保水剂对海滨雀稗抗旱性的影响

黄慧青，周林涛，安勐颍，濮阳雪华

(1. 深圳市日昇园林绿化有限公司，广东 深圳 518040；2. 北京林业大学草坪研究所，北京 100083；3. 北京市第十八中学, 北京 100078)



保水剂对海滨雀稗抗旱性的影响

黄慧青1，周林涛1，安勐颍2,3，濮阳雪华2*

(1. 深圳市日昇园林绿化有限公司，广东 深圳 518040；2. 北京林业大学草坪研究所，北京 100083；3. 北京市第十八中学, 北京 100078)

为了探讨干旱条件下不同种类和不同施用量的保水剂对海滨雀稗光合作用及生理特性的影响，本试验对海滨雀稗施用了3种不同保水剂S1、S2和S3，每种保水剂施用量均为0、10、20和30 g/m2，在自然干旱条件下连续处理28 d，以正常管理作为对照组。结果表明，同单一干旱胁迫相比，保水剂提高了土壤含水量，增加了根系生物量和根系活力，改善了坪观质量，缓解了叶片相对含水量和叶绿素含量的下降，减少了电解质渗透率和丙二醛含量的上升，同时，保水剂还提高了净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。因此，保水剂可以提高海滨雀稗的抗旱性，并且抗旱性随着保水剂施用量的增加而增强。在施用量相同时，不同种类的保水剂对海滨雀稗抗旱性的影响存在一定差异，3种保水剂保水抗旱的效果依次为S1>S2>S3。

海滨雀稗；保水剂；抗旱性；生理特性

随着我国经济的快速发展，城市化进程日益加快，城市水资源的匮乏也日趋严峻，尤其是在北方干旱、半干旱地区，同时，在湿润和半湿润的南方地区，由于降水的不均匀性也会出现周期性、季节性或临时性的干旱，草坪绿地灌溉用水也因此逐渐受到限制[1-2]。水是影响草坪草生长的重要环境因子之一，干旱胁迫会导致草坪草的形态结构和生理生化代谢机制发生相应的改变[3]。因此，如何利用有限的水资源，提高水分利用效率，减少草坪绿地灌溉用水，已经成为草坪研究亟待解决的问题之一。

保水剂(Super absorbent polymers, SAP)是由强吸水性树脂制造而成的一种具有极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，并且可以多次重复利用[4]。由于保水剂具有良好的保水性和稳定性，因此，被广泛应用于农业生产。大量研究表明，保水剂能够有效改良土壤结构，增强土壤保水和释水能力，提高水分利用效率，进而促进作物生长发育，改善作物经济性状，提高作物产量[5-10]。关于保水剂对草坪草出苗和幼苗生长的影响，对草坪草生长和抗逆性的影响，对草坪土壤水肥和理化性状的影响等方面，国内外众多学者也进行了系统而深入的研究[11-21]。目前，国内外保水剂品种繁多，施用效果与植物种类、施用方法和施用量等因素密切相关，然而，关于不同用量保水剂对提高暖季型草坪草抗旱性的相关研究较少，尤其是保水剂对草坪铺植初期耐旱性影响的报道甚少。

海滨雀稗(PaspalumvaginatumSwartz)是一种隶属禾本科的多年生暖季型草本植物，广泛分布于热带和亚热带地区，坪观质量优美并且能够适应各种复杂的逆境条件[22]。近年来，南方地区频发的季节性干旱在一定程度上影响了其建植和坪观质量。本研究在自然干旱胁迫下，探讨了不同种类和不同用量的保水剂对海滨雀稗生理特性的影响，以期为科学、合理及高效的选择和施用保水剂，提高草坪草的抗旱性提供可靠的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试草坪材料为海滨雀稗，由清远市美村生物技术有限公司提供。试验选用的3种保水剂分别由临沂沃华生物工程有限公司、浙江国美园艺有限公司和河南神润生物科技有限公司生产提供。

1.2 试验方法

试验于2014年11月在深圳职业技术学院西丽湖校区玻璃温室内进行。将成坪的海滨雀稗草皮块铺植于内径20 cm，深度16 cm的塑料花盆中，盆中基质由营养土和蛭石按3∶1混合而成。铺植草皮前将保水剂按不同用量与盆中上层10 cm基质混合均匀后再装入盆中，正常管理4周后进行干旱处理。试验以正常浇水管理作为对照组(CK)，处理组采用自然干旱胁迫，分别施用3种保水剂(以S1、S2和S3表示)，每种保水剂的施用量分别为0 g/m2(T0)，10 g/m2(T1)，20 g/m2(T2)和30 g/m2(T3)。试验设置4次重复。干旱胁迫处理28 d后进行相关指标的测定、取样与分析。

1.3 测定方法

土壤含水量(SWC)采用TDR土壤水分测定仪测定土壤表面以下10 cm深度的土壤体积含水量，每盆随机选取3处测定。

坪观质量(TQ)采用1～9分制进行评分[23]。

叶绿素(Chl)含量采用95 %乙醇浸提测定[24]。叶片相对含水量(RWC)采用烘干法测定[24]。电解质渗透率(EL)采用电导率仪法测定[24]。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法测定[24]。根系生物量采用烘干法测定[25]。根系活力采用TTC法测定[25]。

净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)及气孔导度(Gs)采用Li-6400便携式光合测定系统进行测定。测定时采用红蓝光源，光量子通量密度(PPFD)设定为600 μmol·m-2·s-1，CO2浓度380 μmol·mol-1，叶片温度25 ℃，相对湿度60 %。

1.4 数据分析

采用Excel 2013和SPSS 18.0对试验数据进行统计分析，使用SigmaPlot 10.0进行作图。

2 结果与分析

2.1 保水剂对干旱胁迫下土壤含水量的影响

干旱胁迫处理28 d后，未施用保水剂的土壤含水量较对照组平均降低了84.17 %(图1)。除S3保水剂在施用量为10 g/m2时与单一干旱胁迫处理无显著差异外，其余用量的保水剂均在一定程度上显著提高了土壤含水量，并且随着保水剂施用量的增加，土壤含水量也逐渐增加。与单一干旱胁迫相比，3种保水剂施用量为30 g/m2时，土壤含水量分别增加了103.31 %、95.76 %和78.51 %。此外，在施用量为20和30 g/m2时，S1保水剂的保水效果显著优于S3保水剂。

CK(对照组)=正常管理；T0=0 g/m2保水剂+干旱胁迫；T1=10 g/m2保水剂+干旱胁迫；T2=20 g/m2保水剂+干旱胁迫；T3=30 g/m2保水剂+干旱胁迫。同一种保水剂，不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。同一处理间，不同大写字母表示不同保水剂间差异显著(P<0.05)，下同图1 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗土壤含水量的影响Fig.1 Effects of SAP on soil water content of Paspalum vaginatum under drought stress

图2 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗坪观质量和叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of SAP on turfgrass quality and chlorophyll content of Paspalum vaginatum under drought stress

2.2 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗坪观质量和叶绿素含量的影响

干旱胁迫显著降低了海滨雀稗的坪观质量(图2A)和叶绿素含量(图2B)，与对照组相比，未施用保水剂的坪观质量已经处于6分以下的不可接受水平，叶绿素含量平均降低了71.51 %。除S3保水剂在施用量为10 g/m2时与单一干旱胁迫处理无显著差异外，其余用量的保水剂均显著提高了坪观质量和叶绿素含量，并且随着保水剂用量的增加，坪观质量和叶绿素含量均呈现上升趋势。与单一干旱胁迫相比，3种保水剂施用量为30 g/m2时，坪观质量均达到6分以上的可接受水平，叶绿素含量分别增加了1.86、1.54和1.30倍。在保水剂施用量相同时，3种保水剂对海滨雀稗坪观质量和叶绿素含量的影响存在一定的差异，总体而言，S1和S2保水剂对坪观质量和叶绿素含量的增加效果显著高于S3保水剂。

2.3 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗叶片相对含水量的影响

干旱胁迫下，未施用保水剂的海滨雀稗的叶片相对含水量较对照组平均降低了62.62 %(图3)。除S3保水剂在施用量为10 g/m2时与单一干旱胁迫处理无显著差异外，其余用量的保水剂均显著缓解了叶片相对含水量的下降，并且随着保水剂用量的增加，叶片相对含水量也逐渐增加。在保水剂的施用量为30 g/m2时，与单一干旱胁迫相比，3种保水剂使叶片相对含水量分别增加了114.45 %、116.40 %和93.34 %。在保水剂施用量相同时，S1和S2保水剂比S3保水剂对叶片相对含水量的作用效果更为显著。

2.4 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗电解质渗透率和丙二醛含量的影响

干旱胁迫显著增加了海滨雀稗的电解质渗透率(图4A)和丙二醛含量(图4B)，与对照组相比，未施用保水剂的电解质渗透率平均增加了4.39倍，丙二醛含量平均增加了2.50倍。与单一干旱胁迫相比，3种保水剂均在一定程度上减少了电解质渗透率和丙二醛含量的增加，并且随着保水剂用量的增加，其作用效果也更加明显。在施用量为30 g/m2时，3种保水剂使电解质渗透率分别降低了67.73 %、61.34 %和52.16 %，使丙二醛含量分别降低了49.07 %、43.30 %和32.97 %。在保水剂施用量相同时，S1和S2保水剂对电解质渗透率和丙二醛含量上升的缓解效果显著优于S3保水剂。

2.5 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗光合特性的影响

干旱胁迫显著降低了海滨雀稗的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度(表1)，与对照组相比，未施用保水剂的净光合速率平均降低了89.95 %，蒸腾速率平均降低了83.71 %，气孔导度平均降低了82.42 %。

图3 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗叶片相对含水量的影响Fig.3 Effects of SAP on leaf relative water content of Paspalum vaginatum under drought stress

图4 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗电解质渗透率和丙二醛含量的影响Fig.4 Effects of SAP on electrolyte leakage and malondialdenhyde content of Paspalum vaginatum under drought stress

3种保水剂均在一定程度上减缓了净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的下降，并且随着保水剂用量的增加，其作用效果也更加明显。在施用量为30 g/m2时，与单一干旱胁迫相比，3种保水剂使净光合速率分别升高了6.00、5.45和4.44倍，使蒸腾速率分别增加了3.80、2.93和2.24倍，使气孔导度分别增加了2.63、2.33和1.51倍。在保水剂施用量相同时，3种保水剂对海滨雀稗净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的影响存在一定的差异，总体而言，S1保水剂对光合特性的作用效果显著优于S3保水剂。

2.6 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗根系生物量和根系活力的影响

干旱胁迫显著降低了海滨雀稗的根系生物量(图5A)和根系活力(图5B)，与对照组相比，未施用保水剂的根系生物量平均降低了34.92 %，根系活力平均降低了45.67 %。与单一干旱胁迫相比，施用10 g/m2的保水剂对根系生物量无显著的增加作用，施用20 和30 g/m2的保水剂均显著增加了根系生物量。除S3保水剂在施用量为10 g/m2时与单一干旱胁迫处理无显著差异外，其余用量的保水剂均显著增加了根系活力。在施用量为30 g/m2时，3种保水剂使根系生物量分别增加了43.27 %、32.92 %和27.31 %，使根系活力分别增加了66.96 %、68.75 %和42.61 %。此外，在施用量为30 g/m2时，S1保水剂对根系生物量的增加作用显著优于S3保水剂，并且S1和S2保水剂对根系活力的增加作用显著优于S3保水剂。

表1 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗光合特性的影响

图5 保水剂对干旱胁迫下海滨雀稗根系生物量和根系活力的影响Fig.5 Effects of SAP on root biomass and root activity of Paspalum vaginatum under drought stress

3 讨论与结论

由于保水剂施入土壤能够将吸收的水分缓慢释放，从而减少水分的无效蒸发，降低水分的渗透速度，因此，保水剂能够有效提高干旱胁迫下海滨雀稗土壤的含水量，这与前人的研究结果相一致[4,8,26]。同时，较高的土壤水分能够维持根系正常的生理代谢，减少干旱胁迫对草坪草的伤害。根系生物量和根系活力是影响草坪草吸收水分和养分的关系因素，也与草坪草的抗旱性密切相关[25,27]。田娜[28]等和杨永辉[29]等的研究表明，保水剂可以提高垂盆草和小麦的根系活力和根系生物量。本试验结果表明，干旱胁迫下保水剂能在一定程度上提高海滨雀稗的根系生物量和根系活力，这将有助于其吸收土壤水分和养分以满足正常的生理代谢，进而提高海滨雀稗的抗旱性。

坪观质量是评价草坪质量好坏最直接的综合性指标，叶绿素则是植物光合作用不可或缺的重要物质。本研究结果表明，施用保水剂缓解了干旱胁迫所导致的海滨雀稗坪观质量和叶绿素含量的降低。研究表明，保水剂本身并不参与叶绿素的合成，但是其通过提高土壤含水量来减轻干旱胁迫对植物的伤害，从而间接提高叶绿素含量[30]。韩玉玲[30]等和罗华[31]等的研究同样表明保水剂可以提高植株的叶绿素含量。叶片相对含水量能够直接反应干旱胁迫后植物体内水分的亏缺状况，因而可以间接表明该植物抗旱性的强弱。本试验中，保水剂缓解了干旱胁迫下叶片相对含水量的下降，这与杨永辉[32]等的研究结果相一致。

电解质渗透率和丙二醛含量是反应植物细胞膜系统损伤程度和膜脂过氧化程度的重要指标[33]。本研究表明，干旱胁迫导致海滨雀稗电解质渗透率和丙二醛含量显著升高，施用保水剂后二者含量显著降低。刘刊[17]对黑麦草抗旱性的研究也表明，保水剂可以有效降低电解质渗透率和丙二醛含量。这表明干旱胁迫可能引发或加剧植物细胞膜脂的过氧化，使膜系统遭受损伤，而保水剂能够有效缓解干旱胁迫对膜系统造成的伤害，提高草坪草的抗旱性。

大量研究表明，干旱胁迫会导致草坪草净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的下降[14,34-35]。这是由于干旱胁迫会引起植物叶片水势降低，导致气孔导度下降，蒸腾速率也随之降低，同时光合作用的底物二氧化碳进入细胞也会受阻，进而限制了光合速率。此外，干旱胁迫下叶绿素含量的下降也会进一步限制植物的光合速率[36]。由于保水剂在施入土壤后能够保持部分水分并能在植物需要的时候释放水分，同时保水剂还可以改变土壤的孔隙度和物理结构，减少水分的散失，从而使植物叶片始终保持较高的水势，因此，保水剂可以提高干旱胁迫下海滨雀稗的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，这与韩玉玲[30]等和肖芳[37]的研究结果相一致。但是，马行[14]等和陈宝玉[38]等研究表明，干旱胁迫下施用保水剂会进一步降低植物的蒸腾速率，这可能与保水剂的用量和干旱胁迫的时间等因素有关，关于其真正的原因还有待于进一步研究。

本试验中，虽然不同种类的保水剂在某种程度上都可以提高海滨雀稗的抗旱性，但是同等用量下其保水抗旱的效果存在一定的差异，这可能与保水剂的制作原材料和工艺等因素具有一定的关系。此外，同种保水剂不同用量对提高海滨雀稗的抗旱性也存在较大的差异，若继续增加保水剂的施用量，其保水抗旱效果是否进一步增强还有待于进一步研究。因此，在条件允许的情况下，实际应用中大面积施用保水剂前最好可以通过小面积的试验确定最佳施用量，以避免盲目施用而达不到最佳效果。

综上所述，不同种类和不同施用量的保水剂对提高海滨雀稗的抗旱性存在一定的差异。同单一干旱胁迫相比，适宜用量的保水剂可以保持相对较高的土壤含水量、根系生物量和根系活力，提高净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，缓解叶绿素含量和叶片相对含水量的下降，减轻干旱胁迫对细胞膜的伤害，从而保持较高的坪观质量，提高海滨雀稗的抗旱性。

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(责任编辑 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

深圳市科技计划项目“城市绿地节水综合技术研究”(CXZZ20140418110342522)

黄慧青 (1982-)，女，广东和平人，风景园林工程师，E-mail: huanghuiqing1982@163.com,*为通讯作者:E-mail: puyangxuehua@163.com。

S688.4

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