不同浓度保水剂对早熟禾生长过程中节水效果的影响

罗彩云，杨 莹

(榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000)

0 引言

我国水资源分布不均匀，特别是陕北地区，由于蒸发强烈、干旱少雨使得土壤水分缺失日益严重，成为该地区植物生长的不利因素。草坪建植是城市绿化进程中无可替代的环节，具有美化生活环境、改善小气候、降低噪音、净化空气、提高人们的生活质量等多种功能。而干旱胁迫是严重限制草坪草健康良好生长的最重要的环境因子之一[1,2]。因此，如何实现现有水资源的高效利用，成为目前城市绿化的一大难题。针对这一问题，人们逐渐把目光投向众多的节水措施中。保水剂的施用就是众多节水技术中发展较为迅速的一种化学节水技术之一，其通过改善植物根上的界面环境，给植物提供水分从而实现节水的目的[3]。然而保水剂在陕北榆林地区草坪建植过程中的应用和研究鲜有报道。

早熟禾为一年生或冬性禾草，喜湿喜冷凉气候，广泛应用于我国陕北榆林地区的城市绿地建设中，其叶姿优美、叶色浓绿、并且具有均匀性，所以被誉为草坪草之王的称号[4]。早熟禾作为优质冷季型草坪草，在陕北榆林地区草坪建植中坪用性状优良且应用广泛，故而选用早熟禾作为试验草种。本试验在限量和充分供水两种不同水分处理条件下，研究施用不同浓度的保水剂对早熟禾密度、根冠比、叶绿素含量和叶片相对含水量的影响。通过本试验的各项指标测定分析，得出陕北榆林地区最适合早熟禾生长的保水剂浓度。既能促进早熟禾良好生长又能起到节水作用，以便在陕北地区草坪建植过程中进行推广。

1 草坪草节水现状

1.1 草坪用水现状

草坪灌溉是城市绿化后期养护过程中的重要工作。一般而言，正常养护水平下草坪每周需水量为25～40 mm，这些水是降雨量和灌水量的综合[5]。

根据刘彦朵对我国北方水资源短缺问题的思考得知：我国北方地区存在地表水资源紧张、地下水位下降、水污染加剧、水资源浪费等诸多问题[6]。城市绿化用水因为这些问题也受到了较大程度影响。然而随着人们越来越注重周围的生活环境质量，绿地面积越来越大，使得草坪灌溉的用水量大幅度提高。如何实现现有水资源合理高效利用，减少草坪灌溉用水量成为了目前急需解决的问题。

1.2 保水剂的应用研究现状与发展

保水剂在我国的应用、研究与发展较晚，始于20世纪80年代初，随着水资源的严重匮乏，保水剂在我国的应用得到了重视[7]。随后，北京化学纤维研究所首创且成功研发了SA型保水剂。90年代以来，又陆续出现了各种不同型号的保水剂，保水剂开始进入快速发展的时代，“科瀚98”系列保水剂、“永康田”保水剂以及陕西杨凌惠中科技开发公司高吸水率的保水剂成功研发[8]。

保水剂是一种具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，能迅速吸收其自身质量上百倍甚至上千倍的水，可反复吸水，并且快速大量吸水[9,10]。据董秀霞，徐加利的保水剂研究现状一文中可知：保水剂具有吸水性、有效持水性、安全性、保温性、保蓄养分性等特点[11]。也具有改良土壤结构、增强土壤保水性、减少土壤水分流失、提高水分利用率的功能[12]。在众多节水技术中，保水剂作为一种低成本、高效的节水技术受到人们的关注。保水剂的施用也为农业抗旱节水开辟了一条崭新的途径。

1.3 保水剂在草坪草中的应用

草坪草在我国的园林绿化节水中已有广泛的应用。根据卢海宁对保水剂在草坪草中的应用研究，得出结论：保水剂的施用具有提高草坪草出苗率、降低灌水频率、提高草坪存活率，减少氮肥损失、提高土壤含水量的作用，但保水剂在草坪中的应用效果不同程度的受草坪草种类、土壤条件、气候条件、灌溉水质的影响[13]。目前，保水剂在草坪建植过程中的主要使用方法有：液压喷播、土壤混施及注射施用等[14]。

2 材料与方法

2.1 供试材料

本试验选用的是农用高分子吸水树脂农业保水剂(厂家-松能科技工厂)。试验用土为肥料和沙土分别过筛后(筛孔直径2 mm)按3：1比例混合装盆，每盆2 kg共20盆(10盆一组)，榆林本地的草地早熟禾作为试验草种。试验用水为榆林学院校园自来水。

2.2 试验设计

试验在充分和限量供水两种不同水分处理条件下，以早熟禾和四个浓度梯度保水剂为研究对象，采用盆栽的方法进行栽植和观测，花盆规格为:直径15 cm，高20 cm的塑料盆。

试验设计如表1：

试验开始于2018年6月15日，将每盆的试验用土分别与早熟禾种子(每盆1 g)混合，再与盆中上层10 cm 土层混合均匀后装盆，并贴好标签，用喷壶一次性浇透水。此后，充分供水组每日早上浇水直到土壤湿润为止。限量供水组每隔三日在早上浇一次水直到土壤湿润为止。

表1 试验设计

2.3 测定项目及方法

2.3.1 早熟禾密度测定 密度指每平方米的草皮上草坪草的枝条数[14]。测定时，将花盆划分为6个等面积的扇形，随机选取两个扇形，数清两个扇形面积内的早熟禾植株数量求平均值，计算其与扇形面积的比值，测得密度。

2.3.2 早熟禾根冠比测定 随机从每个花盆中选取6株早熟禾植株，将其连着根系完整取出，将植株的地上部分和植株的地下部分分离，将早熟禾的地上部分用毛巾擦拭干净，立即称取质量即为地上部分生物量。将早熟禾的地下部分用清水洗干净后，去除杂质，放置通风处待表面水分挥发后，立即称取质量即为地下部分生物量(根冠比=地下部分生物量/地上部分生物量)。

2.3.3 早熟禾叶片相对含水量测定 叶片相对含水量用烘干称重法测定[15]。于榆林学院试验室准备试验用具，在试验地用剪刀剪取早熟禾新鲜叶片称取鲜重(留茬5 cm)，将剪取的早熟禾叶片泡在准备好的的蒸馏水(常温)中，放置5分钟后取出。用干净毛巾擦干叶片上的水分称取饱和鲜重，放入烘干箱中在110℃下的温度下杀青烘干2.5 h后，再将烘干箱温度调至85℃，烘干1.5 h后取出称取干重。

叶片相对含水量(%)=(鲜重-干重)/(饱和鲜重-干重)*100%

2.3.4 早熟禾叶绿素含量测定 采用丙酮提取法测定，随机从每组的每个梯度中各选取6株早熟禾。剪取新鲜早熟禾叶片2.5 g，均匀剪碎放入研钵中，加入石英砂和碳酸钙充分研磨，再加入80%的丙酮过滤、定容、摇匀静置。将叶绿素提取液倒入比色皿中并将80%的丙酮倒入比色皿中设置空白对照，在722分光光度计中测取663 nm、645 nm波长处的数值，再根据下列公式计算叶绿素含量。

叶绿素a含量=(12.72*A663-2.59*A645)*提取液体积*稀释倍数/样品鲜重

叶绿素b含量=(22.88*A645-4.67*A663)*提取液体积*稀释倍数/样品鲜重

叶绿素含量=叶绿素a含量+叶绿素b含量

3 结果与分析

3.1 不同浓度保水剂处理对早熟禾密度的影响

在植株的生长周期中，生长密度体现了植株的开展度，密度高往往表现为生长优良。本试验在9月5日于榆林学院试验室对早熟禾密度进行测定。图1、图2分别显示了限量和充分供水条件下，不同浓度保水剂对早熟禾密度的影响。

图1 充分供水条件下不同浓度保水剂对早熟禾密度的影响

由图1中可以看出，无论是在充分供水条件下还是在限量供水条件下，保水剂的浓度不同，对早熟禾密度产生的影响也不同。在充分供水条件下，当保水剂浓度为2.16 g·m-2时，早熟禾密度出现最大值0.861株·cm-2。最小值出现在对照组，为0.549株·cm-2。限量供水条件下，当保水剂浓度为2.16 g·m-2时，早熟禾密度出现最大值为0.863株·cm-2。在由此表明，充分供水和限量供水条件下保水剂浓度为2.16 g·m-2时,对早熟禾植株密度的效果最好。

图2 限量供水条件下不同浓度保水剂对早熟禾密度的影响

3.2 不同浓度保水剂处理对早熟禾根冠比的影响

根冠比是指植物地上部分生物量与植物地下部分生物量干重或鲜重的比值，是用来衡量草坪抗性和对所处环境适应性能力强弱的指标[16]。因此，地上部分和地下部分的生物量均对于草坪的发育状况起着至关重要的作用。

试验于9月5日，在榆林学院试验室对早熟禾的根冠比进行测定。图3、图4分别显示了充分供水和限量供水条件下，不同浓度的保水剂对早熟禾根冠比的影响。从图3中可以看出，在充分供水条件下，凡是施用过保水剂的早熟禾根冠比普遍大于对照组。当保水剂浓度为1.44 g·m-2时，早熟禾根冠比出现最大值0.134。当保水剂浓度为2.16 g·m-2时，早熟禾的根冠比已经出现了下降趋势。

图3 充分供水条件下不同浓度保水剂对早熟禾根冠比的影响

在限量供水条件下，当保水剂浓度为1.44 g·m-2时，早熟禾根冠比出现最大值0.142，比对照组大0.025。充分和限量两种水分处理条件下，均为保水剂浓度为1.44 g·m-2时，早熟禾根冠比出现最大值。说明当保水剂浓度为1.44 g·m-2时对早熟禾植株根冠比影响最佳。其中保水剂浓度为0.72 g·m-2、2.16 g·m-2以及对照组的效果不如保水剂浓度为1.44 g·m-2的好。

图4 限量供水条件下不同浓度保水剂对早熟禾根冠比的影响

3.3 不同浓度保水剂处理对早熟禾叶片相对含水量的影响

叶片相对含水量是指当某种植物处于干旱胁迫的环境条件时，叶片含水量与此叶片水分充分饱和时的最大含水量的比值，能够反应植物抗旱性的强弱，其值越大，则抗旱保水能力越强[17]。

9月5日至10月27日，每隔一周，对早熟禾的叶片相对含水量进行测定并记录。图5、图6则分别显示了两种不同水分处理条件下，不同浓度保水剂处理对早熟禾叶片相对含水量的影响。在充分供水条件下，如图5所示，9月5日至9月24日，早熟禾的叶片相对含水量整体呈现出下降趋势，而且其叶片相对含水量的下降幅度为：对照>0.72 g·m-2>2.16 g·m-2>1.44 g·m-2。其中对照组指标的下降幅度最大，下降了0.298，而保水剂浓度为1.44 g·m-2时指标的下降幅度最小，下降了0.101。且早熟禾植株叶片相对含水量的最小值出现在对照组为0.420。

图5 充分供水条件下不同浓度保水剂对早熟禾叶片相对含水量的影响

如图6所示，在限量供水条件下，早熟禾叶片相对含水量出现先下降后上升的趋势。9月5日至9月18日，早熟禾的叶片相对含水量为下降趋势，18日之后逐渐上升。且下降幅度为：0.72 g·m-2>2.16 g·m-2>对照>1.44 g·m-2，保水剂浓度为1.44 g·m-2时，下降幅度最为平缓，下降了0.098。早熟禾叶片相对含水量最低值出现在对照组，为0.610。

图6 限量供水条件下不同浓度保水剂对早熟禾叶片相对含水量的影响

由此可知，无论是处于充分供水还是限量供水条件下，不同浓度保水剂处理均对早熟禾叶片相对含水量都有着较大的影响，保水剂浓度为1.44 g·m-2时的效果都比保水剂浓度为0.72 g·m-2、2.16 g·m-2及对照组的好。且通过图5与图6对比可知，在限量供水条件下早熟禾叶片相对含水量的最低值高于充分供水。说明早熟禾在1.44 g·m-2浓度保水剂处理下进行限量供水时，对其叶片相对含水量产生的影响效果最佳。

3.4 不同浓度保水剂处理对早熟禾叶绿素含量的影响

叶绿素是反映植物生长发育状况的一个重要指标[18]。叶绿素含量越高，植株体内的代谢越旺盛光合能力越强，光合产物的积累也就越多[19]。

图7、图8分别显示了充分供水和限量供水条件下，不同浓度保水剂处理对早熟禾叶绿素含量的影响。在充分供水条件下，早熟禾的叶绿素含量随时间的推移先上升后下降。9月5日至9月18日，叶绿素含量呈上升趋势，之后开始逐渐下降。且下降幅度为：对照>2.16 g·m-2>0.72 g·m-2>1.44 g·m-2，当保水剂浓度为1.44 g·m-2时，下降速度最慢，下降0.568 mg·g-1。从图7中可以看出早熟禾叶绿素含量的最低值出现在对照组，为0.319 mg·g-1。

图7 充分供水条件下不同浓度保水剂对早熟禾叶绿素含量的影响

在限量供水条件下，9月5日至9月24日，早熟禾叶绿素含量逐渐上升，之后，呈现出下降趋势。且下降幅度为：对照>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对照组，下降速度最为平缓的是保水剂浓度为1.44 g·m-2时。且早熟禾植株叶绿素含量最低值也出现在对照组，值为0.37 mg·g-1。

图8 限量供水条件下不同浓度保水剂对早熟禾叶绿素含量的影响

通过对图7、图8分析对比可知：两种水分处理条件下，1.44 g·m-2的保水剂浓度对早熟禾叶绿素含量的影响效果都比浓度为0.72 g·m-2、2.16 g·m-2及对照组的好。

且限量供水条件下早熟禾叶绿素含量最低值大于充分供水条件下。综上所述得知：在保水剂浓度为1.44 g·m-2时进行限量供水，早熟禾叶绿素含量最高。

4 结论与讨论

陕北地区长期干旱缺水，而早熟禾广泛应用于此地区的园林绿化中，且坪用性状优良。在北方混播草坪中，最优配比是早熟禾62%、紫羊茅20%、多年生黑麦草18%，故选用早熟禾作为试验草种[20]。试验结果表明:对于早熟禾的密度而言，在两种水分处理条件下，均以保水剂浓度为2.16 g·m-2时最佳。而对于早熟禾的根冠比、叶片相对含水量、叶绿素含量而言，均以保水剂浓度为1.44 g·m-2时进行限量供水，对各个指标的影响效果最好。保水剂浓度过高和过低对早熟禾的生长都不利，这一结果与邓裕在研究保水剂对高羊茅生长过程中的节水效果的研究结果基本一致[21]。综合各项指标得出，在限量供水条件下，保水剂浓度为1.44 g·m-2时，早熟禾的节水效果最佳。

在笔者研究中，保水剂浓度梯度的设置，是根据邓裕的保水剂对高羊茅生长过程中的节水效果一文中保水剂浓度的设置得出的，具有一定的说服力。但本研究只是针对了陕北榆林地区的早熟禾，试验地区的选择具有一定的局限性，未必适合其他地区。同时因为陕北榆林地区的草坪多为混播草坪，其他两种草种还需要进一步研究。试验虽然证明了适宜的保水剂浓度能提高早熟禾的节水效果，但保水剂对草坪草的生长存在多个方面的影响。由于环境因素的限制，试验只是测定了几组比较重要的生长和生理指标，保水剂对草坪草生长过程中其余指标的影响还尚未明确。后期在这些方面可以进一步展开研究，为保水剂在陕北榆林地区草坪草中的应用与推广提供一定的理论依据。