用平行跳跃法，每点调查150丛。对照区的调查点离田埂距离和香根草种植区一致。设定枯心率达3%时为化学防治经济阈值，因二化螟田间发生量低，试验期间香根草处理和对照田均未使用专门防治二化螟的杀虫剂。

1.2.2香根草条带控制二化螟的作用距离

香根草于2013年种植，丛间距分别为1、3和5 m，香根草条带长度均为100 m，以不种香根草稻田为对照，各重复3次。2年后（2015年）于早稻分蘖期和晚稻分蘖期进行香根草作用距离的调查。在距香根草条带（田埂）平行距离5、10、15和20 m处调查二化螟造成的枯鞘率，每一距离调查3点，采用平行跳跃法，每点调查100丛。设定枯鞘率达5%时为化学防治经济阈值，因二化螟田间发生量低，试验期间香根草处理和对照田均未使用专门防治二化螟的杀虫剂。

1.2.3香根草用于二化螟生态控制的田间布局验证

在二化螟常年发生较重的浙江省温岭市大溪镇建立试验基地，进行基于香根草的二化螟生态控制试验，以确定香根草在大田应用中的布局。2013年，在基地宽80～100 cm的田埂上种植香根草，丛间距离为4 m，田埂间的平行距离为50 m。除了种植香根草，整个试验基地还辅以田埂上留草、种植显花植物（芝麻、硫华菊和波斯菊等）的生态控制技术，试验设两个重复试验小区。对照田距离生态试验区1 000 m，日常管理同当地农民习惯。于2016年3月15日调查稻田中距香根草条带不同距离的越冬代二化螟的种群数量。剥查稻桩中的越冬二化螟幼虫虫量，调查距离分别距香根草条带（田埂）5、10、15、20、25 m，采用平行跳跃法，每距离上调查3点，每点100丛。

1.3数据统计分析

试验数据采用 Excel 2010和SPSS 18.0进行统计和分析。应用OneWay ANOVATukey法（P≤0.05）检验不同处理间的差异显著性，水稻枯鞘率和枯心率等百分率数据在方差分析前，先进行反正弦转换。

2结果与分析

2.1不同种植年限的香根草对二化螟的控制效果

结果见表1、图1。田埂上种植二年生香根草条带，其不同丛间距处理的水稻枯心率均显著低于对照田， 丛间距为1、3和5 m的香根草对早稻的保苗效果分别达到69.7%、47.5%和63.6%。一年生香根草对二化螟的控制作用和保苗效果要比二年生香根草要差，晚稻种植间距为1 m和3 m的香根草条带显著降低了水稻二化螟枯心率，种植间距为5 m时枯心率和对照则相近；早稻田不同处理间二化螟枯心率没有显著性差异。

2.2香根草条带控制二化螟的作用距离

在二化螟发生相对较重的早稻分蘖期，田埂上种植香根草对稻田中二化螟起到了较好的控制效果，距离香根草条带5 m和10 m的稻桩上，不同丛间距香根草对二化螟的控制效果优劣排序依次为1 m>3 m>5 m，在距离香根草条带15 m和20 m的稻桩上，不同丛间距的香根草对二化螟的控制效果则较为接近（表2）。

早稻分蘖期，田埂上种植香根草对水稻也有较好的保苗效果，丛间距1 m时，在距离香根草条带5 m和10 m处的保苗效果可以达到70%以上，在15 m和20 m处的保苗效果约为50%；而丛间距为5 m的香根草的保苗效果也较理想，距离香根草条带不同点的保苗效果达27.0%～53.4%（图2）。晚稻分蘖期，距离香根草条带5 m和10 m处均有较好的保苗效果，在15 m和20 m处的保苗效果则比早稻分蘖期相对差一些（图2）。综合来看，二年生的香根草条带的有效作用距离可达到20 m。

2.3水稻二化螟生态控制的香根草田间布局验证

以一定空间布局在田埂上种植香根草对越冬代二化螟种群密度的影响见表3、图3。两个试验小区中，距香根草条带不同距离处的越冬代二化螟百丛虫量均显著低于对照稻田，且不同距离的二化螟幼虫密度很接近，不同距离的虫口减退率为76.2%～92.5%，两个生态试验区在距香根草条带25 m距离上的虫口减退率也达到80%左右，总体平均虫口减退率达到84.2%。说明在辅以生物多样性保护的技术措施下，香根草行间距50 m、丛间距4 m的田间布局对二化螟的控制可以起到很好的效果。

3讨论

诱虫植物对靶标害虫引诱作用明显强于主栽作物，在田间种植小面积的诱虫植物，阻止害虫到达主栽作物，或使害虫集中到诱虫植物上而被方便地消灭，从而使主栽作物得以保护。利用诱虫植物防治害虫可以大大减少杀虫剂的用量，在有些情况下甚至可以不施杀虫剂，既降低人力物力成本、减少环境污染，又可保护作物生态系统的生物多样性[910]。鉴于诱虫植物环保和可持续的优点，在现代害虫综合治理中呈现越来越重要的作用[1112]。

诱集植物的空间布局取决于害虫的类型。对于迁入性的害虫，诱集植物种植宜采用四周环绕的方法。有研究表明，在胡椒园四周种植对胡椒带实蝇Zonosemata electa（Say）引诱力强的胡椒品种作为诱集植物，胡椒园内的胡椒受害率仅为1.7%，而化学防治田受害率达15.4%[13]。在稻田生态系统中，牺牲水稻种植面积来种植香根草经济效益上并不划算，根据香根草的生物学特点，田埂上种植香根草是理性的选择。二化螟的飞行能力较强，常常在临近的稻田间迁移为害。所以在田块四周或平行的两边田埂上种植香根草是应用香根草防治二化螟的基本布局策略。

诱虫植物的田间种植比例也是影响诱虫植物诱集效果的重要因素。诱虫植物一般是按一定的比例、在一定的时期种植在作物系统中，如果比例太大，将会影响主栽作物的产量，种植者不易接受：反之，如果比例太小，对害虫的引诱力就会降低，控虫达不到理想效果。一般根据生产实践或田间试验结果确定适当的比例，大多数诱虫作物占主栽作物种植面积的1%～10%[1416]。本试验表明，2年生丛间距为3 m和5 m的香根草条带对二化螟的防控效果和丛间距为1 m香根草条带没有显著性差异（表1、图1）。香根草生长迅速，在种植第1年生物量相对较小、第2年的分蘖量即可达到几十个乃至百多个分蘖，株高超过2 m，到第3年的生物量还能增长。因此，香根草的种植间距不宜过密、也不宜过稀，3～5 m比较适宜。从衢州的试验结果来看，在早稻分蘖期，2年生的香根草条带对距其20 m距离处水稻保苗效果可以达到50%（表2、图2），这说明田埂上种植香根草条带控制二化螟的有效距离可以达到20 m以上。但作用范围是因具体情况而异的，我们此前在浙江省余姚和金华等地的试验结果显示，田埂上种植香根草对稻田螟虫的有效控制距离为8～12 m，这是二化螟和稻蛀茎夜蛾Sesamia inferens （Walker）混合发生的稻田的调查结果。稻蛀茎夜蛾在田埂边为害重而稻田中间发生轻，香根草对稻蛀茎夜蛾一样具有較好的引诱效果（另文发表），当二化螟和稻蛀茎夜蛾混合发生时，近田埂10 m 左右的范围内对螟虫的防治效果往往显得更直观一些。上述为单纯种植香根草的防治效果，当我们采取措施提高稻田生态系统中的天敌的情况下，种植香根草对二化螟的控制作用会达到更远的距离、更好的防治效果。在台州温岭市大溪镇，我们种植了蜜源植物，田埂上留花留草以提高天敌数量和功能。结果表明，以丛间距4 m在稻田田埂上单行种植香根草条带，两条平行田埂上香根草行间距50 m的情况下，在种植香根草的第3年，整个田块越冬代二化螟幼虫平均虫口减退率84.2%，且不同距离上效果均匀（表3、图3）。这说明大田实际应用中，香根草条带间的平行距离可以在50 m或以上，对稻田螟虫的有效作用距离超过25 m。 香根草的控制作用随着种植年限的增加而显现的效果越好，因此，我们推荐香根草在田间的种植布局是：丛间距3～5 m，行间距50～60 m。

此外，诱虫植物的播期对害虫的控制效果有重要影响，播期适当，才能使之在主栽作物的关键时期或整个生长期保持比主栽作物对害虫有更强的引诱力[1718]。其关键是寄主植物的物候期与害虫着卵量密切相关[1920]。香根草为多年生宿根性植物，每年3月上旬开始抽芽生长，4月-7月进入快速生长期抽生大量分蘖，7月下旬-10月中旬生长平缓，但仍有不少新生分蘖。螟虫喜在新生分蘖上产卵钻蛀，香根草的营养生长期几乎覆盖整个水稻生育期，因此在整个水稻生长期香根草对二化螟都保持着强烈的引诱作用。为保证香根草多抽生新分蘖强化对二化螟的引诱效果，在7-8月份应对香根草刈割和追肥。

除了诱集害虫这一主要作用，诱虫植物还给天敌提供避难和繁殖场所，诱虫植物上诱集到的害虫为作物田繁殖大量的天敌，诱虫植物在调控害虫的同时还起到天敌库的作用[2122]。在实际应用中，在种植布局香根草的同时，我们推荐稻田田埂留种杂草和种植蜜源植物，这样可以进一步保护和提高天敌数量，强化基于诱虫植物香根草技术体系的对二化螟的生态控制作用。试验中，我们观察到种植香根草的稻田二化螟寄生蜂尤其是卵寄生蜂的多样性和丰盛度显著高于对照田，有关研究结果将另文发表。

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（責任编辑：田喆）

作者：郑许松鲁艳辉钟列权黄贤夫徐法三姚晓明徐红星吕仲贤

工程香根草技术应用分析论文 篇2：

香根草对重金属镉的积累及耐性研究

摘要: 通过香根草的水溶液培养,研究了不同浓度的镉对香根草的生理和生态的影响.结果表明:香根草富集的镉主要被累积在根内,最高富集系数达到24.06%.溶液Cd浓度与香根草根内Cd的累积量显著正相关(r=0.9874),与根的耐性指数呈显著负相关(r=-0.9436).低浓度Cd(≤1 mmol•L-1)处理使根系活力和硝酸还原酶(NR)活力随时间呈现先增后降的趋势,中、高浓度Cd (≥1.5 mmol•L-1)处理使根系活力呈显著下降的趋势,且浓度越高,下降幅度越大.化学形态分析表明,在香根草体内Cd的NaCl提取态占绝对优势,在根和茎叶内的平均占52.06%和64.03%.可以认为香根草在镉胁迫下其氮代谢,呼吸作用,植物的生长发育受到一定程度抑制,但其对镉仍具有较强的耐性和富集能力.

关键词: 香根草;镉;富集系数;根系活力;硝酸还原酶

Study of the Cadmium Accumulation and Tolerance of Vetiveria zizanioides

LIU Yun guo, SONG Xiao-chen, WANG Xin,MIN Zong-yi, Liu Si mian

(College of Environmental Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)

key words: Vetiveria zizanioidesCadmiumBioconentration factor(BF)root activitynitrate reductase

重金属污染对生物有机体能产生严重的影响,其在食物链中的生物富集对人类和生态环境极具危险性1.近年来,随着镉矿床的开采以及有色金属冶炼、电镀、玻璃、陶瓷、油漆、制药、化纤等工业的发展,大量含镉的“三废”物质被排放到周围环境中,土壤中镉污染也越来越严重.而重金属的治理对环保工作者而言一直是个难题2.特别是重金属污染严重的矿区,其生态恢复和重金属污染土壤的治理尤为困难.

香根草(Vetiveria zizanioides)为生长在热带地区的多年生禾本科植物, 该植物的根系发达,可纵深生长达3米多,并为网状分布,生长速度快,同时具有适应性强、生物量大、易栽培、好管理等特点,被广泛的应用于水土保持、道路塌方滑坡治理、生态环境治理、

收稿日期:2009-05-23

基金项目:“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006BAD03A1704,2006BAD03A1706)

作者简介:刘云国(1955-),男,湖南常德人,湖南大学教授,博士生导师

通讯联系人,E-mail: liuyunguo@hnu.cn

退化生态系统的恢复、富营养水体的净化,

以及对重金属污染和其他污染物生物恢复

等方面 3,4,5. 已有研究表明,香根草是一种对铅,锌等重金属尾矿的修复很有效的植物6. 镉(Cd) 对植物生长发育的抑制主要源于其对植物生理代谢的影响,包括氮、水化合物、硫酸盐的同化以及水分代谢7,8,9,10.在高浓度Cd的胁迫下,大部分植物由于体内必需养分的运输被切断,生物产量急剧下降.尽管如此,不同类型或同一类型不同品种植物对 Cd 的适应仍存在很大的差异.不少植物种类能在高浓度 Cd 环境中正常生长 ,表明这些植物在长期进化过程中形成了对 Cd 等重金属的忍耐防御机制 .近年来关于植物耐Cd的研究已经取得了一定进展 ,逃避、解毒、螯合效应、抗氧化系统的防御作用及耐Cd 的基因控制被认为是几种很重要的耐性机制11.

目前,对植物修复重金属污染的研究多集中在单一时间点重金属在植物体内的积累及植物对重金属毒害的生理生态效应等方面12,13.而重金属对植物影响随時间变化的动态规律鲜有报道.本文以香根草为对象,研究其在加入了不同浓度重金属镉溶液的水培溶液中随时间推移其表现的生长生理反应,分析了Cd在香根草体内的化学形态,香根草对镉污染的耐性和生物富集能力.以期为利用香根草对重金属污染地区进行生态恢复等方面的工作提供参考依据.

1 材料与方法

1.1植物培养

供试植物香根草取自湖南省宁乡县坝塘镇香根草种植基地.

自来水冲洗干净,选取大小一致的植株,茎修剪长约为 25~30cm,根修剪长为10cm,在 1/4Hoagland营养液中预培养1周后 (已长出比较旺盛的根系),开始进行 Cd处理,共设6个处理,以 Cd(NO3)2浓度计,浓度分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0 、2.5 mmol•L-1,每个浓度设3个重复.营养液连续温和通气,每天更换一次,pH值用 0.1 mol•L-1 HCl或 0.1 mol•L-1NaOH调节,维持在 7.0左右,处理 15 d.

1.2实验方法

1.2.1表观生长状况

判断植株外伤症状,参考秦天才14 目测估计方法,将香根草植株的外伤症状分为4级:正常生长(无伤害) ,目测不到伤害症状;轻度伤害,仅叶稍及中心部位部分失绿或转为黄绿色;中度伤害,中心部位及外围叶不同程度失绿;重度伤害,植株干枯,部分叶片焦黄失绿.收获第15d样本,录根长,计算根的忍耐指数15.

耐性指数=

含重金属溶液中生长的最长根的平均值 不含重金属溶液中生长的最长根的平均值 •100%

1.2.2 Cd含量测定

在1、2、3、4、5、7、9、11、13、15d每个时间点收取各处理的整株植物样本,蒸馏水冲洗干净,吸水纸吸干表面水分,小心分成根、茎叶2部分.置于烘箱中120℃烘干1h ,再置于恒温干燥箱中60℃干燥6h. 以一定比例硝酸一高氯酸消化,用0.2%的硝酸定容.,.使用AA700型原子吸收分光光度仪(美国PE公司)测定其中Cd的含量.计算不同时间香根草根对Cd的富集系数及Cd从香根草根向地上部转移的转运系数.

富集系数= 植物体内重金属含量介质中重金属含量 •100%

转运系数= 植物地上部重金属含量植物地下部重金属含量 •100%

1.2.3根系活力和硝酸还原酶活性的测定

收取样本, TTF法16测定根系活力,活体法17测定茎叶内的硝酸还原酶活性. 取样时间同1.2.2.

1.2.4 Cd的化学形态分析

收取第15d样本,采用逐步提取法分析香根草根部和茎叶内Cd的化学形态18,提取剂及提取顺序为80%的乙醇、去离子水、1 mol•L-1的NaC1溶液、2 V•V-1醋酸、0.6 mol•L-1的盐酸.

2 结果与分析

2.1Cd2+处理香根草的生长状况

香根草在各处理下根的生长和植物表观症状如表1所示.香根草苗自处理的第8d起2.0和2.5 mmol•L-1Cd处理组开始出现明显的受伤症状 如表1所示,这些症状的出现表明香根草在随浓度变化出现不同程度的中毒.香根草的根在0到2.5mmol/l的Cd中均有生长,表1的数据表明忍耐指数和培养浓度显著负相关(相关系数r=-0.94362).香根草在0.5 mmol•L-1的镉中的忍耐指数最高,达到91.18%,在2.5 mmol•L-1的镉中的忍耐指数最低,为40.20%.表明香根草对高浓度的镉具有较强的忍耐性.

表1香根草根长,外伤状况和忍耐指数

Table 1External symptoms,root length and its corresponding tolerance index under Cd stress

处理浓度/(mmol•L-1) 根长/cm 忍耐指数/% 表观症状

8d 10d 15d 外伤程度

0 10.2 100 A A A 正常生长

0.5 9.3 91.18 A A A 正常生长

1.0 6.4 62.75 A A B 轻度伤害

1.5 5.7 55.88 A B CE 轻度伤害

2.0 4.8 47.06 B BE CF 中度伤害

2.5 4.1 40.20 C CE DF 重度伤害

注:A无明显异常B部分叶片转为黄绿;C部分叶片转为黄色;D部分叶片呈干枯状;E茎下部出现褐色斑点;F茎下部出现大面积褐色斑块

2.2香根草对不同浓度Cd2+的富集

香根草根和茎叶对镉的吸收和积累与时间的关系如图1所示.统计分析图1的结果表明,香根草根部的镉含量与培养液的镉添加量之间的相关均达显著水平(r=0.9874),尽管根部对镉的吸收和积累与营养液剂量明显相关,茎叶中的cd含量也随时间而增加,但镉在茎叶中的积累的量远远低于根部. 图1也同时表明, 不同组的香根草对镉的吸收速率的变化是相似的.香根草对镉的吸收总量随时间延长而增加,但增加的幅度随时间延长而减少, 2至4d内的吸收量最大,8d 时香根草对营养液中镉的吸收基本上已趋于饱和,这种现象可能与香根草体内镉的含量增加有关.因为香根草体内镉含量增加会减小与外界镉的浓度差,使吸收速率下降.

(A)镉在香根草茎叶中的积累 (B)镉在香根草根部的积累

图1 香根草体内积累的镉与时间的关系

Fig.1 Relationship between time and amout of accumulated Cd in V.zizanioides

香根草在不同浓度的转运系数和根富集系数如表2所示.可知转运系数在各处理浓度下均不足8%,并且随处理浓度的升高呈降低趋势(r=0.916496),在2.5 mmol•L-1 时仅有4.06%.说明Cd在香根草体内的迁移却极大的受到限制.就根而言 ,香根草根对Cd离子有非常大的富集能力,0.5 mmol•L-1中最高达到了34%,高度浓度Cd的胁迫下,富集系数仍可达到15.12%.尽管香根草随培养液中镉浓度的增高其吸收镉的量也不断增大,富集系数却随着培养液中镉浓度的增大而降低.

表2Cd浓度0.5到2.5 mmol•L-1处理后香根草的转运系数和根的富集系数

Table 2The root accumulation factor and translocationfactor of V.zizanioides after treatment with Cd concentration ranging from 0.5 to 2.5 mmol•L-1

处理浓度mmol•L-1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

转运系数(%) 7.06 5.47 4.73 4.09 4.06

根富集系数(%) 24.06 17.91 16.68 15.52 13.71

2.3 Cd2+处理香根草根活力的变化

根系活力随时间变化的关系如图2所示.可知,不同浓度的Cd对香根草根系的影响不同.低浓度Cd(≤ 1 mmol•L-1) 处理使根系活力呈现先增后降的趋势,在处理早期(1至3d)根系活力高于对照, 3d时根系活力达到了最大值 ,0.5 mmol•L-1与 1.0 mmol•L-1分别为 对照的 1.57和 1.30倍,随后几天处理植株根系活力呈现下降趋势,且随时间的推后趋于平缓.1.0 mmol•L-1處理下降幅度大于0.5 mmol•L-1处理,且均低于对照(对照植株根系活力呈现较平稳的趋势).中、高浓度Cd,处理使根系活力呈现显著下降趋势,均低于对照,且浓度越大,根系活力下降幅度越大.说明香根草体内的Cd累积量增加,镉污染对香根草根系活力抑制作用急剧增加,而根系的抵抗作用逐渐消失,因而对根系生长发育产生了显著的抑制,以至15d时 2.5 mmol•L-1对香根草产生严重毒害作用.

2.4 Cd2+处理香根草硝酸还原酶活力的变化

硝酸还原酶活力随时间变化的关系如图3所示.实验表明,在1d内,除0.5和1.0 mmol•L-1组的NR稍高于对照组,对照组无明显变化外,其余各组都呈下降趋势,1d后各组都有明显的下降,1到5d内,NR的表达量迅速减小,5d以后趋势减弱,但仍缓慢下降.各处理组随培养液中Cd浓度的增加下降幅度增大.2.5 mmol•L-1组NR下降速度最快,在第6d时已经基本无法测出,2.0,1.5 mmol•L-1分别在第7和第9d也无法测得.到15d时测得的各组的NR皆到达最低值.表明Cd的存在能对NR产生较强烈的影响.

图2 镉处理香根草根系活力与时间的关系

Fig.2 Relationship between time and root activitiy in V.zizanioides under Cd stress

图3 镉处理香根草硝酸还原酶活力与时间的关系

Fig3 Relationship between time and NR in V.zizanioides under Cd stress

2.5 Cd2+的化学形态

香根草根和茎叶内Cd的化学形态如表3所示.实验结果表明从不同形态镉含量占总量的比例来看,根和叶片内均以NaCl提取态镉占绝对优势,根内所占的百分比为50.6%到55.6%,平均52.06%.;在叶片内的比例为62.2%到64.3%平均为64.03%.其次根内在0.5到1.5 mmol•L-1处理组中为去离子水提取态,并且随处理浓度的升高所占比例依次减小,相反,醋酸的比例增大,在2.0和2.5 mmol•L-1Cd处理中所占比例为第二位的为醋酸.其它形态的含量相对较低.它们的大小顺序在叶片内保持:FWater>FEthanol>FHAc> FHCl>FResidue,并且在不同处理浓度中的变化很小.

表3香根草根和叶片内不同Cd化学形态的含量

Table 3Contents of different Cd chemical forms in v. zizanioides seedling leaves and roots

處理 FEthanol FWater FNaCl FHAc FHCl FResidue

含量 比例 含量 比例 含量 比例 含量 比例 含量 比例 含量 比例

茎叶 0.5 2.05 9.38 2.80 12.81 14.05 64.30 1.45 6.64 1.05 4.81 0.45 2.06

1.0 2.18 8.57 3.06 12.03 16.60 65.39 1.73 6.80 1.25 4.92 0.58 2.28

1.5 2.60 8.85 3.78 12.84 19.05 64.81 1.80 6.12 1.49 5.07 0.68 2.31

2.0 2.70 9.21 3.83 13.04 18.60 63.43 1.90 6.48 1.60 5.46 0.70 2.39

2.5 2.80 8.89 4.23 13.41 19.60 62.23 1.90 6.03 1.72 5.46 1.25 3.97

根 0.5 65.40 16.03 98.80 24.22 206.50 50.61 32.40 7.94 4.20 1.03 0.69 0.17

1.0 81.00 13.71 135.30 22.90 299.60 50.71 68.80 11.65 5.30 0.90 0.76 0.13

1.5 82.20 10.74 140.90 18.41 393.20 51.38 139.50 18.23 8.50 1.11 0.95 0.12

2.0 89.60 10.13 158.30 17.90 456.50 51.63 171.20 19.36 7.50 0.85 1.02 0.12

2.5 101.00 7.48 214.60 15.89 755.90 55.96 267.50 19.80 9.70 0.72 2.02 0.15

注:F是状态(form)的英文缩写

3讨论

3.1 Cd对香根草氮代谢的影响

Cd可以通过抑制NR的活性,减少氮的吸收及转运 ,引起氮化谢的变化.在胁迫条件下,必需元素尤其是硝酸盐的变化,能引起基因表达和酶活性的变化.在一些植物中,Cd对硝酸盐及其同化都产生影响.由NR催化硝酸盐还原成亚硝酸盐是氮同化途径的限速步骤 19.

由实验可以看出,Cd对 NR活性有很强的影响,特别是高浓度下NR活性下降迅速.Cd抑制 NR活性在菜豆已有报道,Gouia等20还发现,Cd显著影响硝态氮的吸收.Cd的累积不仅影响硝酸盐的转运而且还影响其在 NR催化下还原成亚硝酸盐.Cd处理下香根草中NR表达量的减少,可能是由于 Cd对硝酸盐的抑制导致NR基因转录速率的降低.

3.2 Cd对香根草根生长的影响

实验中,Cd的存在明显抑制了根的生长.根生长受阻的原因是多方面的:首先,Cd对香根草根生长的影响与根系脱氢酶的活性有关,根系脱氢酶主要参与根系矿物质营养的吸收与运输,实验早期低浓度组的根系活力即脱氢酶活性增强,这可能是根系对低浓度镉胁迫有一定的应激能力,通过提高呼吸作用来缓解镉胁迫的伤害,但是随着处理时间的延长,强的呼吸代谢造成能量的过多消耗,同时Cd的积累量增加,抑制了脱氢酶的活性,导致根系活力下降,抑制了植株的生长.再次,实验中,香根草在高浓度Cd胁迫下,大量 Cd 进入植物体后,大多数积累在根的生长部位,进而破坏细胞内染色体和核仁.直接影响细胞的分裂和生长,从而表现为对根伸长的抑制及形态的改变.随着体内Cd的增加内部细胞受到不可逆伤害,高浓度胁迫下香根草呈现一定的中毒症状.同时,由实验可以看出,在Cd处理的后期,根系活力变化的范围较小,呈现出较为稳定的的趋势,这可能是对Cd适应的结果.

3.3香根草体内Cd的化学形态和其对Cd的耐受性

不同形态重金属镉的溶解度差异很大,所以香根草的耐Cd性和Cd在香根草体内的移动性也与Cd在其体内的存在形态密切相关 .许嘉林等于1991年对农作物中重金属化学形态进行了研究21, 结果表明,Cd 在植物中的化学形态与Cd 在植物体内的迁移大小有联系, 其中以乙醇可提取态和水溶态(水溶性、有机酸盐镉的形态)Cd 迁移活性最强, 氯化钠提取态(镉与果胶酸盐与蛋白质结合态或呈吸着态)次之, 醋酸和盐酸提取态(镉与磷酸盐的结合态)迁移活性最弱.

杨居荣等1995年的研究结果表明,植物耐Cd性强弱,同Cd胁迫下植物体内形成的重金属结合蛋白有关18.Cd污染条件下香根草体内Cd的存在形态分析显示,在香根草的根部和叶片内 ,Cd都以氯化钠提取态占绝对优势,表明进入香根草体内的Cd多为果胶酸盐和蛋白质结合态或呈吸着态.这是因为Cd对蛋白质的巯基和其它一些侧链有很强的亲合力,在植物体内Cd常与蛋白质发生结合.这种结合形态一方面可减少游离Cd的含量,使其有效性和移动性降低,从而避免其对植物体内的其他组织产生伤害;但另一方面,Cd可能与体内的酶和功能蛋白结合,有些巯基是活性部位的必须基团,这种结合可以导致酶和蛋白质的失活,或者取代蛋白反应中心的必需金属Ca、Fe、Zn,释放自由离子,诱发氧化胁迫.造成生理生化代谢过程紊乱,进而影响植物的生长发育.在较低Cd浓度处理的根内,水和乙醇提取态Cd占的比例也相当大,仅次于氯化钠提取态,0.5 mmol•L-1处理组中,占根部总Cd量的40%.也就是说,此时香根草根内相当大一部分Cd处于自由态.而在2.5 mmol•L-1处理组中,水和乙醇的所占比例为26.随Cd处理浓度的增加,氯化钠提取态和醋酸提取态所占比例都有所增加, 这表明Cd由活性较强的化学形态向活性较弱的转移.因此,向活性较弱的结合形态转移也可能是香根草耐Cd的机制之一.

重金属对植物的毒害作用及植物的耐受性,主要与植物对重金属的吸收与运输、在植物体内各部位的分配以及与植物体内物质的结合形态等因素有关.本实验结果表明.在不同浓度的Cd胁迫下,进入香根草体内的绝大部分Cd被富集在根部.而迁移至其它部位的较少,该结果与Ye的研究结果相似22.根细胞壁中存在大量交换位点,能将重金属离子固定在这些位点上.Cd在细胞中的分布, 已有学者进行过研究,Nishizono等在1987年报道23,Athyrium yokoscense根所吸收的重金属中有70%～90%累集在根尖细胞壁上, 这种沉积阻止了Cd 进入原生质,从而减轻了地上部分各器官的毒害作用.一定程度上提高了香根草的耐Cd性.另外在Cd向地上部运输质外体途径中,推测有某种机制阻止自由态的Cd进行跨质膜转运和木质部装载,进而限制了Cd向地上部的转移23.Cd在香根草体内具体的迁移机制尚未明确,有待进一步的研究.

4结论

1)Cd对香根草硝酸还原酶活力,根系活力, 根系的生长发育产生了抑制.在≥1.5mmol•L-1的Cd处理中NR的活性迅速降低,影响了香根草体内的氮代谢;Cd对根系活力的影响随处理浓度的升高而降低,并且在后期表现出一定的适应性;香根草根系的伸长和Cd处理浓度明显负相关,在2.5 mmol•L-1Cd处理中基于根的忍耐指数仍达到40.20%,表现出了一定的耐性.

2)香根草对Cd的吸收能力与培养液中Cd的浓度密切相关.香根草根部的富集系数在0.5 mmol•L-1中可达24.06.香根草对Cd的富集同时受其本身抗逆性的影响,当体内重金属积累到一定的量后,香根草受到损伤,富集能力有一定降低.

3)香根草采用的耐镉机制主要是限制Cd从地下部到地上部的转移.在根内使Cd以活性较弱的化学形态存在,或者从较高活性向较低活性形态转移是限制Cd在香根草内迁移的重要机制.

研究发现,相对于其他植物,香根草对重金属有较强的抗逆性并且根部对重金属的富集能力强,香根草体内的Cd向地上部分的迁移比例小,通过昆虫和动物进入食物链的风险也相对较小.这些优点使其在根际过滤技术方面的应用和矿山地区的水土保持,植被恢复,防止地下水的污染等方面具有巨大的潜力.

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作者：刘云国 宋筱琛 王 欣 闵宗义 柳思勉

工程香根草技术应用分析论文 篇3：

浅析香根草的栽培管理方法

摘要：香根草由于自身在保持水土方面的效果显著，逐渐得到重视，并广泛应用于世界诸多地区。由于香根草自身的局限性，导致其在繁殖方面的周期比较长，影响到其大规模的繁殖。本人根据自身专业知识，结合香根草的具体特性，对香根草的栽培管理方法进行系统论述，以期对香根草的栽培管理提供一点建议和意见，促进香根草的进一步推广。

关键词：香根草 栽培管理 方法

一、香根草概述

香根草是一种产于热带地区的禾草，在17世纪之后逐渐被引入世界其他地区。由于其自身的特性，对保持水土有很好的效果，所以被广泛应用于世界各地的水土保持工作。香根草除用于水土保持外，还在公路和铁路边坡的保护，水库、堤坝、河岸的稳固，风沙地的防风固沙，金属尾矿和采石场的复垦，污染水体的净化，垃圾场和工业污染区的生态恢复等方面都有良好效果。当香根草被作为纽带植物，与其他抗性强且适合当地的乔木、灌木、草本、藤本有机搭配，形成一个多层配置的系统，并在需要时辅以简单的工程措施，用于治理水土流失，恢复退化生态系统和改良环境时就被称之为“香根草生态工程”。目前香根草生态工程已在中国南方地区广泛推广应用，并在实践中证明它是一种十分有效的水土保持与环境治理生物措施。由于香根草的神奇功效，香根草技术大受青睐。但是，香根草不结实，通常只是靠分蔸繁殖，繁殖速度相对较慢。结果，一时间香根草种苗供不应求，价格居高不下。于是，一些单位或个人开始自繁种苗解决工程所需或繁苗销售。可是，这些单位或个人的繁苗方式五花八门，且普遍存在这样或那样的问题。而且有些用户因繁苗方法不当，导致香根草的分蘖速度很慢，结果还以为是种源的问题。为了让大家取得良好的繁苗效果，现结合过去的繁苗经验以及系统的试验观测，总结出如下繁殖栽培与管理方法，以期能为今后更好地开展香根草的繁育工作提供参考。

二、香根草栽培管理方法

1、苗圃的地段选择尽量在阳光充足的地区

香根草对光照要求较高，遮光会对其生长产生明显的负面影响。例如，在76．8％的遮光条件下，遮光3个半月，结果，8个月后，遮光处理平均每丛的分蘖数仅8．57个，而全日照下的达15．68个，后者比前者高出83％。不仅如此，遮光还严重影响香根草的株高生长和生物量的积累。

2、土壤肥沃，不要有积水

尽管香根草对土壤的要求不严，并且能在非常贫瘠的土壤和十分恶劣的环境中生长，但它还是和其他植物一样，更适合在肥沃的土壤中生长。根系在疏松深厚的土体中可很快长到2 m多深，但在粘实或积水的土体中则很难达到这一深度。香根草的原产地虽然是湿生甚至是水生环境，但渍水并不利于香根草的分蘖形成，完全淹水时，哪怕只是间断性的，香根草也几乎不产生新的分蘖，时间过长，可能还会导致部分分蘖甚至整株被淹死。实验观测表明，香根草完全淹水70 d左右就可能导致整株死亡。

3、正确适当的施肥

香根草是一种非常耐瘠瘦的植物，当土壤较肥沃时，施肥对它的生长几乎不会产生促进作用。如果土壤较贫瘠时，施肥可明显促进它的株高生长和分蘖数增加两层。应特别注意的是，香根草对磷有特别的偏爱，在缺磷土壤上，香根草的

长势会变得非常弱。

4、种植前将香根草地上部分剪至30～40cm。根系剪至5～15 cm

在起苗移栽前，人们通常都会割掉香根草的“尾巴”，只保留离地面一定高度的茎秆，以利于分蔸移栽。这样做还有利于香根草的成活返青，因为它大大减弱了植物因蒸腾作用所导致的水分散失。但是，至于该剪掉多少“尾巴”，即保留地上部分多高，似乎很少有人在刈割的时候考虑过。实验观测表明，剪割离地面30～40 cm的高度最有利于植物分蘖。Yoon的观测也表明，40cm的高度是最好的。当然，如果种苗挖掘后要经过长距离运输后才移栽(如上山护坡)，为了减少运输的体积和重量，剪割至20～30 cm是完全可考虑的。虽然剪割“尾巴”是人们繁育种苗或上山移栽不可缺少的一步，但极少有人考虑移栽前剪去过长的根。早在50年前，就有人观测到香根草移栽时保留15 cm长的根系比保留4 cm的根系在3个月内平均增加分蘖8．2％。应该说，这一增幅并不明显。实验观测也表明，当根系长度不超过15 cm时，移栽时不同的根长对日后的生长发育无显著性影响(P>0.05，。n=6)，尽管保留5 cm长的根系可能会对产生新分蘖的促进效果更好些。不过，过长的根系，如1 5 cm以上，很可能会使香根草返青的时间延迟，生长与分蘖速度减慢，因为，根系太长在种植时极易使其在土体内折曲、盘缠，结果。严重抑制了根系活力。

5、种植密度适宜

合理密植是任何作物栽培都必须遵循的原则，香根草当然也不例外。由于香根草高大，生长与分蘖速度都较快，在一定范围内，随着株行距的增大，香根草的分蘖速度加快。然而，过大的株行距虽然会提高每丛分蘖数，但是单位面积的分蘖总数反而会下降。作者多年的田间观测表明，种苗繁育时要想在单位面积内获得最多的株数，保持20 cm×30～40 cm的株行距比较理想。除株行距外，每丛的种植数量也是一个值得考虑的因子。理论上，在种苗充足的情况下，每丛株数越多越好。但在实际操作中，一般是每丛种植3～4株，这既可保证有较高的分蘖系数，又能保证达到最高的成活率。但在种苗不够的情况下，每丛种植1株(即1个分蘖)不失为一种好的补救措施，这不仅保证种植面积，更重要的是，平均每个分蘖所增加的分蘖数通常最高。而且，田间观测也发现，每丛种单蘖，1年的分蘖系数最高能达68，而每丛种2蘖或多蘖则几乎不可能达到这个值。但是，单蘖难以保证成活，一旦死亡就形成缺株，这将导致其成活率相对较低。因此，在种源足够的情况下，还是不要种单蘖的好。实际上，种植香根草时不要武断规定每丛种几株。将大丛香根草分开时，沿易于分开的地方分，直至难以再分为止，这样形成的一小丛通常是1～4株。这每一小丛就是一个栽培单元。强行撕裂往往会导致较高的死亡率，也不利于香根草移栽后返青与生长。

香根草由于对保护水土的效果显著，被广泛应用，而对于其栽培管理的研究也取得了很大的进步。本人在认真研究香根草栽培管理相关技术的基础上，查阅了相关研究文献。在文中详细分析了香根草栽培和管理的方法，希望可以为有需要的人士提供一点帮助，文中不妥之处还望指出。

作者：唐家松