黃慧青，周林濤，安勐潁，濮陽雪華

(1. 深圳市日昇園林綠化有限公司，廣東 深圳 518040；2. 北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所，北京 100083；3. 北京市第十八中學(xué), 北京 100078)

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保水劑對海濱雀稗抗旱性的影響

黃慧青1，周林濤1，安勐潁2,3，濮陽雪華2*

(1. 深圳市日昇園林綠化有限公司，廣東 深圳 518040；2. 北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所，北京 100083；3. 北京市第十八中學(xué), 北京 100078)

為了探討干旱條件下不同種類和不同施用量的保水劑對海濱雀稗光合作用及生理特性的影響，本試驗(yàn)對海濱雀稗施用了3種不同保水劑S1、S2和S3，每種保水劑施用量均為0、10、20和30 g/m2，在自然干旱條件下連續(xù)處理28 d，以正常管理作為對照組。結(jié)果表明，同單一干旱脅迫相比，保水劑提高了土壤含水量，增加了根系生物量和根系活力，改善了坪觀質(zhì)量，緩解了葉片相對含水量和葉綠素含量的下降，減少了電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量的上升，同時(shí)，保水劑還提高了凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度。因此，保水劑可以提高海濱雀稗的抗旱性，并且抗旱性隨著保水劑施用量的增加而增強(qiáng)。在施用量相同時(shí)，不同種類的保水劑對海濱雀稗抗旱性的影響存在一定差異，3種保水劑保水抗旱的效果依次為S1>S2>S3。

海濱雀稗；保水劑；抗旱性；生理特性

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程日益加快，城市水資源的匱乏也日趨嚴(yán)峻，尤其是在北方干旱、半干旱地區(qū)，同時(shí)，在濕潤和半濕潤的南方地區(qū)，由于降水的不均勻性也會(huì)出現(xiàn)周期性、季節(jié)性或臨時(shí)性的干旱，草坪綠地灌溉用水也因此逐漸受到限制[1-2]。水是影響草坪草生長的重要環(huán)境因子之一，干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致草坪草的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化代謝機(jī)制發(fā)生相應(yīng)的改變[3]。因此，如何利用有限的水資源，提高水分利用效率，減少草坪綠地灌溉用水，已經(jīng)成為草坪研究亟待解決的問題之一。

保水劑(Super absorbent polymers, SAP)是由強(qiáng)吸水性樹脂制造而成的一種具有極高的吸水保水能力的高分子聚合物，它能快速吸收和保持高于自身重量百倍甚至千倍的水分，并且可以多次重復(fù)利用[4]。由于保水劑具有良好的保水性和穩(wěn)定性，因此，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。大量研究表明，保水劑能夠有效改良土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤保水和釋水能力，提高水分利用效率，進(jìn)而促進(jìn)作物生長發(fā)育，改善作物經(jīng)濟(jì)性狀，提高作物產(chǎn)量[5-10]。關(guān)于保水劑對草坪草出苗和幼苗生長的影響，對草坪草生長和抗逆性的影響，對草坪土壤水肥和理化性狀的影響等方面，國內(nèi)外眾多學(xué)者也進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究[11-21]。目前，國內(nèi)外保水劑品種繁多，施用效果與植物種類、施用方法和施用量等因素密切相關(guān)，然而，關(guān)于不同用量保水劑對提高暖季型草坪草抗旱性的相關(guān)研究較少，尤其是保水劑對草坪鋪植初期耐旱性影響的報(bào)道甚少。

海濱雀稗(PaspalumvaginatumSwartz)是一種隸屬禾本科的多年生暖季型草本植物，廣泛分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，坪觀質(zhì)量優(yōu)美并且能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的逆境條件[22]。近年來，南方地區(qū)頻發(fā)的季節(jié)性干旱在一定程度上影響了其建植和坪觀質(zhì)量。本研究在自然干旱脅迫下，探討了不同種類和不同用量的保水劑對海濱雀稗生理特性的影響，以期為科學(xué)、合理及高效的選擇和施用保水劑，提高草坪草的抗旱性提供可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試草坪材料為海濱雀稗，由清遠(yuǎn)市美村生物技術(shù)有限公司提供。試驗(yàn)選用的3種保水劑分別由臨沂沃華生物工程有限公司、浙江國美園藝有限公司和河南神潤生物科技有限公司生產(chǎn)提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2014年11月在深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院西麗湖校區(qū)玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行。將成坪的海濱雀稗草皮塊鋪植于內(nèi)徑20 cm，深度16 cm的塑料花盆中，盆中基質(zhì)由營養(yǎng)土和蛭石按3∶1混合而成。鋪植草皮前將保水劑按不同用量與盆中上層10 cm基質(zhì)混合均勻后再裝入盆中，正常管理4周后進(jìn)行干旱處理。試驗(yàn)以正常澆水管理作為對照組(CK)，處理組采用自然干旱脅迫，分別施用3種保水劑(以S1、S2和S3表示)，每種保水劑的施用量分別為0 g/m2(T0)，10 g/m2(T1)，20 g/m2(T2)和30 g/m2(T3)。試驗(yàn)設(shè)置4次重復(fù)。干旱脅迫處理28 d后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定、取樣與分析。

1.3 測定方法

土壤含水量(SWC)采用TDR土壤水分測定儀測定土壤表面以下10 cm深度的土壤體積含水量，每盆隨機(jī)選取3處測定。

坪觀質(zhì)量(TQ)采用1～9分制進(jìn)行評(píng)分[23]。

葉綠素(Chl)含量采用95 %乙醇浸提測定[24]。葉片相對含水量(RWC)采用烘干法測定[24]。電解質(zhì)滲透率(EL)采用電導(dǎo)率儀法測定[24]。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法測定[24]。根系生物量采用烘干法測定[25]。根系活力采用TTC法測定[25]。

凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)及氣孔導(dǎo)度(Gs)采用Li-6400便攜式光合測定系統(tǒng)進(jìn)行測定。測定時(shí)采用紅藍(lán)光源，光量子通量密度(PPFD)設(shè)定為600 μmol·m-2·s-1，CO2濃度380 μmol·mol-1，葉片溫度25 ℃，相對濕度60 %。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013和SPSS 18.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用SigmaPlot 10.0進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑對干旱脅迫下土壤含水量的影響

干旱脅迫處理28 d后，未施用保水劑的土壤含水量較對照組平均降低了84.17 %(圖1)。除S3保水劑在施用量為10 g/m2時(shí)與單一干旱脅迫處理無顯著差異外，其余用量的保水劑均在一定程度上顯著提高了土壤含水量，并且隨著保水劑施用量的增加，土壤含水量也逐漸增加。與單一干旱脅迫相比，3種保水劑施用量為30 g/m2時(shí)，土壤含水量分別增加了103.31 %、95.76 %和78.51 %。此外，在施用量為20和30 g/m2時(shí)，S1保水劑的保水效果顯著優(yōu)于S3保水劑。

CK(對照組)=正常管理；T0=0 g/m2保水劑+干旱脅迫；T1=10 g/m2保水劑+干旱脅迫；T2=20 g/m2保水劑+干旱脅迫；T3=30 g/m2保水劑+干旱脅迫。同一種保水劑，不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。同一處理間，不同大寫字母表示不同保水劑間差異顯著(P<0.05)，下同圖1 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗土壤含水量的影響Fig.1 Effects of SAP on soil water content of Paspalum vaginatum under drought stress

圖2 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗坪觀質(zhì)量和葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of SAP on turfgrass quality and chlorophyll content of Paspalum vaginatum under drought stress

2.2 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗坪觀質(zhì)量和葉綠素含量的影響

干旱脅迫顯著降低了海濱雀稗的坪觀質(zhì)量(圖2A)和葉綠素含量(圖2B)，與對照組相比，未施用保水劑的坪觀質(zhì)量已經(jīng)處于6分以下的不可接受水平，葉綠素含量平均降低了71.51 %。除S3保水劑在施用量為10 g/m2時(shí)與單一干旱脅迫處理無顯著差異外，其余用量的保水劑均顯著提高了坪觀質(zhì)量和葉綠素含量，并且隨著保水劑用量的增加，坪觀質(zhì)量和葉綠素含量均呈現(xiàn)上升趨勢。與單一干旱脅迫相比，3種保水劑施用量為30 g/m2時(shí)，坪觀質(zhì)量均達(dá)到6分以上的可接受水平，葉綠素含量分別增加了1.86、1.54和1.30倍。在保水劑施用量相同時(shí)，3種保水劑對海濱雀稗坪觀質(zhì)量和葉綠素含量的影響存在一定的差異，總體而言，S1和S2保水劑對坪觀質(zhì)量和葉綠素含量的增加效果顯著高于S3保水劑。

2.3 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗葉片相對含水量的影響

干旱脅迫下，未施用保水劑的海濱雀稗的葉片相對含水量較對照組平均降低了62.62 %(圖3)。除S3保水劑在施用量為10 g/m2時(shí)與單一干旱脅迫處理無顯著差異外，其余用量的保水劑均顯著緩解了葉片相對含水量的下降，并且隨著保水劑用量的增加，葉片相對含水量也逐漸增加。在保水劑的施用量為30 g/m2時(shí)，與單一干旱脅迫相比，3種保水劑使葉片相對含水量分別增加了114.45 %、116.40 %和93.34 %。在保水劑施用量相同時(shí)，S1和S2保水劑比S3保水劑對葉片相對含水量的作用效果更為顯著。

2.4 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量的影響

干旱脅迫顯著增加了海濱雀稗的電解質(zhì)滲透率(圖4A)和丙二醛含量(圖4B)，與對照組相比，未施用保水劑的電解質(zhì)滲透率平均增加了4.39倍，丙二醛含量平均增加了2.50倍。與單一干旱脅迫相比，3種保水劑均在一定程度上減少了電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量的增加，并且隨著保水劑用量的增加，其作用效果也更加明顯。在施用量為30 g/m2時(shí)，3種保水劑使電解質(zhì)滲透率分別降低了67.73 %、61.34 %和52.16 %，使丙二醛含量分別降低了49.07 %、43.30 %和32.97 %。在保水劑施用量相同時(shí)，S1和S2保水劑對電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量上升的緩解效果顯著優(yōu)于S3保水劑。

2.5 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗光合特性的影響

干旱脅迫顯著降低了海濱雀稗的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度(表1)，與對照組相比，未施用保水劑的凈光合速率平均降低了89.95 %，蒸騰速率平均降低了83.71 %，氣孔導(dǎo)度平均降低了82.42 %。

圖3 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗葉片相對含水量的影響Fig.3 Effects of SAP on leaf relative water content of Paspalum vaginatum under drought stress

圖4 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量的影響Fig.4 Effects of SAP on electrolyte leakage and malondialdenhyde content of Paspalum vaginatum under drought stress

3種保水劑均在一定程度上減緩了凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的下降，并且隨著保水劑用量的增加，其作用效果也更加明顯。在施用量為30 g/m2時(shí)，與單一干旱脅迫相比，3種保水劑使凈光合速率分別升高了6.00、5.45和4.44倍，使蒸騰速率分別增加了3.80、2.93和2.24倍，使氣孔導(dǎo)度分別增加了2.63、2.33和1.51倍。在保水劑施用量相同時(shí)，3種保水劑對海濱雀稗凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的影響存在一定的差異，總體而言，S1保水劑對光合特性的作用效果顯著優(yōu)于S3保水劑。

2.6 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗根系生物量和根系活力的影響

干旱脅迫顯著降低了海濱雀稗的根系生物量(圖5A)和根系活力(圖5B)，與對照組相比，未施用保水劑的根系生物量平均降低了34.92 %，根系活力平均降低了45.67 %。與單一干旱脅迫相比，施用10 g/m2的保水劑對根系生物量無顯著的增加作用，施用20 和30 g/m2的保水劑均顯著增加了根系生物量。除S3保水劑在施用量為10 g/m2時(shí)與單一干旱脅迫處理無顯著差異外，其余用量的保水劑均顯著增加了根系活力。在施用量為30 g/m2時(shí)，3種保水劑使根系生物量分別增加了43.27 %、32.92 %和27.31 %，使根系活力分別增加了66.96 %、68.75 %和42.61 %。此外，在施用量為30 g/m2時(shí)，S1保水劑對根系生物量的增加作用顯著優(yōu)于S3保水劑，并且S1和S2保水劑對根系活力的增加作用顯著優(yōu)于S3保水劑。

表1 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗光合特性的影響

圖5 保水劑對干旱脅迫下海濱雀稗根系生物量和根系活力的影響Fig.5 Effects of SAP on root biomass and root activity of Paspalum vaginatum under drought stress

3 討論與結(jié)論

由于保水劑施入土壤能夠?qū)⑽盏乃志徛尫牛瑥亩鴾p少水分的無效蒸發(fā)，降低水分的滲透速度，因此，保水劑能夠有效提高干旱脅迫下海濱雀稗土壤的含水量，這與前人的研究結(jié)果相一致[4,8,26]。同時(shí)，較高的土壤水分能夠維持根系正常的生理代謝，減少干旱脅迫對草坪草的傷害。根系生物量和根系活力是影響草坪草吸收水分和養(yǎng)分的關(guān)系因素，也與草坪草的抗旱性密切相關(guān)[25,27]。田娜[28]等和楊永輝[29]等的研究表明，保水劑可以提高垂盆草和小麥的根系活力和根系生物量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫下保水劑能在一定程度上提高海濱雀稗的根系生物量和根系活力，這將有助于其吸收土壤水分和養(yǎng)分以滿足正常的生理代謝，進(jìn)而提高海濱雀稗的抗旱性。

坪觀質(zhì)量是評(píng)價(jià)草坪質(zhì)量好壞最直接的綜合性指標(biāo)，葉綠素則是植物光合作用不可或缺的重要物質(zhì)。本研究結(jié)果表明，施用保水劑緩解了干旱脅迫所導(dǎo)致的海濱雀稗坪觀質(zhì)量和葉綠素含量的降低。研究表明，保水劑本身并不參與葉綠素的合成，但是其通過提高土壤含水量來減輕干旱脅迫對植物的傷害，從而間接提高葉綠素含量[30]。韓玉玲[30]等和羅華[31]等的研究同樣表明保水劑可以提高植株的葉綠素含量。葉片相對含水量能夠直接反應(yīng)干旱脅迫后植物體內(nèi)水分的虧缺狀況，因而可以間接表明該植物抗旱性的強(qiáng)弱。本試驗(yàn)中，保水劑緩解了干旱脅迫下葉片相對含水量的下降，這與楊永輝[32]等的研究結(jié)果相一致。

電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量是反應(yīng)植物細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷程度和膜脂過氧化程度的重要指標(biāo)[33]。本研究表明，干旱脅迫導(dǎo)致海濱雀稗電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量顯著升高，施用保水劑后二者含量顯著降低。劉刊[17]對黑麥草抗旱性的研究也表明，保水劑可以有效降低電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量。這表明干旱脅迫可能引發(fā)或加劇植物細(xì)胞膜脂的過氧化，使膜系統(tǒng)遭受損傷，而保水劑能夠有效緩解干旱脅迫對膜系統(tǒng)造成的傷害，提高草坪草的抗旱性。

大量研究表明，干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致草坪草凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的下降[14,34-35]。這是由于干旱脅迫會(huì)引起植物葉片水勢降低，導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度下降，蒸騰速率也隨之降低，同時(shí)光合作用的底物二氧化碳進(jìn)入細(xì)胞也會(huì)受阻，進(jìn)而限制了光合速率。此外，干旱脅迫下葉綠素含量的下降也會(huì)進(jìn)一步限制植物的光合速率[36]。由于保水劑在施入土壤后能夠保持部分水分并能在植物需要的時(shí)候釋放水分，同時(shí)保水劑還可以改變土壤的孔隙度和物理結(jié)構(gòu)，減少水分的散失，從而使植物葉片始終保持較高的水勢，因此，保水劑可以提高干旱脅迫下海濱雀稗的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，這與韓玉玲[30]等和肖芳[37]的研究結(jié)果相一致。但是，馬行[14]等和陳寶玉[38]等研究表明，干旱脅迫下施用保水劑會(huì)進(jìn)一步降低植物的蒸騰速率，這可能與保水劑的用量和干旱脅迫的時(shí)間等因素有關(guān)，關(guān)于其真正的原因還有待于進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)中，雖然不同種類的保水劑在某種程度上都可以提高海濱雀稗的抗旱性，但是同等用量下其保水抗旱的效果存在一定的差異，這可能與保水劑的制作原材料和工藝等因素具有一定的關(guān)系。此外，同種保水劑不同用量對提高海濱雀稗的抗旱性也存在較大的差異，若繼續(xù)增加保水劑的施用量，其保水抗旱效果是否進(jìn)一步增強(qiáng)還有待于進(jìn)一步研究。因此，在條件允許的情況下，實(shí)際應(yīng)用中大面積施用保水劑前最好可以通過小面積的試驗(yàn)確定最佳施用量，以避免盲目施用而達(dá)不到最佳效果。

綜上所述，不同種類和不同施用量的保水劑對提高海濱雀稗的抗旱性存在一定的差異。同單一干旱脅迫相比，適宜用量的保水劑可以保持相對較高的土壤含水量、根系生物量和根系活力，提高凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，緩解葉綠素含量和葉片相對含水量的下降，減輕干旱脅迫對細(xì)胞膜的傷害，從而保持較高的坪觀質(zhì)量，提高海濱雀稗的抗旱性。

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(責(zé)任編輯 李山云)

Effects of Super Absorbent Polymers on Drought Resistance ofPaspalumvaginatum

HUANG Hui-qing1, ZHOU Lin-tao1, AN Meng-ying2,3, PUYANG Xue-hua2 *

(1.Shenzhen Risheng Gardening Co., Ltd, Guangdong Shenzhen 518040, China; 2.Institute of Turfgrass Science, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 3.Beijing No.18 High School, Beijing 100078, China)

To investigate the effects of different super absorbent polymers (SAP) with different application amount on photosynthesis and physiological characteristics ofPaspalumvaginatumunder drought stress, the plants were managed for 28 days under natural drought condition after applying three different kinds SAP with 0, 10, 20 and 30 g/m2, the plants under normal management condition were set as the control group. The results showed that SAP increased soil water content, root biomass and root activity, improved turfgrass quality, alleviated the loss of leaf relative water content and chlorophyll content, reduced the increase of electrolyte leakage and malonaldehyde content, when compared with single drought stress. Moreover, SAP also enhanced net photosynthetic rate, transpiration rate and stomatal conductance. Therefore, the drought resistance ofPaspalumvaginatumcould be improved by SAP, and the drought resistance was increased with the increase of SAP application amount. The differences of SAP effects were found among different kinds SAP with the same application amount, and the rank of anti-drought and water-retention effects in three kinds SAP was S1>S2>S3.

Paspalumvaginatum; Super absorbent polymers; Drought resistance; Physiological characteristics

1001-4829(2016)08-1828-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.013

2015-08-04

深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目“城市綠地節(jié)水綜合技術(shù)研究”(CXZZ20140418110342522)

黃慧青 (1982-)，女，廣東和平人，風(fēng)景園林工程師，E-mail: huanghuiqing1982@163.com,*為通訊作者:E-mail: puyangxuehua@163.com。

S688.4

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