錢勁華，趙樹蘭，多立安

（天津師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，天津 300387）

不同粒徑垃圾堆肥對高羊茅抗旱性的影響

錢勁華，趙樹蘭，多立安

（天津師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，天津 300387）

通過對草坪基質(zhì)施用不同粒徑的生活垃圾堆肥，研究了水分脅迫下垃圾堆肥對高羊茅生理生態(tài)的作用.結(jié)果表明：施用不同粒徑垃圾堆肥對高羊茅生物量及株高的增加產(chǎn)生積極影響，葉綠素含量也有所提高.經(jīng)粒徑300 nm的堆肥（堆肥1）處理，高羊茅的葉綠素a和總?cè)~綠素含量分別比對照高出37.3%和14.9%；根長和須根數(shù)也有較為明顯的增加，分別比對照提高了25.8%和27.8%（P＜0.05）.不同粒徑的堆肥對水分脅迫下高羊茅的過氧化物酶（POD）、超氧化物岐化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）活性具有積極的調(diào)控作用，其中堆肥1處理3種酶的活性分別比對照提高52.7%，65.3%和4.4%.水分脅迫下，堆肥處理對脯氨酸含量影響較小.但施入堆肥能明顯降低高羊茅葉片丙二醛含量，其中以300 nm粒徑的堆肥1和1 700 nm粒徑的堆肥4處理分別比照降低了19.7%和35.1%.可見，在水分脅迫下，高羊茅草坪基質(zhì)中施入不同粒徑垃圾堆肥，尤其小粒徑堆肥（300～600 nm），可明顯改善植物的生理生態(tài)調(diào)節(jié)功能，緩解水分脅迫帶來的傷害，提高高羊茅的抗旱性.

高羊茅；抗旱性；水分脅迫；生活垃圾堆肥；生理生態(tài)作用

隨著水資源短缺的日趨嚴(yán)重，在城市綠地上如 何經(jīng)濟(jì)合理地利用水資源已成為一個熱點(diǎn)研究問題.當(dāng)今城市草坪綠地面積不斷增長，其用水問題日益受到關(guān)注［1－2］.草坪傳統(tǒng)節(jié)水方式是通過抗旱品種選育、草坪經(jīng)濟(jì)灌溉量及灌溉方式的選擇等方法來實(shí)現(xiàn)的.目前，保水劑和保水肥料的應(yīng)用，在一定程度上提高了草坪的節(jié)水能力［3］.焦晉川和陳琳研究了鉀肥對黑麥草抗旱性的影響，表明干旱環(huán)境下一定濃度的鉀肥能顯著促進(jìn)種子發(fā)芽率、增大葉片厚度和根冠比，從而提高多年生黑麥草的抗旱能力［4］.呼天明等的研究發(fā)現(xiàn)，施磷后馬蹄金的避旱能力增強(qiáng)，低氮通過滲透調(diào)節(jié)提高耐旱性，而高氮加重了水分脅迫程度［5］.可見，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的保水肥料對實(shí)現(xiàn)草坪節(jié)水具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

關(guān)于城市生活垃圾堆肥用作草坪基質(zhì)的研究也有一些報(bào)道［6］.國內(nèi)外把生活垃圾堆肥作為一種肥料來改善草坪草觀賞特征和質(zhì)量特征，這方面也有較多報(bào)道［7］.劉曉波等的研究表明，不同粒徑生活垃圾堆肥與土壤的組配基質(zhì)能有效提供養(yǎng)分，促進(jìn)光合，加速草坪植物生長，改善草坪植物色澤［8］.而將生活垃圾堆肥經(jīng)過一定處理后，作為納米級堆肥用于草坪植物抗旱性的研究，尚無文獻(xiàn)報(bào)道.本研究選用4種不同粒徑的垃圾堆肥施于高羊茅草坪，探討水分脅迫下堆肥對高羊茅生長及生理指標(biāo)的影響，為垃圾堆肥提高草坪植物抗旱性，最終在草坪建植上獲得有效應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 垃圾堆肥的制備原料與土壤基質(zhì)

生活垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥處理廠，其基本性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量22.00%，容重0.79 g／cm3，p H 7.62，孔隙度67.98%，飽和含水量0.67 m L／g，全氮0.57%，全磷0.34%，全鉀1.21%.供試土壤取自天津師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)地0～20 cm的表層土壤，土壤質(zhì)地為砂質(zhì)粘土，p H 7.44，有機(jī)質(zhì)含量4.68%，全氮0.21%，有效磷22.03 mg／kg， 飽 和 含 水 量 0.58 m L／g， 容重0.87 g／cm3.

1.2 不同粒徑堆肥制備及其粒徑電鏡分析

實(shí)驗(yàn)所用堆肥先去除其中的各類木頭、塑料、玻璃、金屬等雜物，然后在105℃條件下烘干至恒重，篩分出1 700 nm粒徑的堆肥.將1 700 nm粒徑堆肥在24 000 r／min下粉碎，時(shí)間分別為3 min，2 min和1 min，以制備出不同粒徑的垃圾微肥，用S4800場發(fā)射掃描電鏡（S4800，JAPAN）掃描，粒徑分別為1 200 nm，600 nm和300 nm.為了便于文中表述，按照堆肥粒徑從小到大的順序，分別將上述4個粒徑堆肥簡稱為：堆肥1，堆肥2，堆肥3和堆肥4.

1.3 草坪培植

盆栽試驗(yàn)采用直徑7 cm、高10 cm的塑料盆.供試草種為北方常見的高羊茅（FestucaarundinaceaL.）.草坪基質(zhì)為每盆180 g底土，然后將3 g不同粒徑的堆肥均勻撒于土壤表面，最后在其上均勻覆蓋20 g土壤，以純土壤為對照（CK）.每盆高羊茅的播種量為0.5 g，每個處理重復(fù)4次.試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，溫度為20～26℃，相對濕度為40%～60%，光照為透入室內(nèi)的自然光.實(shí)驗(yàn)從2008年11月25日開始至2009年3月25日結(jié)束，共持續(xù)120 d.播種初期，每盆充分澆水，保證種子能順利萌發(fā)和幼苗初期生長，2個星期后按照脅迫程度定量給水.12月9日達(dá)到田間持水量的55%～65%（中度干旱脅迫），以后每1～2 d進(jìn)行稱重澆水，以維持在脅迫范圍內(nèi).

1.4 指標(biāo)測定方法

1.4.1 生長指標(biāo)測定

高羊茅幼苗經(jīng)水分脅迫處理后，在第60 d進(jìn)行一次刈割，用于測定一茬草各生理指標(biāo).二茬草生長60 d后，進(jìn)行第二次刈割，測定地上干重、根長、根重、須根數(shù)以及地下干重.將高羊茅齊根剪下，80℃烘干至恒重，測量地上部干重.每個盆中隨機(jī)抽取20株的根，測量須根數(shù)和根長，然后置烘箱中80℃烘至恒重，測量根的干重.株高測定為每個培養(yǎng)容器定株測定3株，取其平均值為高羊茅株高.

1.4.2 葉綠素、脯氨酸及丙二醛（MDA）含量測定

高羊茅葉片葉綠素、丙二醛及脯氨酸含量參照文獻(xiàn)［9］的方法進(jìn)行測定.

1.4.3 保護(hù)酶含量測定

過氧化物酶（POD）、超氧化物岐化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）的活性測定分別參照文獻(xiàn)［9］、［10］和［11］的方法進(jìn)行測定.

1.4.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0進(jìn)行單因素Duncan的多重分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑堆肥對水分脅迫下高羊茅地上生物量的影響

高羊茅二茬草生物量如圖1所示.水分脅迫期間，未施加堆肥（對照）植株葉片逐漸變黃，中午有萎蔫現(xiàn)象，生長緩慢；而施加堆肥處理植株癥狀有所減輕，可能是由于堆肥的施入增加了土壤養(yǎng)分，對植物的生長較為有利.大粒徑的堆肥對植物地上生物量的增加要好于小粒徑的堆肥，其中堆肥4處理高出對照6.25%，堆肥3高出對照4.17%，堆肥1和堆肥2相對對照卻有所降低，但各處理地上生物量差異不顯著.

圖1 不同粒徑堆肥對高羊茅地上生物量的影響Figure 1 Effects of compost with different particle sizes on aboveground biomass of F.arundinacea

2.2 不同粒徑堆肥對水分脅迫下高羊茅株高的影響

由表1可知，各堆肥處理明顯增加高羊茅一茬草和二茬草不同時(shí)期的株高.一茬草水分脅迫至20—40 d，堆肥2處理的高羊茅株高為最高，分別高出對照28.4%和17.0%，水分脅迫至60 d，堆肥1處理株高達(dá)到最高，比對照高出35.1%（P＜0.05）.從二茬草開始，隨著肥效的緩慢釋放，同樣對高羊茅的生長起了促進(jìn)作用，堆肥1處理脅迫至20和40 d二茬草株高分別高出對照13.4%和11.7%（P＜0.05），表明小粒徑堆肥更有利于高羊茅養(yǎng)分的供給，促進(jìn)植株高度的生長.

表1 不同粒徑堆肥對高羊茅株高的影響Table 1 Effects of compost with different particle sizes on plant height of F.arundinacea cm

2.3 不同粒徑堆肥對水分脅迫下高羊茅根系的影響

水分脅迫下施入不同粒徑堆肥高羊茅的根重、根長和須根數(shù)都高于對照，如圖2所示.對根重的影響以堆肥2的效果最好，比對照提高了34.7%，且與各處理間差異顯著（P＜0.05）.施入堆肥1處理高羊茅根長和須根數(shù)最好，分別是對照的25.8%和27.8%.可見小粒徑堆肥對高羊茅植株地下部分生物量積累的促進(jìn)作用比大粒徑堆肥效果好.

圖2 不同粒徑堆肥對高羊茅根重、根長和須根數(shù)的影響Figure 2 Effects of compost with different particle sizes on root weight，root length and fibrous root numbers of F.arundinacea

2.4 不同粒徑堆肥對水分脅迫下高羊茅葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用的重要物質(zhì)，其含量的高低在很大程度上反映了植株的生長狀況和葉片的光合能力.水分脅迫下，不同粒徑堆肥對葉綠素含量產(chǎn)生不同的影響，如表2所示.堆肥1顯著提高了高羊茅葉綠素a和總?cè)~綠素含量，和對照相比，分別高出37.3% 和14.9%.方差分析表明，各堆肥對葉綠素a和葉綠素b含量的影響達(dá)到顯著水平（P＜0.05）.除堆肥3處理外，其他3個粒徑堆肥處理的葉綠素a／b的值都高于對照，其中以堆肥1處理為最高，約為對照的3倍，施用不同粒徑堆肥能明顯增加草坪植物對光能的吸收和轉(zhuǎn)化效率.

表2 不同粒徑堆肥對高羊茅葉綠素含量的影響Table 2 Effects of compost with different particle sizes onchlorophyll content of F.arundinacea

2.5 不同粒徑堆肥對水分脅迫下高羊茅保護(hù)酶活性的影響

POD，SOD和CAT是保護(hù)酶系統(tǒng)的主要酶，植物的抗性及對環(huán)境的適應(yīng)與其保護(hù)酶含量密切相關(guān).不良環(huán)境能誘發(fā)植物產(chǎn)生大量的自由基，其對植物膜系統(tǒng)及蛋白質(zhì)有傷害作用，但生物體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)能清除產(chǎn)生的自由基.POD是植物抗性生理中研究較多的一種酶，它能分解植物體內(nèi)過多的過氧化物.由表3可知，水分脅迫條件下，堆肥1、堆肥2和堆肥3處理的POD活性與對照相比升高了52.7%，32.5%和8.33%；而堆肥4處理POD活性有所降低.可見，在水分脅迫下，基質(zhì)中施入堆肥對高羊茅POD活性有明顯的影響，其中小粒徑堆肥能顯著增加POD活性，有利于自由基的清除.SOD是防護(hù)氧自由基對細(xì)胞膜系統(tǒng)傷害的防護(hù)酶.在水分脅迫下，除堆肥4處理SOD活性比對照低外，其他堆肥處理都高于對照，其中堆肥1處理SOD活性為最大，高出對照65.3%（表3）.與對POD活性的影響相似，水分脅迫下，施入小粒徑堆肥能明顯增加高羊茅SOD活性.CAT廣泛分布于土壤中，在微生物代謝過程中起著重要作用，它參與了土壤中許多重要的生物化學(xué)過程，是較好的土壤微生態(tài)環(huán)境指示因子.在水分脅迫下，各處理間CAT活性差異不顯著（P＞0.05），以堆肥1處理的CAT活性為最高（表3）.

表3 不同粒徑堆肥對高羊茅保護(hù)酶活性的影響Table 3 Effects of compost with different particle sizes on SOD，POD and CAT activities of F.arundinacea

2.6 不同粒徑堆肥對水分脅迫下高羊茅MDA和脯氨酸含量的影響

由圖3可知，水分脅迫下堆肥處理對高羊茅脯氨酸含量的影響較小，與對照差異不顯著，說明堆肥并未引起脯氨酸過多的積累.MDA含量與脯氨酸的變化趨勢明顯不同，堆肥處理降低了高羊茅葉片中MDA含量，可有效緩解水分脅迫下高羊茅植株膜脂過氧化水平，增強(qiáng)高羊茅植株抗旱能力.

圖3 不同粒徑堆肥對高羊茅MDA和脯氨酸含量的影響Figure 3 Effects of compost with different particle sizes on MDA and proline contents of F.arundinacea

3 討論與結(jié)論

隨著淡水資源的短缺和城市草坪綠化面積的增加，開展提高草坪草抗旱性的研究意義重大.不同粒徑堆肥可以增強(qiáng)植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和植物抗逆免疫能力，在水分脅迫下，能有效提高肥水利用率，促進(jìn)植物快速生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì).同時(shí)，不同粒徑的堆肥對水分脅迫下高羊茅的生長表現(xiàn)出不同的效應(yīng)，與對照相比，施入不同粒徑堆肥對高羊茅地上生物量的影響不顯著.堆肥處理明顯增加了一茬草和二茬草的株高，說明堆肥對株高生長起了促進(jìn)作用，尤其是小粒徑的堆肥效果更明顯，這可能是由于小粒徑堆肥改變了基質(zhì)的理化性質(zhì)，更加有利于肥效的釋放.這與劉曉波等［8］在研究不同粒徑垃圾堆肥對黑麥草株高影響時(shí)得到的結(jié)果類似.植物根系是土壤水分的直接吸收利用者，在水分脅迫下，植物根系首先感到并迅速發(fā)出信號，使整個植株對水分脅迫作出反應(yīng).本研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫下堆肥處理對高羊茅的根系生長起了積極的促進(jìn)作用，和株高生長相似，小粒徑的堆肥效果更顯著，可能與其肥效的釋放及保水有關(guān)，這樣能抑制水分脅迫帶來的影響，提高草坪的抗旱性.

在水分脅迫下，植物吸收不到足夠的水分和礦質(zhì)營養(yǎng)，致使葉綠素含量降低.本研究發(fā)現(xiàn)，各堆肥處理總?cè)~綠素含量高于對照，說明草坪植物施用不同粒徑的堆肥都能明顯增加草坪植物對光能的吸收和轉(zhuǎn)化效率.這與劉曉波等［8］不同粒徑垃圾堆肥與土壤組配基質(zhì)有利于草坪植物進(jìn)行光合作用的研究結(jié)果相一致.李良等的研究也指出污泥堆肥及復(fù)合肥的施用使草坪草的葉綠素含量增加［12］.

水分脅迫下，植物體內(nèi)容易產(chǎn)生活性氧，過多的活性氧會參與啟動膜脂過氧化或膜脂脫脂作用，從而破壞膜結(jié)構(gòu).MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量的增加被看作衡量活性氧對植物防御系統(tǒng)破壞程度一個指標(biāo)［13］.本研究發(fā)現(xiàn)，在水分脅迫下對高羊茅施用不同粒徑堆肥，MDA含量有所下降，說明堆肥有利于抑制膜脂過氧化，維持細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)，減輕水分脅迫對植物造成的傷害.SOD，POD和CAT等抗氧化酶在清除活性氧等自由基和阻止自由基形成方面起重要作用.SOD能以O(shè)2－·為基質(zhì)進(jìn)行歧化反應(yīng)，CAT可分解H2O2，POD也可清除細(xì)胞內(nèi)有害自由基，因而植物可依賴3種保護(hù)酶的協(xié)同作用，清除體內(nèi)一定數(shù)量的過剩O2－·，從而使膜系統(tǒng)減輕自由基引發(fā)的過氧化作用的傷害，維持膜結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定，從而提高植物的抗逆性［14］.王齊等的研究表明，施加土壤改良劑后草坪草SOD，POD和CAT活性開始低于對照，而后又高于對照，具有敏感的反應(yīng)機(jī)制，這可能是施加土壤改良劑后在一定程度上能提高植物抗旱性的原因［15］.本研究發(fā)現(xiàn)，在水分脅迫下堆肥處理高羊茅SOD與POD活性明顯升高，尤其是小粒徑堆肥效果更為顯著，說明堆肥能在一定程度上激活SOD和POD保護(hù)酶，從而減少水分脅迫對膜的破壞，維持質(zhì)膜的正常通透性，使高羊茅抗活性氧能力增強(qiáng)，從而增強(qiáng)機(jī)體的耐干旱能力.

總之，水分脅迫下，基質(zhì)中施加堆肥促進(jìn)了高羊茅株高及根系生長，增加葉綠素含量，明顯緩解水分脅迫對植株造成的傷害.在不同粒徑堆肥作用下，植株葉片內(nèi)MDA含量降低，SOD和POD活性增加，減緩了膜脂過氧化過程，從而提高了高羊茅植株對水分脅迫的耐受性.因此，在水分脅迫下，高羊茅草坪基質(zhì)中施入不同粒徑垃圾堆肥，尤其小粒徑堆肥（300～600 nm），可明顯改善植物的生理生態(tài)調(diào)節(jié)功能，緩解水分脅迫帶來的傷害，保障了高羊茅在水分脅迫下能夠更好地生長.

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Effects of different particles municipal solid waste compost on drought resistance ofFestucaarundinaceaL.

QIANJinhua，ZHAOShulan，DUOLi'an

（College of Life Science，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

A pot experiment was performed to investigate eco－physiological effects of different particles municipal solid waste（MSW）compost added in turf medium onFestucaarundinaceaL.under water stress.The results showed that the addition of different particles－compost into turf medium had positive effects on the increase of biomass，plant height and chlorophyll content ofF.arundinacea.The contents of chlorophyll a and total chlorophyll were increased by 37.3%and 14.9%in different particles－compost 1 treatment（300 nm），respectively，as compared with control，and root length and fibrous root numbers were 25.8%and 27.8%higher than those of control，respectively.Different particles－compost of different size had positive regulation on the activities of superoxide dismutase（SOD），peroxidase（POD）and catalase（CAT）ofF.arundinaceaunder water stress，which were increased by 52.7%，65.3%and 4.4%respectively with addition of compost 1 into turf medium as compared with control.Under water stress，different particles－compost had little effect on proline content，but reduced malonaldehyde（MDA）content，which was 19.7%and 35.1%in treatments of compost 1 and compost 4，lower than that of control，respectively.The findings suggested that nano－compost filled in turf medium，especially fine size particles（300－600 nm），might improve physio－ecological regulation functions of plants，alleviate the damage caused by water stress inF.arundinacea，thus improve the resistance ofF.arundinaceato water stress.

FestucaarundinaceaL.；drought resistance；water stress；MSW compost；eco－physiological effect

Q948

A

1671－1114（2011）01－0075－05

2010－08－21

天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（09ZCGYSH02100）

錢勁華（1982—），女，碩士研究生.

多立安（1962—），男，教授，博士，主要從事草坪及環(huán)境生態(tài)學(xué)方面的研究.E－mail：duoliantjnu＠163.com

（責(zé)任編校 紀(jì)翠榮）