以青藏高原为代表的生态脆弱区的交通建设面临着很大的生态挑战与问题。中国对青藏高原地区生态环境保护高度重视，2023年颁布的《中华人民共和国青藏高原生态保护法》提出了科学实施国土绿化的要求。但在这一区域，气候干旱、寒冷，植物生长缓慢，可用于恢复的植物种类少。冻融、水力及风力侵蚀强烈，地表草毡层薄，破坏后植被难恢复，土壤难稳定。青藏高原地区是交通基础设施建设“留白”较多的区域，未来还将继续强化交通基础设施建设，必然会对青藏高原草地的草毡层造成破坏，引发水土流失^[1]。

青藏高原草地是世界上最大的天然高寒草地，其中高寒草甸面积达1.2×10⁶ km^2[2]，占整个青藏高原面积2.54×10⁶ km^2[3]的47.2%(也有研究显示高寒草甸占了60%^[4])。高寒草甸是维持地区畜牧业生产、实现水源涵养、维护生态平衡的重要资源^[5-6]。高寒区草甸类型以高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸为主，面积为4.5×10⁵ km^2[7]，分别占高寒草甸的37.5%及青藏高原面积的17.7%。高山嵩草草甸的草毡层具有较强的冻土保护、水土保持及水源涵养能力^[4]，是区域生态环境保护的重要对象，也是保障公路、铁路路基稳定的重要自然资源。将扰动区草皮剥离与堆存，并在工程完工后进行复植利用，是交通、矿山类工程建设中广泛采用的植被保护与恢复措施^[8-9]。但区域草皮复植技术应用通常效果不理想^[10]。工程建设中，草皮通常要经历剥离、堆放与复植等环节，各个环节均可能对其活力产生影响。尤其是在堆放环节，草皮可能面临多种极端环境胁迫，包括草块间的压力、遮光，堆放期的水分胁迫、温度改变等，但前期研究只关注了温度的影响^[11]，仍缺少关于水分胁迫与遮光叠加影响的研究。在实践中，大多标准规范要求在草皮堆放中浇水养护，补充水分可能会有利于草皮的生理活动，但在草皮缺乏光照条件时对其活力保存究竟是否有利也缺乏证据。对植物的逆境胁迫影响方面，也有研究针对多种逆境胁迫要素的研究，如师生波等^[12]研究了土壤干旱和强光2种因子作用对青藏高原高山嵩草光合功能的影响。但这种自然环境的逆境胁迫程度很弱，远无法与工程建设的胁迫条件相比。尤其是草皮的压埋，会造成光照完全缺失，遮蔽会完全遮挡下层的水分补给，这种极端性、多要素环境胁迫影响在自然环境胁迫中尚极少见。为此，本研究通过在室内模拟建设工程中遮光、浇水及二者叠加的环境胁迫，研究其对高山嵩草生理与成活的影响，为高寒区草皮保护实践提供依据。

试验采用的草皮块取自西藏自治区G561公路K34+000~K34+200段北侧(30°15′N，91°13′E)，海拔高度为4 105 m，植被类型为高寒草甸草地，群落总盖度为92%。优势种为高山嵩草，分盖度约为73%，伴生种有矮生嵩草(Kobresia Humilis)、钉柱委陵菜(Potentilla Saundersiana)、美头火绒草(Leontopodium Calocephalum)、紫花针茅(Stipa Purpurea)等。2020年8月3日，选取生长均匀的原生草皮，剥离20 m²草皮块，运至林芝市某农场温室大棚(29°40′N，94°20′E)，海拔高度为2 970 m，养护7 d后进行试验。

试验地点位于林芝市巴宜区尼洋河畔河谷地带，属于高原温暖半湿润气候，年日照时数为2 000 h，年均温度为8.8 ℃，最冷月均温度为0.2 ℃，最热月均温度为15.6 ℃，昼夜温差大。试验的温室东、西、北面3面为砖混结构，南面塑料薄遮挡，距地面0.8 m以下不覆膜。试验期间温室内日间气温为25~31 ℃，夜间温度为9~13 ℃。试验期间遮光棚与非遮光棚温度差异不超过2 ℃。

为减少每次取样时的切割分析对草皮块的干扰，将草皮块预切割成10 cm×10 cm×10 cm的若干小块，用锡箔纸包裹每块草皮的根土层。根据试验处理方式置放于遮阴或透光的塑料棚膜内，棚高为1.0 m，长宽为1.4 m，棚膜下部开敞通气。对草皮块设置全遮光+浇水、全遮光、全光照、全光照+浇水4种处理方式，其中，全遮光+浇水、全光照+浇水处理的草皮块每天称重，并浇水补充所损失的水分。全遮光、全光照处理的草皮块试验期间不补充水分。

植物在逆境胁迫下，其光合作用、水分利用效率、渗透调节物质和抗氧化酶活性等生理指标特征常通发生变化。测试相关生理特征指标可为植物适应性评估提供参考。其中，叶片叶绿素总量可反映光合特征，脯氨酸和丙二醛含量可反映渗透调节特性，超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶含量可反映抗氧化酶活性。这些指标对于解释植物受高温、水分与光照胁迫下的生理反应有着重要作用^[13-15]。本研究选择上述6个生理指标，结合草皮块生长与成活覆盖度的判断，研究各处理方式对植物的影响。其中生理指标测定参考李合生^[16]、高惠璇^[17]的试验方法，即叶绿素总量采用乙醇浸提法，脯氨酸80%丙酮浸取法；超氧化物歧化酶采用水溶性四唑盐法；过氧化物酶采用愈创木酚法；过氧化氢酶采用钼酸铵法；脯氨酸含量采用茚三酮法；丙二醛含量采用TBA比色法。

在处理后第3，6，9，12，15 d进行生理指标测试并测定植株高度，剪下地上叶片并置于液氮中冻存，用于实验室测定各生理指标。处理后第15，30，45，60，75 d测定铺植草皮块成活覆盖度，即将试验草皮块恢复正常条件1周后测定返青植物所占的比例，并与最初高山嵩草的覆盖度相比，估算相对成活覆盖度。每种处理方式每个日期重复测定3次。

采用单因素方差分析计算4种处理方式在不同指标之间的效应，多重比较采用最小显著差异法，显著性水平P < 0.05时具有统计学差异。使用IBM SPSS Statistics20进行数据分析，使用Excel 2021软件整理绘制数据图。生理与生长指标综合评价时，利用SPSS的因子分析功能进行主成分分析。

各处理方式下植物根系及叶片含水率如图 1所示。图中字母表示差异显著程度：凡有一个相同标注字母的，即为差异不显著；凡是不同标注字母的，即为差异显著。由图可见，模拟胁迫处理对植物叶片、根系组织含水率产生了显著的影响: 全遮光、全遮光+浇水这2种处理方式显著比全光照、全光照+浇水处理的叶片组织含水率低(P < 0.05)，全光照+浇水处理下根系组织含水率最高。全遮光+浇水、全遮光处理诱发的叶片组织含水率更高，缺光处理方式通过影响植物蒸腾作用，继而对草皮地下与地上部分的水分平衡产生了影响。

图 1 各处理方式下植物根系及叶片含水率 Fig. 1 Water contents of plant roots and leaves with different treatments

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不同处理方式下植物生理指标如图 2所示。由图可见，叶绿素含量由高到低排序为：全光照、全光照+浇水、全遮光、全遮光+浇水。全光照、全光照+浇水处理方式的叶绿素含量达到与全遮光、全遮光+浇水处理方式的3~4.5倍，且全光照与全光照+浇水处理方式之间、全遮光+浇水与全遮光处理方式之间叶片叶绿素含量也达到显著性水平，遮光与浇水对供试草皮块叶绿素含量产生负面影响(见图 2(a))；全光照、全遮光处理方式较全光照+浇水、全遮光+浇水的脯氨酸含量显著高，浇水显著降低了叶片脯氨酸含量(见图 2(b))；各处理方式间丙二醛的含量差异不显著(见图 2(c))。

图 2 不同处理方式下植物生理指标 Fig. 2 Plant physiological indicators with different treatments

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不同处理方式下植物酶活性如图 3所示。由图可见，全遮光处理的植物超氧化物歧化酶活性最高，与其他处理方式之间达到极显著水平，而其他处理方式间差异不显著(见图 3(a))；全光照较全光照+浇水处理方式下的过氧化物酶活性显著高，而全遮光处理方式下过氧化物酶活性最高(见图 3(b))；全光照、全遮光+浇水处理方式的过氧化氢酶活性最高，其次为全遮光处理方式，全光照+浇水处理方式的过氧化氢酶活性最低(见图 3(c))。结果表明：遮光与浇水均会对叶片叶绿素含量产生显著负面影响，浇水不利于叶片脯氨酸含量的积累，遮光与浇水对叶片丙二醛含量影响不显著；遮光与浇水对叶片组织酶活性影响较为复杂，全遮光+浇水与全光照处理方式之间超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性与过氧化氢酶活性均无显著差异，全遮光+浇水处理方式下超氧化物歧化酶活性及过氧化物酶活性均较全遮光处理方式低。

图 3 不同处理方式下植物酶活性 Fig. 3 Plant enzyme activity with different treatments

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通过主成分因子分析法可以确定各影响因子的权重，排除过多人为因素影响，其获得的权重完全基于数据本身。由于各指标测定衡量尺度不一致，为了更进一步分析不同处理方式对高山嵩草植物生理与酶活性的综合影响差异，对6个生理与酶活性原始指标及2个植物生长指标数据进行标准化处理。首先进行主成分分析，先检验数据是否适用主成分分析，数据的KMO统计量为0.524(大于0.5)，巴特利特球形度检验显著性小于0.05，这说明变量之间具有一定的相关性，可以进行主成分分析；再利用SPSS软件求出各指标主成分的特征值与方差贡献率(见表 1)，并建立相关系数矩阵；根据累积贡献率确定主成分，按照特征值大于1的原则，建立3个主成分模型^[18]；利用SPSS软件进行主成分分析，得到初始因子载荷F_ij，如表 2所示。

根据表 1与表 2进一步得到3个主成分的初始权重模型为：

(1)

(2)

(3)

将3个主成分的权重模型根据方差贡献率进行加权平均，再对权重进行归一化处理^[19]，得到最终各因子权重为：

(4)

根据因子权重贡献模型，进一步计算获得各处理方式的综合分值，如图 4所示。图中，箱形图由下至上短横线分别表示最小值，一四分位数、中位数、三四分位数、最大值。由图可见，全光照+浇水处理方式的综合分值中位数相对较低，而全光照方式最高，全遮光+浇水与全遮光处理方式的综合分值中位数介于上述二者之间。这一结果表明采用中位数值大小并不能准确反映逆境胁迫对植物的负面影响程度，还需要结合植物成活指标进行综合判断。此外，全光照+浇水与全光照这2种处理方式的综合分值最大值和最小值的差异较小，而全遮光+浇水处理方式下差异最大。

图 4 各处理方式综合分值 Fig. 4 Comprehensive scores of various treatments

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株高增长(见图 5)是植物在暗黑环境中的一种徒长，对贮存养分消耗大，对其长远的成活会产生不利影响，也不可持续。模拟堆放期，全遮光+浇水、全遮光处理植株高度较全光照处理与全光照+浇水显著增加，这表明2种处理方式下植物生长活动仍较旺盛，其中以全遮光+浇水处理方式下最大。试验中全遮光+浇水、全遮光在第9 d时即达到了峰值并开始下降，显示了养分对植物生长已支撑不足。全遮光较全遮光+浇水处理株高增长量小，这表明其生长活动更弱。

图 5 高山嵩草株高增长 Fig. 5 Increase of Kobresia pygmaea height

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从草皮相对成活覆盖度来看，各处理方式也有较大差异，12 d后就出现了完全的分离，总体表现的优劣依次为全光照+浇水、全光照、全遮光、全遮光+浇水。相对成活覆盖度变化如图 6所示。

图 6 高山嵩草相对成活覆盖度变化 Fig. 6 Kobresia pygmaea relative survival coverage variation

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从衰减时长来看，约30 d全遮光处理的草皮相对成活覆盖度降为0，植物活力持续时间最短；其次为全遮光+浇水处理方式，约60 d成活覆盖度降为0；全光照处理方式即便经过了75 d，相对成活覆盖度仍有40%；全光照+浇水处理的草皮相对成活覆盖度也出现了较大降低，75 d时降至约70%，在几种处理方式中表现最好，同时也表明试验地气候环境条件可能对高山嵩草会造成不利影响，使其相对成活覆盖度下降。高山嵩草属于高寒草甸的建群植物，其对温凉气候环境适应性较强，而在试验区域相对温度较高，这可能对其生长与成活同样构成了高温胁迫，从而不利于其成活。

本试验结果表明，遮光、浇水等处理方式影响了植物组织含水率，使地上地下水分分配失衡，降低了叶片叶绿素总量水平，从而影响了植物光合作用，同时还会改变植物细胞渗透作用调节物质。但不同处理方式的影响效应有差异，在本试验模拟的工程建设草皮堆放影响条件下，全遮光+浇水处理下植物的生理与成活表现差于全遮光处理。

(1) 叶绿素含量

干旱胁迫时，叶绿素含量表现出增加^[20-21]。在轻度干旱胁迫时叶绿素含量增加，但在中度和重度干旱胁迫下会降低，所以植物叶绿素呈现出随干旱胁迫程度加剧而呈现先升高后降低的趋势^[22-23]。关于干旱引起叶绿素变化的原因，有研究认为是由于干旱造成的植株叶片失水，使叶绿素含量发生变化^[24]；中重度干旱下，会导致叶绿素及其前体物质代谢失衡，最终使叶绿素含量下降^[25]。干旱胁迫条件下, 叶片叶绿素含量、相对含水率与植物抗旱性能相关^[24]。高山嵩草作为青藏高原地区工程建设剥离草皮中的建群种类，本研究表明，极端遮光降低了高山嵩草叶绿素含量，在排除了植物叶片相对含水率引起的叶绿素含量的变化之后，全遮光仍较全遮光+浇水处理叶绿素含量更高，即全遮光反倒较全遮光+浇水对高山嵩草更为有利。

(2) 渗透物质及酶活性

生物和非生物胁迫(低温、高温、高盐、干旱、病虫害等)会造成植物体内脯氨酸含量增加，降低逆境胁迫对植物造成的伤害，维持植物正常生长发育^[26]。作为一种防御响应的渗透调节物质，随着渗透胁迫程度的加深，脯氨酸含量与丙二醛含量随着盐^[27]、干旱^[28]胁迫强度的增强而增加。但一些研究表明^[29-30]，随着胁迫程度的加重(光照强度减弱)，叶片脯氨酸、丙二醛含量会呈现先减小后升高趋势。此外，不同植物种类^[31]、同一植物不同物候期^[32]、同一物候期不同季节^[33]的脯氨酸含量也不同。抗氧化酶增强植物在逆境胁迫下的耐受能力，在植物逆境胁迫的防御响应下有着重要作用^{[14, 34]}，本研究中各处理方式抗氧化酶活性均较全光照+浇水高，这表明在逆境应急下耐受能力增强。全遮光处理的超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性均较全遮光+浇水处理高，而全遮光+浇水处理仅过氧化氢酶活性高。

(3) 植物生长的胁迫效应

高等植物在环境胁迫下会采用暂停生长提高其在不利条件下存活的策略，如研究表明干旱胁迫时可降低植物生长指标，包括株高、根长和新鲜生物量^[13]。从试验草皮块的生长指标来看，全遮光+浇水处理方式更易导致植物的徒长与养分消耗，导致长期成活植被覆盖度较全遮光更低, 而适度干旱更利于草皮堆存期间活力的保存。

前人研究结果表明，逆境胁迫对同一生理指标会造成数值升高或降低的复杂影响，这种复杂性可能与不同植物种类及胁迫条件有关，本研究中对酶活性指标也反映出了这一特征。主成分分析结果显示，全遮光+浇水处理方式下各因子综合分值差异较大，这种差异可能是植物受到极端不利影响的表现。在全遮光+浇水处理方式下，最快约30 d草皮活力就衰减为0，全遮光处理方式下也仅需要约60 d。在低温堆存时，可适当延长植物活力。结合西藏自治区的林周-当雄公路工程实践，5月份堆叠的草皮至8月份铺植后也可造成90%以上的死亡率。同时也表明，在实践中草皮活力损失速度非常快，工程实践中广泛采用的草皮堆叠式存放方式完全遮蔽了阳光，十分不利于草皮成活，如果再频繁浇水，更会加速其死亡。

本研究模拟剥离草皮堆放中遮光、浇水及二者结合处理方式对高山嵩草生理指标与生长、成活的影响，结果表明影响的严重程度依次为全遮光+浇水、全遮光、全光照、全光照+浇水处理方式。在早期遮光下，高山嵩草营养生长加强，株高增量显著，植物体内养分消耗大，叶绿素含量也显著下降；全遮光+浇水较全遮光处理方式对植物的影响更大，综合影响分值差异最大，植物活力降低极为迅速。

草皮堆放中应尽量采用立体堆放，或采用支架方式改善透光条件。在不得不采用堆叠式保存草皮的情形下，浇水养护应着重于保障表层草皮的成活，避免在堆体内补充过多水分，造成草皮生理活动旺盛，引发植物养分过度消耗与活力衰减；同时尽量缩短堆存时间，生长季的堆放时长不宜超过3个月。