尚明娟，曹 駿，常智慧

(1.北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所，北京 100083； 2.江蘇省宜興市林場(chǎng)，江蘇 宜興 214200)

污泥對(duì)草坪草逆境生理的影響

尚明娟1，曹 駿2，常智慧1

(1.北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所，北京 100083； 2.江蘇省宜興市林場(chǎng)，江蘇 宜興 214200)

日益增長(zhǎng)的污水處理副產(chǎn)物——污泥的處置問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，將污泥應(yīng)用于草坪草的種植被認(rèn)為是污泥資源化利用的可行途徑之一。本文綜述了污泥對(duì)草坪草逆境生理影響的研究進(jìn)展，眾多研究表明，適宜用量的污泥對(duì)草坪草葉綠素及光合效應(yīng)、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶系統(tǒng)均有有益影響，能提高其應(yīng)對(duì)逆境的適應(yīng)能力；過(guò)量施用污泥則會(huì)影響草坪草的生長(zhǎng)，不同的草種對(duì)污泥施用量的要求不同。污泥能提高草坪草抗逆性的原因可能是由于污泥富含多種營(yíng)養(yǎng)元素和生物活性物質(zhì)，但其提高草坪草抗逆性的內(nèi)在機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

生物污泥；草坪草；抗逆；光合效應(yīng)；礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)；抗氧化酶系統(tǒng)

凈化污水產(chǎn)生的副產(chǎn)物被稱為污泥(sewage sludge)，它由多種微生物形成的菌膠團(tuán)與其吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成[1-2]。世界水環(huán)境組織(The Water Environment Federation，WEF)將生物污泥(biosolid)定義為“一種能夠有效利用的富含有機(jī)質(zhì)的城市污泥產(chǎn)生物”[3]。目前，常見(jiàn)的污泥處置方式為干化、焚燒、投海處理、衛(wèi)生填埋、厭氧消化、制作建筑材料、土地利用等[4]。污泥中含有一定量的重金屬離子、有機(jī)污染物、病原微生物等有害物質(zhì)，因此未經(jīng)處理而丟棄的污泥會(huì)引起環(huán)境污染[5]。2014年，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所與國(guó)內(nèi)外知名機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起成立了全國(guó)污泥處理處置促進(jìn)會(huì)，認(rèn)為要從根本上實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的改善，解決好污泥的處置問(wèn)題勢(shì)在必行[6]。隨著人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，草坪在園林景觀中的作用越來(lái)越重要。將污泥應(yīng)用于草坪草的栽培，因其不會(huì)進(jìn)入人類的食物鏈而更具安全性，是污泥資源化利用的新型有效途徑之一。

近年來(lái)，全球氣候異常、極端天氣頻發(fā)、溫度變化異常等現(xiàn)象日益突出，不利于植物生長(zhǎng)和生存[7]。有研究認(rèn)為，污泥含有土壤有機(jī)質(zhì)和生物活性物質(zhì)，可以作為植物的營(yíng)養(yǎng)源，也可作為堿性穩(wěn)定材料(浸灰劑)施用[8]。污泥中富含一些重要的礦質(zhì)元素，如N、P、K、Ca和Mg，可以提高土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量[9]，為植物的生長(zhǎng)提供必要的元素[10]，此外污泥中含有的生物活性組分(如腐殖酸、氨基酸和植物激素等)[11-12]，可提高草坪草的生長(zhǎng)以及其對(duì)非生物脅迫的耐受力[11,13]。在一些歐洲國(guó)家，已將污泥廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐[10]。

如果將污泥廣泛用于草坪建植，不僅能提高草坪草對(duì)各種非生物逆境脅迫的抗性，而且有利于解決我國(guó)污泥處置難題。為此，本文從污泥的主要成分及作用，污泥對(duì)草坪草葉綠素含量及光合效應(yīng)、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶系統(tǒng)的影響等方面，總結(jié)近年來(lái)有關(guān)污泥和污泥堆肥對(duì)草坪草逆境生理的影響研究成果，以期為污泥在草坪建植中的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 污泥的主要成分及其作用

顆粒細(xì)小、含水率高、有機(jī)物含量高、容易腐化發(fā)臭、呈膠狀液態(tài)是污泥的主要特性。污泥中富含多種營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)(表1)，可以看出，國(guó)內(nèi)外污泥可能由于加工工藝不同，其理化性質(zhì)差異較大。污泥可以直接影響土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[14]。Mingorance等[14]用石灰穩(wěn)定處理的污泥改良礦山土壤，發(fā)現(xiàn)可以提高礦山土壤的pH、電導(dǎo)率、有機(jī)碳含量以及土壤脫氫酶活性，用改良45 d后的礦山土種植的黑麥草(Loliumperenne)較由未改良土種植的黑麥草具有更高的生物量。

除了基本的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之外，污泥中含有生物活性物質(zhì)(biologically active substances，BAS)，其中已經(jīng)被證明并且分離出來(lái)的有腐殖酸、氨基酸、維生素和生長(zhǎng)素[16-17]，而腐殖酸和生長(zhǎng)素對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆性有明顯的促進(jìn)作用[11]。生物污泥中生物活性物質(zhì)(BAS)也許可以通過(guò)直接向植物提供生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)或者通過(guò)激活相關(guān)微生物活性為植物提供營(yíng)養(yǎng)或激素，從而提高植物的產(chǎn)量[12]。除了單獨(dú)使用污泥，Dede和Ozdemir[18]研究發(fā)現(xiàn)用污泥和榛子殼混合作為基質(zhì)種植的草坪較污泥與鋸末等物質(zhì)混合栽培的草坪具有更好的生長(zhǎng)狀況。

美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(Environmental Protection Agency，EPA)1993年出臺(tái)了應(yīng)用和處理污泥標(biāo)準(zhǔn)(Standards for the Use or Disposal of Sewage Sludge)，其中引用了美國(guó)40 CFR 503條款中對(duì)生物污泥土壤應(yīng)用和填埋污泥的金屬含量限制做了數(shù)值規(guī)定，并且詳細(xì)說(shuō)明了病原體的去除及病原菌載體(蚊蠅或嚙齒類動(dòng)物)的吸附去除。條款根據(jù)處理后生物污泥中病原體的含量，將生物污泥分為A級(jí)和B級(jí)[19]，其中A級(jí)污泥具有更高的安全性和更廣的應(yīng)用范圍。美國(guó)廣泛采用的污泥凈化方式是石灰穩(wěn)定[19]。我國(guó)對(duì)污泥的要求有詳細(xì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[20]，但并沒(méi)有劃分污泥的等級(jí)。

1.1 污泥中的腐殖酸及其作用

活性污泥吸附污水中的腐殖質(zhì)，使其較難進(jìn)行生物降解。酸堿溶解性能的不同使腐殖質(zhì)可分為以下3類：可溶于堿液的胡敏酸(humic acid，HA)，既溶于堿液也溶于酸液的富里酸(fulvic acid，F(xiàn)A)和二者都不溶的腐黑物(胡敏素，humin)[21]。有學(xué)者采用國(guó)際腐殖酸協(xié)會(huì)(International Humic Acid Association，IHSS)推薦的方法研究發(fā)現(xiàn),污泥中腐殖酸含量約占總固體的14.6%，其中主要是胡敏酸，占90.6%；堿提取法獲得的腐殖酸占總固體的5.5%，其中胡敏酸占71.7%。污泥中胡敏酸的C元素含量為57.2%，富里酸的C元素含量為46.8%，H/C值說(shuō)明污泥中腐殖酸含較多的脂肪結(jié)構(gòu)，O/C值說(shuō)明污泥腐殖酸中的含氧官能團(tuán)含量較小[22]。

腐殖酸中的胡敏酸、富里酸和胡敏素3種成分均對(duì)植物的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用[23]。國(guó)內(nèi)關(guān)于腐殖酸對(duì)植物生長(zhǎng)的作用研究時(shí)間較久[24]。早在20世紀(jì)80年代，梅慧生等[24]從大田試驗(yàn)中觀察到腐殖酸鈉(由富含腐殖酸原料加入氫氧化鈉而制成)具有類似植物激素的作用，植株苗期對(duì)腐植酸鈉的反應(yīng)表現(xiàn)為葉色深綠、莖稈茁壯、根系發(fā)達(dá)，既像生長(zhǎng)素的效應(yīng)，又類似細(xì)胞分裂素的作用。他們應(yīng)用溶液培養(yǎng)方法研究了腐殖酸鈉對(duì)植物生長(zhǎng)的刺激作用發(fā)現(xiàn)，施加腐殖酸鈉延長(zhǎng)了番茄(Solanumlycopersicum)、棉花(Gossypiumspp.)、小麥(Triticumaestivum)等植物的苗期生長(zhǎng)，尤其促進(jìn)了根的生長(zhǎng)。此外，他們還發(fā)現(xiàn)腐殖酸鈉處理提高了植物幼苗應(yīng)對(duì)干旱、缺磷、低溫等逆境的能力[24]。有研究表明，腐殖酸肥因可以改善土壤結(jié)構(gòu)、改良土壤品質(zhì)、提高肥料利用效率，進(jìn)而使蔬菜增產(chǎn)、品質(zhì)提升而在蔬菜生產(chǎn)中具有十分重要的作用[25]。

1.2 污泥中的氨基酸及其作用

污水廠多采用活性污泥法處理生活污水[26]，產(chǎn)生的副產(chǎn)物污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)，其中30%～70%是蛋白質(zhì)[27]，提取污泥蛋白是近年發(fā)展起來(lái)的新型資源化技術(shù)[28]。Park等[29]認(rèn)為如果污泥有機(jī)質(zhì)中蛋白質(zhì)含量達(dá)到50%，由蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的氨基酸也會(huì)是污泥厭氧消化的主成分。Moon等[30]發(fā)現(xiàn)施用污泥與不施用對(duì)照相比可以提高大豆(Glycinemax)氨基酸(如谷氨酸)的含量。另有一些研究者致力于將污泥蛋白酸解成氨基酸再合成葉面肥的研究[31-32]，還有研究者發(fā)現(xiàn)微生物單細(xì)胞蛋白質(zhì)是污泥中有機(jī)成分含量最高的組分，是一種高價(jià)值飼料，從污泥中提取微生物單細(xì)胞蛋白具有很高的經(jīng)濟(jì)意義[33]。

1.3 污泥中的生長(zhǎng)素及其作用

生長(zhǎng)素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有重要作用，當(dāng)植物遇到干旱脅迫時(shí)，諸如生長(zhǎng)素、脫落酸等植物激素作為次級(jí)信使調(diào)控植物的響應(yīng)[34-36]。已有研究發(fā)現(xiàn)，污泥中含有具有活性的生長(zhǎng)素[37]，Zhang等[11]測(cè)量了不同處理污泥中的生長(zhǎng)素含量為0.5～2.4 μg·g-1,之后設(shè)計(jì)試驗(yàn)探究了污泥中生長(zhǎng)素含量提高是否可以增強(qiáng)在溫室中種植的草地早熟禾(Poapratensis)的生物適應(yīng)能力和抗旱性[11]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，污泥處理或單獨(dú)施加植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑吲哚丁酸(IBA)的處理在干旱條件下較沒(méi)有污泥和外源IBA的處理有更高的根際生物量，污泥能提高草地早熟禾的坪觀質(zhì)量，降低其萎蔫程度，含有生長(zhǎng)素的污泥可以增強(qiáng)植物在土壤水分受限期間的化學(xué)防御系統(tǒng)，從而提高植物的抗旱性。污泥的這種有益影響也許與增加了諸如生長(zhǎng)素之類的激素活性有關(guān)[8]。也有試驗(yàn)得出相似的結(jié)論，污泥處理的草地早熟禾葉片在水分脅迫條件下生長(zhǎng)素含量不僅沒(méi)有下降反而上升，從而抑制了由脫落酸介導(dǎo)的氣孔的關(guān)閉，使植物比無(wú)污泥處理的對(duì)照有更好的表型[38]。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)草地早熟禾遇到水分脅迫時(shí)，全污泥處理對(duì)其葉片生長(zhǎng)素含量的促進(jìn)作用更大[15]。

2 污泥對(duì)草坪草逆境生理的影響

近年來(lái)關(guān)于污泥對(duì)草坪草逆境生理方面的研究主要集中于污泥對(duì)草坪草葉綠素及光合效應(yīng)、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶系統(tǒng)等方面。

2.1 污泥對(duì)草坪草葉綠素含量及光合效應(yīng)的影響

在栽培基質(zhì)中加入污泥可提高正常條件下黑麥草(Loliumperenne)、高羊茅(Festucaarundinacea)、馬尼拉草(Zoysiamatrella)、草地早熟禾等草坪草的葉綠素含量及光合作用[39-43]。由于不同的污泥用量以及堆肥介質(zhì)的不同，各種草坪草葉綠素含量變化趨勢(shì)稍有不同[39-43](表2)。

表2 污泥對(duì)草坪草葉綠素含量及光合效應(yīng)的影響Table 2 Effect of biosolid on turf grass chlorophyll content and photosynthetic efficiency

注：表中均為適量的污泥對(duì)草坪草的影響。下同。

Note: The table are a certain amount of biosolid effect on the turfgrass. similarly for the following tables.

研究發(fā)現(xiàn)，泥土比為3∶13處理的黑麥草葉綠素總含量最高[39]。高羊茅泥土比為1∶7、3∶13和1∶3的處理總?cè)~綠素含量較對(duì)照分別高出44.8%、44.8%和54.5%，說(shuō)明施用污泥可以提高草坪草對(duì)光能的利用效率[39]。羅艷等[40]按不同質(zhì)量比將干化剩余污泥和土壤混合盆栽馬尼拉草的試驗(yàn)也得出了相似的結(jié)果。加入干化剩余污泥處理的葉綠素含量顯著高于未添加對(duì)照，且處理所含干化剩余污泥的比例越高，其生物量也越大。這說(shuō)明將干化剩余污泥混入基質(zhì)栽培馬尼拉草對(duì)其生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，且污泥用量越大促進(jìn)作用越強(qiáng)[40]。

也有研究得出相反的結(jié)論，他們發(fā)現(xiàn)隨著污泥與土壤重量比的增加，草地早熟禾葉綠素含量呈現(xiàn)波動(dòng)式變化，當(dāng)污泥與土壤重量比為10%時(shí)，其葉綠素含量為最高[41]。高等植物光合作用的主要色素是葉綠素a和葉綠素b，其含量的多少可在一定程度上反映光合作用的大小[42]。有研究表明，黑麥草葉片內(nèi)的葉綠素含量的變化趨勢(shì)與污泥用量變化的趨勢(shì)并不完全一致，污泥用量增加，葉綠素含量波動(dòng)變化，在施用量為25～30 g·kg-1時(shí)達(dá)到極大值[42]。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是污泥中豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在試驗(yàn)早期促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)；隨著試驗(yàn)的推進(jìn)，污泥中的重金屬等有毒物質(zhì)對(duì)植物的影響在試驗(yàn)后期顯現(xiàn)出來(lái)，表現(xiàn)為葉綠素含量下降；植物自身的抗逆性使葉綠素含量再次升高；當(dāng)外界脅迫超出植物自身調(diào)節(jié)能力時(shí)，植物無(wú)法正常生長(zhǎng)，葉綠素含量下降[42]。針對(duì)生物干化污泥對(duì)馬尼拉草坪生長(zhǎng)狀況的影響的研究得出了相似的結(jié)論，各處理隨著生物干化污泥用量的增加，葉綠素含量均顯著增加。但是施用量超過(guò)一定值后，葉綠素含量增加不顯著[43]。

針對(duì)污泥對(duì)草坪草光合效應(yīng)的影響，學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)隨污泥堆肥施用量的增加，高羊茅葉片凈光合速率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；早熟禾和黑麥草葉片凈光合速率隨污泥用量的增加而升高[2]。說(shuō)明污泥堆肥施用可提高植物的凈光合速率，促進(jìn)其生長(zhǎng)，高羊茅在低濃度下效果較好，早熟禾和黑麥草則在中高濃度下效果較好。

也有學(xué)者認(rèn)為污泥施加的時(shí)期對(duì)草本植物光合作用的影響至關(guān)重要。Singh和Agrawal[46]認(rèn)為春季施用污泥比夏季施用可引起植物更高的光合速率。Jurado和Wester[47]發(fā)現(xiàn)在發(fā)病季和生長(zhǎng)季之前施用污泥比在夏季施用污泥更有益于草坪草的生長(zhǎng)。

污泥除了可以提高正常生長(zhǎng)條件下草坪草光合效率外，也可提高處于脅迫條件下的草坪草光化學(xué)效率[37,44-45]。干旱的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉和新陳代謝受限，從而降低植物的光合速率[48]。Zhang等[37]研究表明，生物污泥在高羊茅最干旱的時(shí)期與未添加污泥對(duì)照相比光化學(xué)效率提高了14%。加入苜蓿(Medicagosativa)田的污泥可以通過(guò)促進(jìn)其N2的固定和硝酸鹽的同化兩條途徑，提高處于干旱環(huán)境下苜蓿的氮素供應(yīng)，從而提高處于逆境脅迫下苜蓿的光合速率和水分利用效率[44]。Antolín等[45]的研究也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)論，他們認(rèn)為以90%的珍珠巖和蛭石(體積比為2∶1)與10%的污泥混合作為苜蓿的栽培基質(zhì)，可以提高干旱環(huán)境下苜蓿的凈光合速率進(jìn)而使植物生長(zhǎng)更快和光合作用產(chǎn)物(可溶性糖)積累更多。這些研究都表明污泥可以通過(guò)提高植物的光合效應(yīng)，增強(qiáng)草的耐旱能力。

2.2 污泥對(duì)草坪草礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，施用污泥可以提高土壤中N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素的含量，具有明顯的培肥效應(yīng)[50]，植物吸收和利用這些營(yíng)養(yǎng)元素后得到更好的生長(zhǎng)[50-52](表3)。

表3 污泥對(duì)草坪草礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的影響Table 3 Effect of biosolid on turf grass mineral nutrition

研究表明，凈水廠污泥能促進(jìn)植物全N、全P、全K、Ca、Mg的吸收[51]，隨著污泥堆肥施用量的增加，土壤中的N、P含量增加，污泥堆肥用量高的處理氮磷含量增加顯著[50]。當(dāng)用污泥堆肥與壤質(zhì)黏土混合栽培針茅和車前時(shí)，針茅的N吸收量基本隨污泥堆肥混合比例的提高而升高，而污泥堆肥對(duì)針茅體內(nèi)的P吸收量的促進(jìn)作用不明顯[52]?；旌衔勰喽逊誓軌虼龠M(jìn)車前對(duì)N和P的吸收，而車前體內(nèi)的N吸收量與混合比例無(wú)關(guān)[52]。針對(duì)黑麥草的研究也得出了類似的結(jié)論，污泥堆肥基質(zhì)無(wú)需另外施入化肥，便可維持草坪草的良好生長(zhǎng)[53]。與化肥處理相比，在草坪草的生長(zhǎng)后期，施加污泥堆肥時(shí)葉片的N、P含量均高于施加化肥時(shí)，說(shuō)明污泥堆肥可以延緩營(yíng)養(yǎng)成分的釋放，使植物得以充分利用[53]。Orman等[54]研究發(fā)現(xiàn),施用污泥會(huì)使種植苜蓿的土壤pH值降低，但土壤電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)含量、全N、可利用和全P、可交換和全K和Na、可交換Mg、Zn、Cu、Cr、Pb的總量均增加。然而，并非污泥濃度越高越好。徐加慶等[55]的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，較高含量的污泥最終會(huì)導(dǎo)致馬尼拉草的死亡。Madyiwa等[56]認(rèn)為，污泥在農(nóng)業(yè)土地上的應(yīng)用應(yīng)在不超過(guò)其毒性限度情況下進(jìn)行。

諸如Co、Cu、Zn、Fe、Mn和Sr的許多元素為植物正常生長(zhǎng)所必需的元素，例如正常濃度的Cu和Zn是參與植物代謝的重要因子[10]，而高濃度的重金屬元素可能會(huì)有毒性[57]，植物體內(nèi)重金屬的積累會(huì)對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸、光合作用、酶活性、種子萌發(fā)和蛋白質(zhì)的合成產(chǎn)生消極影響[58]。植物葉片中的重金屬含量會(huì)隨污泥用量的增加而升高[53]。如，污泥盆栽馬尼拉草根際土壤中重金屬元素As、Ni、Pb、Cr、Mn、Co、Fe、V的含量較無(wú)污泥對(duì)照均有所增加，表明根際土壤中的重金屬成分被馬尼拉草根系分泌的有機(jī)物螯合固定并積累[55]，同時(shí)Cu、Zn的富集量遠(yuǎn)大于以上元素[55]。此外，馬尼拉草對(duì)Cd、Co和As的富集系數(shù)(BCF)值比其它剩余元素高[55]，可能是由于這些元素在根際作用下的活化程度較高，呈現(xiàn)易于被植物吸收的狀態(tài)[59]。

Singh等在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)大田應(yīng)用污泥進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，認(rèn)為污泥中重金屬離子的釋放受土壤pH、陽(yáng)離子交換量、有機(jī)質(zhì)含量、特殊金屬離子的形態(tài)及其流動(dòng)性等影響很深，在土壤中施用過(guò)量污泥會(huì)提高土壤中植物可吸收重金屬離子的含量，但較低用量的污泥不會(huì)引起這個(gè)問(wèn)題[46]。徐加慶等[55]運(yùn)用歐共體標(biāo)準(zhǔn)署(European Community Bureau of Reference，BCR)的連續(xù)提取法[60]分析種植后的馬尼拉草根際金屬離子含量發(fā)現(xiàn)，馬尼拉草的生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)根際土中Zn、Cu、Cd和Cr的生物可利用性具有激活作用，在增加了Zn和Cu的可利用性的同時(shí)，也提高了Cd和Cr的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度。

以上研究均說(shuō)明污泥可以增加土壤中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和重金屬離子的濃度，適宜用量污泥釋放的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)有利于草坪草的生長(zhǎng)，植物吸收的重金屬離子短期不會(huì)對(duì)草坪草的生長(zhǎng)和周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。

2.3 污泥對(duì)草坪草滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物的代謝生理中發(fā)揮著重要的作用[61]。研究表明，污泥能提高植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，增強(qiáng)其應(yīng)對(duì)逆境脅迫的能力[15,37-39,42,49](表4)。

表4 污泥對(duì)草坪草滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Table 4 Effect of biosolid on turf grass osmoregulation substance

研究表明，在一定范圍內(nèi)提高污泥用量可以促進(jìn)黑麥草可溶性糖含量的升高；超過(guò)閾值后黑麥草可溶性糖含量降低；黑麥草體內(nèi)的可溶性蛋白也呈現(xiàn)出相似的變化規(guī)律[42]。于芳芳[38]的研究也得出了相似的結(jié)論，污泥在初始階段提高了草地早熟禾葉片中可溶性糖的含量，隨后可溶性糖含量的增加速率變慢；并且在干旱脅迫下，污泥處理的可溶性糖含量高于無(wú)污泥對(duì)照，減輕了植物受傷害程度。

在基質(zhì)中加入污泥可以顯著提高黑麥草體內(nèi)丙二醛(MDA)的含量，而高羊茅MDA含量各污泥基質(zhì)處理與無(wú)污泥對(duì)照之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明一定量的污泥對(duì)黑麥草有一定的傷害作用，并且對(duì)不同草坪植物的影響不同[39]。也有研究結(jié)果表明，隨著污泥施用量的增加，黑麥草體內(nèi)MDA含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，可能由于試驗(yàn)初期污泥用量增大，為植物提供的營(yíng)養(yǎng)增加，同時(shí)攜帶的有毒物質(zhì)也增加，對(duì)植物產(chǎn)生傷害，使其細(xì)胞發(fā)生一定程度的損傷；后期植物適應(yīng)了這種脅迫，毒害效應(yīng)減小[42]。污泥對(duì)馬尼拉草體內(nèi)MDA含量的影響也有相似的變化規(guī)律[49]。于芳芳[38]在針對(duì)生物污泥對(duì)草地早熟禾抗旱機(jī)制影響的研究中發(fā)現(xiàn)，正常水分條件下全污泥(75 mg·kg-1)和半污泥(37.5 mg·kg-1)處理下，草地早熟禾體內(nèi)的MDA含量均低于無(wú)污泥對(duì)照，這可能與污泥用量較低有關(guān)。在干旱脅迫下，全污泥和半污泥的處理在不同的干旱水平均較無(wú)污泥對(duì)照有更低的MDA含量，說(shuō)明污泥可以在一定程度上降低草地早熟禾在干旱條件下受到的傷害[38]。禚來(lái)強(qiáng)研究發(fā)現(xiàn)污泥處理可以提高干旱脅迫下草地早熟禾葉片中脯氨酸的含量，有利于草地早熟禾抵抗干旱脅迫[15]，Zhang等[37]的研究也得出了類似的結(jié)論。

2.4 污泥對(duì)草坪草抗氧化酶系統(tǒng)的影響

植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)。抗壞血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循環(huán)是植物葉綠體和胞質(zhì)中主要的H2O2清除系統(tǒng)，APX是該反應(yīng)的關(guān)鍵酶[62]。大量研究發(fā)現(xiàn)，污泥可以影響草坪草的抗氧化酶系統(tǒng)活性，促進(jìn)其生長(zhǎng)，提高植物應(yīng)對(duì)逆境的能力[12,38-39,42,49,63](表5)。

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，施加風(fēng)干污泥基質(zhì)顯著提高了正常生長(zhǎng)環(huán)境下黑麥草和高羊茅POD活性，黑麥草CAT活性，且隨污泥用量的增加均呈略微上升后下降的變化趨勢(shì)，而高羊茅CAT活性則隨污泥用量的增加呈下降趨勢(shì)[39]。類似的試驗(yàn)結(jié)論在針對(duì)馬尼拉草的研究中也有報(bào)道，降低污泥用量CAT活性則隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，且降幅較大[49]，說(shuō)明合適量的污泥可以提高植物清除體內(nèi)H2O2的能力，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。也有研究發(fā)現(xiàn)，在正常的生長(zhǎng)環(huán)境下，隨著污泥用量的提高，黑麥草體內(nèi)的SOD含量呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，這說(shuō)明當(dāng)污泥用量較低時(shí)，可以提高土壤的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而提高了保水性能，比較適宜黑麥草的生長(zhǎng)，而當(dāng)濃度超過(guò)一定量(25 g·kg-1)時(shí)，污泥中毒性物質(zhì)的危害也便顯現(xiàn)出來(lái)，表現(xiàn)為抑制或破壞植物的生長(zhǎng)系統(tǒng)，而植物本身的抗逆性使其生成一定量的植物防護(hù)系統(tǒng)保護(hù)酶，引起SOD含量的上升[42]。

于芳芳[38]在研究污泥的草地早熟禾抗旱性影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下，污泥處理(75 mg·kg-1)的草地早熟禾SOD活性出現(xiàn)兩次升高，POD、APX活性高于無(wú)污泥對(duì)照。這與Zhang等[12]的研究結(jié)果相似，他們發(fā)現(xiàn)生物污泥可以提高干旱條件下高羊茅葉片抗氧化酶活性，尤其是SOD和APX，并且猜測(cè)可能是生物污泥中生長(zhǎng)素等活性物質(zhì)作為信號(hào)分子引起了植物的抗氧化系統(tǒng)防御，使得抗氧化酶活性提高。韓朝[63]在污泥對(duì)高羊茅抗旱性影響的研究中也發(fā)現(xiàn)，污泥可以提高干旱條件下高羊茅SOD、POD、CAT和APX的活性。

表5 污泥對(duì)草坪草抗氧化酶系統(tǒng)的影響Table 5 Effect of biosolid on turf grass antioxidant enzyme system

3 小結(jié)

污泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)(生長(zhǎng)素、腐殖酸和氨基酸等)對(duì)草坪草生長(zhǎng)尤其是應(yīng)對(duì)逆境脅迫的能力有促進(jìn)作用，具體表現(xiàn)為適量施用污泥對(duì)草坪草葉綠素及光合效應(yīng)、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及抗氧化酶系統(tǒng)等逆境生理指標(biāo)有一定的有益影響。針對(duì)施用污泥會(huì)使土壤積累重金屬，造成對(duì)環(huán)境的不良影響的問(wèn)題目前仍存在爭(zhēng)議，研究尚未得出定論。目前關(guān)于污泥對(duì)草坪草逆境生理的研究主要集中于利用污泥種植草坪對(duì)草坪草葉綠素及光合效應(yīng)、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶系統(tǒng)的影響，污泥提高草坪草逆境生理內(nèi)在機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，將分子手段引進(jìn)污泥對(duì)草坪草抗逆機(jī)理的研究中可以加快人們對(duì)這一機(jī)理的研究進(jìn)程。

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(責(zé)任編輯 王芳)

Effect of biosolid on turf grass stress physiology

Shang Ming-juan1, Cao Jun2, Chang Zhi-hui1

(1.Turf Institute of Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;2.Forest Farm from Yixing, Jiangsu Province, Yixing 214200, China)

The disposal of biosolids has drawn significant attention. Applying biosolids to lawn grass plantings is considered to be one of the possible ways of sludge resource utilization. This review summarizes overall research results about the effect of biosolids on the physiological growth of turf grass in response to stress. It showed that applying an appropriate amount of biosolid to turfgrass could benefit turfgrass chlorophyll and photosynthesis values, mineral nutrition content, osmotic adjustment and antioxidant enzyme systems activity, resulting in the enhanced adaptability of turfgrass to stress conditions. Moreover, the proper amount of biosolid to apply depends on the turfgrass species, and overuse of biosolids could lead to negative effects on turfgrass growth. The positive effects of biosolid on turfgrass may be partially, but not completely, due to the abundant nutrients and bioactive substances in biosolids. The underlying mechanism remains to be investigated further.

biosolid; turf grass; stress resistance; photosynthetic efficiency; mineral nutrition; osmoregulation substance; antioxidant enzyme system

Chang Zhi-hui E-mail:changzh@bjfu.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0591

2016-11-25 接受日期：2017-03-24

國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013AA102607)

尚明娟(1992-)，女，山西太原人，在讀碩士生，主要從事草坪科學(xué)管理研究。E-mail:shangxiaoquan2011@163.com

常智慧(1978-)，男(土家族)，湖北咸豐人，副教授，博士，主要從事草坪生態(tài)用水研究。E-mail:changzh@bjfu.edu.cn

S688.4

A

1001-0629(2017)08-1591-10

尚明娟,曹駿,常智慧.污泥對(duì)草坪草逆境生理的影響.草業(yè)科學(xué),2017,34(8)：1591-1600.

Shang M J,Cao J,Chang Z H.Effect of biosolid on turf grass stress physiology.Pratacultural Science，2017,34(8)：1591-1600.