不同濃度保水劑對早熟禾生長過程中節(jié)水效果的影響

羅彩云，楊 瑩

(榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林 719000)

0 引言

我國水資源分布不均勻，特別是陜北地區(qū)，由于蒸發(fā)強(qiáng)烈、干旱少雨使得土壤水分缺失日益嚴(yán)重，成為該地區(qū)植物生長的不利因素。草坪建植是城市綠化進(jìn)程中無可替代的環(huán)節(jié)，具有美化生活環(huán)境、改善小氣候、降低噪音、凈化空氣、提高人們的生活質(zhì)量等多種功能。而干旱脅迫是嚴(yán)重限制草坪草健康良好生長的最重要的環(huán)境因子之一[1,2]。因此，如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有水資源的高效利用，成為目前城市綠化的一大難題。針對這一問題，人們逐漸把目光投向眾多的節(jié)水措施中。保水劑的施用就是眾多節(jié)水技術(shù)中發(fā)展較為迅速的一種化學(xué)節(jié)水技術(shù)之一，其通過改善植物根上的界面環(huán)境，給植物提供水分從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水的目的[3]。然而保水劑在陜北榆林地區(qū)草坪建植過程中的應(yīng)用和研究鮮有報(bào)道。

早熟禾為一年生或冬性禾草，喜濕喜冷涼氣候，廣泛應(yīng)用于我國陜北榆林地區(qū)的城市綠地建設(shè)中，其葉姿優(yōu)美、葉色濃綠、并且具有均勻性，所以被譽(yù)為草坪草之王的稱號[4]。早熟禾作為優(yōu)質(zhì)冷季型草坪草，在陜北榆林地區(qū)草坪建植中坪用性狀優(yōu)良且應(yīng)用廣泛，故而選用早熟禾作為試驗(yàn)草種。本試驗(yàn)在限量和充分供水兩種不同水分處理?xiàng)l件下，研究施用不同濃度的保水劑對早熟禾密度、根冠比、葉綠素含量和葉片相對含水量的影響。通過本試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)測定分析，得出陜北榆林地區(qū)最適合早熟禾生長的保水劑濃度。既能促進(jìn)早熟禾良好生長又能起到節(jié)水作用，以便在陜北地區(qū)草坪建植過程中進(jìn)行推廣。

1 草坪草節(jié)水現(xiàn)狀

1.1 草坪用水現(xiàn)狀

草坪灌溉是城市綠化后期養(yǎng)護(hù)過程中的重要工作。一般而言，正常養(yǎng)護(hù)水平下草坪每周需水量為25～40 mm，這些水是降雨量和灌水量的綜合[5]。

根據(jù)劉彥朵對我國北方水資源短缺問題的思考得知：我國北方地區(qū)存在地表水資源緊張、地下水位下降、水污染加劇、水資源浪費(fèi)等諸多問題[6]。城市綠化用水因?yàn)檫@些問題也受到了較大程度影響。然而隨著人們越來越注重周圍的生活環(huán)境質(zhì)量，綠地面積越來越大，使得草坪灌溉的用水量大幅度提高。如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有水資源合理高效利用，減少草坪灌溉用水量成為了目前急需解決的問題。

1.2 保水劑的應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展

保水劑在我國的應(yīng)用、研究與發(fā)展較晚，始于20世紀(jì)80年代初，隨著水資源的嚴(yán)重匱乏，保水劑在我國的應(yīng)用得到了重視[7]。隨后，北京化學(xué)纖維研究所首創(chuàng)且成功研發(fā)了SA型保水劑。90年代以來，又陸續(xù)出現(xiàn)了各種不同型號的保水劑，保水劑開始進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)代，“科瀚98”系列保水劑、“永康田”保水劑以及陜西楊凌惠中科技開發(fā)公司高吸水率的保水劑成功研發(fā)[8]。

保水劑是一種具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，能迅速吸收其自身質(zhì)量上百倍甚至上千倍的水，可反復(fù)吸水，并且快速大量吸水[9,10]。據(jù)董秀霞，徐加利的保水劑研究現(xiàn)狀一文中可知：保水劑具有吸水性、有效持水性、安全性、保溫性、保蓄養(yǎng)分性等特點(diǎn)[11]。也具有改良土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤保水性、減少土壤水分流失、提高水分利用率的功能[12]。在眾多節(jié)水技術(shù)中，保水劑作為一種低成本、高效的節(jié)水技術(shù)受到人們的關(guān)注。保水劑的施用也為農(nóng)業(yè)抗旱節(jié)水開辟了一條嶄新的途徑。

1.3 保水劑在草坪草中的應(yīng)用

草坪草在我國的園林綠化節(jié)水中已有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)盧海寧對保水劑在草坪草中的應(yīng)用研究，得出結(jié)論：保水劑的施用具有提高草坪草出苗率、降低灌水頻率、提高草坪存活率，減少氮肥損失、提高土壤含水量的作用，但保水劑在草坪中的應(yīng)用效果不同程度的受草坪草種類、土壤條件、氣候條件、灌溉水質(zhì)的影響[13]。目前，保水劑在草坪建植過程中的主要使用方法有：液壓噴播、土壤混施及注射施用等[14]。

2 材料與方法

2.1 供試材料

本試驗(yàn)選用的是農(nóng)用高分子吸水樹脂農(nóng)業(yè)保水劑(廠家-松能科技工廠)。試驗(yàn)用土為肥料和沙土分別過篩后(篩孔直徑2 mm)按3：1比例混合裝盆，每盆2 kg共20盆(10盆一組)，榆林本地的草地早熟禾作為試驗(yàn)草種。試驗(yàn)用水為榆林學(xué)院校園自來水。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在充分和限量供水兩種不同水分處理?xiàng)l件下，以早熟禾和四個(gè)濃度梯度保水劑為研究對象，采用盆栽的方法進(jìn)行栽植和觀測，花盆規(guī)格為:直徑15 cm，高20 cm的塑料盆。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1：

試驗(yàn)開始于2018年6月15日，將每盆的試驗(yàn)用土分別與早熟禾種子(每盆1 g)混合，再與盆中上層10 cm 土層混合均勻后裝盆，并貼好標(biāo)簽，用噴壺一次性澆透水。此后，充分供水組每日早上澆水直到土壤濕潤為止。限量供水組每隔三日在早上澆一次水直到土壤濕潤為止。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.3 測定項(xiàng)目及方法

2.3.1 早熟禾密度測定 密度指每平方米的草皮上草坪草的枝條數(shù)[14]。測定時(shí)，將花盆劃分為6個(gè)等面積的扇形，隨機(jī)選取兩個(gè)扇形，數(shù)清兩個(gè)扇形面積內(nèi)的早熟禾植株數(shù)量求平均值，計(jì)算其與扇形面積的比值，測得密度。

2.3.2 早熟禾根冠比測定 隨機(jī)從每個(gè)花盆中選取6株早熟禾植株，將其連著根系完整取出，將植株的地上部分和植株的地下部分分離，將早熟禾的地上部分用毛巾擦拭干凈，立即稱取質(zhì)量即為地上部分生物量。將早熟禾的地下部分用清水洗干凈后，去除雜質(zhì)，放置通風(fēng)處待表面水分揮發(fā)后，立即稱取質(zhì)量即為地下部分生物量(根冠比=地下部分生物量/地上部分生物量)。

2.3.3 早熟禾葉片相對含水量測定 葉片相對含水量用烘干稱重法測定[15]。于榆林學(xué)院試驗(yàn)室準(zhǔn)備試驗(yàn)用具，在試驗(yàn)地用剪刀剪取早熟禾新鮮葉片稱取鮮重(留茬5 cm)，將剪取的早熟禾葉片泡在準(zhǔn)備好的的蒸餾水(常溫)中，放置5分鐘后取出。用干凈毛巾擦干葉片上的水分稱取飽和鮮重，放入烘干箱中在110℃下的溫度下殺青烘干2.5 h后，再將烘干箱溫度調(diào)至85℃，烘干1.5 h后取出稱取干重。

葉片相對含水量(%)=(鮮重-干重)/(飽和鮮重-干重)*100%

2.3.4 早熟禾葉綠素含量測定 采用丙酮提取法測定，隨機(jī)從每組的每個(gè)梯度中各選取6株早熟禾。剪取新鮮早熟禾葉片2.5 g，均勻剪碎放入研缽中，加入石英砂和碳酸鈣充分研磨，再加入80%的丙酮過濾、定容、搖勻靜置。將葉綠素提取液倒入比色皿中并將80%的丙酮倒入比色皿中設(shè)置空白對照，在722分光光度計(jì)中測取663 nm、645 nm波長處的數(shù)值，再根據(jù)下列公式計(jì)算葉綠素含量。

葉綠素a含量=(12.72*A663-2.59*A645)*提取液體積*稀釋倍數(shù)/樣品鮮重

葉綠素b含量=(22.88*A645-4.67*A663)*提取液體積*稀釋倍數(shù)/樣品鮮重

葉綠素含量=葉綠素a含量+葉綠素b含量

3 結(jié)果與分析

3.1 不同濃度保水劑處理對早熟禾密度的影響

在植株的生長周期中，生長密度體現(xiàn)了植株的開展度，密度高往往表現(xiàn)為生長優(yōu)良。本試驗(yàn)在9月5日于榆林學(xué)院試驗(yàn)室對早熟禾密度進(jìn)行測定。圖1、圖2分別顯示了限量和充分供水條件下，不同濃度保水劑對早熟禾密度的影響。

圖1 充分供水條件下不同濃度保水劑對早熟禾密度的影響

由圖1中可以看出，無論是在充分供水條件下還是在限量供水條件下，保水劑的濃度不同，對早熟禾密度產(chǎn)生的影響也不同。在充分供水條件下，當(dāng)保水劑濃度為2.16 g·m-2時(shí)，早熟禾密度出現(xiàn)最大值0.861株·cm-2。最小值出現(xiàn)在對照組，為0.549株·cm-2。限量供水條件下，當(dāng)保水劑濃度為2.16 g·m-2時(shí)，早熟禾密度出現(xiàn)最大值為0.863株·cm-2。在由此表明，充分供水和限量供水條件下保水劑濃度為2.16 g·m-2時(shí),對早熟禾植株密度的效果最好。

圖2 限量供水條件下不同濃度保水劑對早熟禾密度的影響

3.2 不同濃度保水劑處理對早熟禾根冠比的影響

根冠比是指植物地上部分生物量與植物地下部分生物量干重或鮮重的比值，是用來衡量草坪抗性和對所處環(huán)境適應(yīng)性能力強(qiáng)弱的指標(biāo)[16]。因此，地上部分和地下部分的生物量均對于草坪的發(fā)育狀況起著至關(guān)重要的作用。

試驗(yàn)于9月5日，在榆林學(xué)院試驗(yàn)室對早熟禾的根冠比進(jìn)行測定。圖3、圖4分別顯示了充分供水和限量供水條件下，不同濃度的保水劑對早熟禾根冠比的影響。從圖3中可以看出，在充分供水條件下，凡是施用過保水劑的早熟禾根冠比普遍大于對照組。當(dāng)保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)，早熟禾根冠比出現(xiàn)最大值0.134。當(dāng)保水劑濃度為2.16 g·m-2時(shí)，早熟禾的根冠比已經(jīng)出現(xiàn)了下降趨勢。

圖3 充分供水條件下不同濃度保水劑對早熟禾根冠比的影響

在限量供水條件下，當(dāng)保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)，早熟禾根冠比出現(xiàn)最大值0.142，比對照組大0.025。充分和限量兩種水分處理?xiàng)l件下，均為保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)，早熟禾根冠比出現(xiàn)最大值。說明當(dāng)保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)對早熟禾植株根冠比影響最佳。其中保水劑濃度為0.72 g·m-2、2.16 g·m-2以及對照組的效果不如保水劑濃度為1.44 g·m-2的好。

圖4 限量供水條件下不同濃度保水劑對早熟禾根冠比的影響

3.3 不同濃度保水劑處理對早熟禾葉片相對含水量的影響

葉片相對含水量是指當(dāng)某種植物處于干旱脅迫的環(huán)境條件時(shí)，葉片含水量與此葉片水分充分飽和時(shí)的最大含水量的比值，能夠反應(yīng)植物抗旱性的強(qiáng)弱，其值越大，則抗旱保水能力越強(qiáng)[17]。

9月5日至10月27日，每隔一周，對早熟禾的葉片相對含水量進(jìn)行測定并記錄。圖5、圖6則分別顯示了兩種不同水分處理?xiàng)l件下，不同濃度保水劑處理對早熟禾葉片相對含水量的影響。在充分供水條件下，如圖5所示，9月5日至9月24日，早熟禾的葉片相對含水量整體呈現(xiàn)出下降趨勢，而且其葉片相對含水量的下降幅度為：對照>0.72 g·m-2>2.16 g·m-2>1.44 g·m-2。其中對照組指標(biāo)的下降幅度最大，下降了0.298，而保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)指標(biāo)的下降幅度最小，下降了0.101。且早熟禾植株葉片相對含水量的最小值出現(xiàn)在對照組為0.420。

圖5 充分供水條件下不同濃度保水劑對早熟禾葉片相對含水量的影響

如圖6所示，在限量供水條件下，早熟禾葉片相對含水量出現(xiàn)先下降后上升的趨勢。9月5日至9月18日，早熟禾的葉片相對含水量為下降趨勢，18日之后逐漸上升。且下降幅度為：0.72 g·m-2>2.16 g·m-2>對照>1.44 g·m-2，保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)，下降幅度最為平緩，下降了0.098。早熟禾葉片相對含水量最低值出現(xiàn)在對照組，為0.610。

圖6 限量供水條件下不同濃度保水劑對早熟禾葉片相對含水量的影響

由此可知，無論是處于充分供水還是限量供水條件下，不同濃度保水劑處理均對早熟禾葉片相對含水量都有著較大的影響，保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)的效果都比保水劑濃度為0.72 g·m-2、2.16 g·m-2及對照組的好。且通過圖5與圖6對比可知，在限量供水條件下早熟禾葉片相對含水量的最低值高于充分供水。說明早熟禾在1.44 g·m-2濃度保水劑處理下進(jìn)行限量供水時(shí)，對其葉片相對含水量產(chǎn)生的影響效果最佳。

3.4 不同濃度保水劑處理對早熟禾葉綠素含量的影響

葉綠素是反映植物生長發(fā)育狀況的一個(gè)重要指標(biāo)[18]。葉綠素含量越高，植株體內(nèi)的代謝越旺盛光合能力越強(qiáng)，光合產(chǎn)物的積累也就越多[19]。

圖7、圖8分別顯示了充分供水和限量供水條件下，不同濃度保水劑處理對早熟禾葉綠素含量的影響。在充分供水條件下，早熟禾的葉綠素含量隨時(shí)間的推移先上升后下降。9月5日至9月18日，葉綠素含量呈上升趨勢，之后開始逐漸下降。且下降幅度為：對照>2.16 g·m-2>0.72 g·m-2>1.44 g·m-2，當(dāng)保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)，下降速度最慢，下降0.568 mg·g-1。從圖7中可以看出早熟禾葉綠素含量的最低值出現(xiàn)在對照組，為0.319 mg·g-1。

圖7 充分供水條件下不同濃度保水劑對早熟禾葉綠素含量的影響

在限量供水條件下，9月5日至9月24日，早熟禾葉綠素含量逐漸上升，之后，呈現(xiàn)出下降趨勢。且下降幅度為：對照>2.16 g·m-2>0.72 g·m-2>1.44 g·m-2，其中下降速度最快的是對照組，下降速度最為平緩的是保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)。且早熟禾植株葉綠素含量最低值也出現(xiàn)在對照組，值為0.37 mg·g-1。

圖8 限量供水條件下不同濃度保水劑對早熟禾葉綠素含量的影響

通過對圖7、圖8分析對比可知：兩種水分處理?xiàng)l件下，1.44 g·m-2的保水劑濃度對早熟禾葉綠素含量的影響效果都比濃度為0.72 g·m-2、2.16 g·m-2及對照組的好。

且限量供水條件下早熟禾葉綠素含量最低值大于充分供水條件下。綜上所述得知：在保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)進(jìn)行限量供水，早熟禾葉綠素含量最高。

4 結(jié)論與討論

陜北地區(qū)長期干旱缺水，而早熟禾廣泛應(yīng)用于此地區(qū)的園林綠化中，且坪用性狀優(yōu)良。在北方混播草坪中，最優(yōu)配比是早熟禾62%、紫羊茅20%、多年生黑麥草18%，故選用早熟禾作為試驗(yàn)草種[20]。試驗(yàn)結(jié)果表明:對于早熟禾的密度而言，在兩種水分處理?xiàng)l件下，均以保水劑濃度為2.16 g·m-2時(shí)最佳。而對于早熟禾的根冠比、葉片相對含水量、葉綠素含量而言，均以保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)進(jìn)行限量供水，對各個(gè)指標(biāo)的影響效果最好。保水劑濃度過高和過低對早熟禾的生長都不利，這一結(jié)果與鄧裕在研究保水劑對高羊茅生長過程中的節(jié)水效果的研究結(jié)果基本一致[21]。綜合各項(xiàng)指標(biāo)得出，在限量供水條件下，保水劑濃度為1.44 g·m-2時(shí)，早熟禾的節(jié)水效果最佳。

在筆者研究中，保水劑濃度梯度的設(shè)置，是根據(jù)鄧裕的保水劑對高羊茅生長過程中的節(jié)水效果一文中保水劑濃度的設(shè)置得出的，具有一定的說服力。但本研究只是針對了陜北榆林地區(qū)的早熟禾，試驗(yàn)地區(qū)的選擇具有一定的局限性，未必適合其他地區(qū)。同時(shí)因?yàn)殛儽庇芰值貐^(qū)的草坪多為混播草坪，其他兩種草種還需要進(jìn)一步研究。試驗(yàn)雖然證明了適宜的保水劑濃度能提高早熟禾的節(jié)水效果，但保水劑對草坪草的生長存在多個(gè)方面的影響。由于環(huán)境因素的限制，試驗(yàn)只是測定了幾組比較重要的生長和生理指標(biāo)，保水劑對草坪草生長過程中其余指標(biāo)的影響還尚未明確。后期在這些方面可以進(jìn)一步展開研究，為保水劑在陜北榆林地區(qū)草坪草中的應(yīng)用與推廣提供一定的理論依據(jù)。