CN101575225B

CN101575225B - 富营养化水在提高草坪植物光合能力方面的应用

Info

Publication number: CN101575225B
Application number: CN2009100691193A
Authority: CN
Inventors: 赵树兰; 多立安; 杨子君
Original assignee: Tianjin Normal University
Current assignee: Tianjin Normal University
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: CN101575225A

Abstract

本发明公开了富营养水灌溉在提高草坪植物光合能力方面的应用方法。其中所述的富营养富营养化水为原浓度25％-75％的富营养化水；所述富营养富营养化水的TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99。结果表明：采用稀25％-75％的释后富营养化水灌溉，草坪植物的气孔导度、胞间二氧化碳浓度、净光合速率、蒸腾速率及水分利用效率等光合性能得到了增强，达到了提高草坪质量特征和保护环境的目的。

Description

富营养化水在提高草坪植物光合能力方面的应用

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市富营养化水体的治理方法。更具体的说是富营养化水在提高草坪植物光合能力方面的应用。

背景技术

水体富营养化是指由于人类活动，水体中的营养物质增加，引起植物过量生长和整个水体生态平衡的改变，因而造成危害的一种污染现象。水体富营养化也是我国水环境管理中的一个难题，水体中过高的氮(N)、磷(P)浓度是引起水体富营养化的主要原因。随着城市和工业的不断发展，以及农业化肥和含磷洗涤剂的大量使用，大量未经处理的城市生活污水和工农业污水流入湖泊和江河中，使湖泊、江河中的氮磷等营养盐不断积累，水体生产力提高，促使部分藻类生物以及其它水生生物异常大量繁殖，造成水体溶解氧量和透明度下降，水质恶化，产生异味，水体功能遭到破坏，进而导致水体的富营养化进程加速发展。由于水体一旦进入富营养阶段就会对人们的生活环境产生很大的负面影响，最终影响经济建设和社会发展。因此如何治理富营养化的水体，减少其中的营养物质的含量，恢复水体的综合功能，已成为当前全球性的环境问题研究热点。

人们已经认识到，我国草坪业发展必须走生态环境保护与建设紧密结合的新型草坪生态产业之路，必须很好地解决当今面临的一个突出生态问题：即是坚持发展生态节水型草坪产业(多立安和赵树兰，2003)。我国是一个水资源匮乏的国家，虽然水资源总量较大，居世界第6位，但由于人口众多，人均水资源量仅为2230m³。在世界银行近年来所做连续资源统计的132个国家中居第82位，是世界平均水平的3/10，北方地区人均仅为995.4m³，属于联合国规定的严重缺水地区(张令梅，2004)。20世纪80年代以来，随着经济发展和城市化进程的加快，缺水问题尤为突出，每年影响工业产值2000多亿元，农业生产每年缺水达300亿m³，受旱面积约2万km²(周彤，2002)，造成的粮食减产为250亿至480亿kg(刘凤枝，2006)。草坪养护对水的需求量极大，草坪传统节水方式是通过抗旱品种的选育、草坪经济灌溉量、灌溉时机及灌溉方式的选择等方法(Robert，2006)；目前，草坪节水技术有了新的发展，保水剂的引进在一定程度上促进了草坪的节水能力(郑群英等，2005)，但仍然没有在实质上解决草坪节水的重大问题。针对此问题，许多研究者开始采用生活污水、工业用污水或是经过处理后的再生水对植物进行灌溉。天津纪庄子污水处理厂将处理后的污水用于园林绿化的灌溉用水，收到不错的效果(徐强，2003)，国外研究者发现，处理后的污水灌溉与地下水灌溉植物，在不减少产量的条件下，施肥量可以显著降低(Reboll et al.，2000)。处理水用于灌溉还能增加某些植物的生长(Thomas et al.，2006；周陆波等，2005)。值得注意的是，经处理厂处理后的污水，其重金属浓度虽然控制在安全范围以下，但长期灌溉会造成土壤中重金属积累(Adhikar et al.，2004)，或植物局部微量元素的缺乏(Mujeriego et al.，1996)因此，采用此方法一定要定期做好监测工作。

由于进行污水灌溉的水源大都需要污水处理厂的再处理，考虑到处理环节因素，用再生水灌溉草坪成本仍然较高，而且还会对环境及植物本身造成一些弊端，此法虽然大大缓解了对清水的需求量，但通过查阅文献不难发现，我国的污水灌溉技术应用于园林灌溉的较多，应用于绿地灌溉的较少。

草坪植物黑麦草、高羊茅是北方地区比较典型的禾本科草坪草，在庭院、园林绿化以及生态保护方面发挥着巨大的作用。由于草坪的养护需要消耗较多的水分，对城市用水的供应造成了一定的压力，因而针对是否应该大面积发展草坪争议较大。有媒体报道，1m²草坪灌溉1次就需1m³水(高凯等，2007)。如何科学合理的对草坪进行水分管理成为当前研究的重要课题之一。

光合作用是植物所进行的正常生理活动，光合作用的效率及进行情况可直接反映出植物能否正常生长，判断植物光合作用的好坏可通过测定相应光合指标来了解。水分状况是影响植物光合作用、及生长状况的重要因素，水分对植物光合作用的影响可以通过气孔导度进行，也可以直接影响到叶肉细胞的光合能力(Flexas et al.，2006)。在污水灌溉后，植物的光合能力及水分的利用情况将直接关系到成坪的质量与品质，为了收获高质量的草皮或草坪，就必须了解植物的光合作用状况及相关的光合作用指标。如何科学合理的对草坪进行水分管理成为当前研究的重要课题之一。

特别是直接利用富营养化水作为灌溉草坪植物的水源，探究作为草坪绿地灌溉用水源的最适富营养化水及最适浓度，以及采用富营养化水提高草坪植物光合能力方面的应用的技术尚未见相关文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用富营养化水灌溉提高草坪植物光合能力的方法，因其既解决了灌溉草皮所需的水的来源问题，又使景观效果与治理修复功能并重而成为重要的水生态修复技术。所以本发明通过以不同水域不同浓度的富营养化水为培养基质种植草坪植物，旨在探究富营养化水在提高草坪植物光合能力方面的应用，最终达到节约资源和保护环境的目的。为实现上述目标，本发明提供了如下的技术方案：

富营养水在提高草坪植物光合能力方面的应用；其中所述的富营养水为原浓度25％-75％的富营养化水；所述富营养水体水域的TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99。

本发明所述的应用，其中所述的草坪植物光合能力包括：草坪植物的气孔导度；草坪植物胞间的二氧化碳浓度；草坪植物的净光合速率；草坪植物的蒸腾速率；草坪植物的水分利用效率。

本发明所述的应用，其中草坪植物为黑麦草或高羊茅。

本发明所述的应用，其中采用稀释的75％富营养化水浇灌时草坪植物光合能力达到最大。

本发明所述的应用，其中所述的提高草坪植物光合能力包括：富营养化水灌溉草坪植物气孔导度的影响；富营养化水灌溉对草坪植物胞间二氧化碳浓度的影响；富营养化水灌溉对草坪植物净光合速率的影响；富营养化水灌溉对草坪植物蒸腾速率的影响；富营养化水灌溉对草坪植物水分利用效率的影响。

本发明所述的应用，其中利用富营养化水灌溉提高草坪植物光合能力的方法如下：

一种利用富营养化水灌溉提高草坪植物光合能力的方法，其特征在于：

(1)在自然土壤中匀播种草坪植物；

(2)播种初期用净水培养，待种子萌发后改用稀释原浓度25％-75％的富营养化水浇灌；

(3)播种后定期进行除杂，早晚各浇水一次，保持基质表面湿润；

(4)第45-60d，测定草坪植物光合能力的各项指标；

本发明所利用富营养化水灌溉提高草坪植物光合能力的方法，其中草坪植物为黑麦草或高羊茅。

本发明利用富营养化水灌溉提高草坪植物光合能力的方法，其中采用稀释的25％富营养化水浇灌。

本发明利利用富营养化水灌溉提高草坪植物光合能力的方法，其中采用稀释的50％富营养化水浇灌。

本发明利用富营养化水灌溉提高草坪植物光合能力的方法其中采用稀释的75％富营养化水浇灌时草坪植物光合能力达到最大。

本发明所述的富营养水体为：外环线沿线水域、姚村周边水域、卫津河河水、师大主校区生活污水。其中外环沿线水域和卫津河水是市区景观河道的两处代表水域；姚村周边水域紧邻化工厂，附近有工业废水排出；师大主校区生活污水受生活垃圾污染严重。其TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99。

本发明公开的利用富营养化水灌溉提高草坪植物光合能力的方法与现有技术相比，所具有的积极效果在于：

(1)本发明直接利用富营养化水作为灌溉草坪植物的水源，分析草坪植物对富营养化水灌溉下的生长、生理生态的适应性响应，探究作为草坪绿地灌溉用水源的最适富营养化水及最适浓度。省去了污水处理厂的再处理，从而使再生水灌溉草坪的成本大度的下降，为富营养水的再生利用提供了可靠的方法。

(2)本发明考察了不同浓度，不同水域的富营养化水作为草坪植物的灌溉水源在调节草坪植物光合能力方面的可行性，试验结果表明：经过富营养化水灌溉，草坪植物的抗逆活性，抵御不利生长环境的能力增加了。从而解决了草坪植物栽培及管理过程中耗水量大、基质选择不当等诸多限制因素。为富营养化水的进一步治理，合理使用，提供了一种简洁、环保的可行性的好方法。最终达到资源节约和保护环境的目的。

(3)本发明研究了不同区域富营养化水在不同浓度梯度处理下对草坪植物黑麦草、高羊茅生长状况、光合特性及水分利用特征方面的影响，从而分析用富营养化水作为草坪植物的灌溉水，是否既能满足草坪草的生长及光合作用的需要，不仅达到节水目的，也能调节草坪植物光合能力的含量。

附图说明：

图1富营养化水灌溉对黑麦草气孔导度的影响；

图2富营养化水灌溉对高羊茅气孔导度的影响；

图3富营养化水灌溉对黑麦草胞间二氧化碳浓度的影响；

图4富营养化水灌溉对高羊茅胞间二氧化碳浓度的影响；

图5富营养化水灌溉对黑麦草净光合速率的影响；

图6富营养化水灌溉对高羊茅净光合速率的影响；

图7富营养化水灌溉对黑麦草叶面蒸腾速率的影响；

图8富营养化水灌溉对高羊茅叶面蒸腾速率的影响；

图9富营养化水灌溉对黑麦草水分利用效率的影响；

图10富营养化水灌溉对高羊茅水分利用效率的影响。

具体实施方式

为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。以下结合实例对本发明做进一步的说明。

实施例1

(1)在自然土壤中匀播种草坪植物；

(2)播种初期用净水培养，待种子萌发后改用稀释原浓度75％的富营养化水浇灌；

(3)播种后定期进行除杂，早晚各浇水一次，保持基质表面湿润，第60d，测定草坪植物光合能力的各项指标。具体见实施例2的方法。

实施例2

1、研制方法

本实验选用我国北方常见的陆生草坪植物多年生黑麦草(Lolium perenne L.)和高羊茅(Festuca arundinacea L.)。通过前一章萌发筛选出使草坪植物发芽率较高，水体富营养化较严重的三处水域作为本实验的灌溉用实验水，分别为：外环线沿线水域、姚村周边水域、师大主校区生活污水。三处水域TN分别为：9.7mg/L、12.3mg/L、13.1mg/L；TP分别为：0.6mg/L、0.9mg/L、0.8mg/L；pH值分别为：8.12、8.99、8.67。参照“国家地表水环境质量标准”(GB3838-2002)，本实验所用水均超出地表V类水标准，达到富营养化水平。对照选用自来水，其TN为：0.16mg/L；TP为：0.01mg/L；pH值为：6.89。

2、实验方法

将三处富营养化水分别用自来水稀释到原浓度的25％、50％、75％三个处理。以自来水(0％)为对照。将自然风干后的园土装在一次性塑料杯中，每杯约200g，200粒高羊茅种子均匀播种其上。播种初期用净水培养，待种子萌发后改用不同浓度处理的富营养化水浇灌，3次重复。本实验在天津师范大学生态实验室内进行，将一次性塑料杯放置于培养台上，实验期间室内温度为20～25℃，相对湿度为40％～65％，光照为投入室内的自然光，平均光量子密度约为600～800μmol·m-2·s-1。播种后定期进行同样的除杂(定期手工去除杂草)和浇水(早晚各浇水一次，保持基质表面湿润)，根据试验目的和内容定期观测并记录数据。指标测定。

光合指标采用美国LI-COR公司生产的Li-6400便携光合仪对气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度(Ci)、光合速率(Pn)及叶面蒸腾速率(Tr)等指标进行了测定，每个处理先各测2个叶片，每次测量10个数据，三次重复分三个循环测完，每个重复测定15个数据，测定时间为8:30-17:30，测定日天气晴朗，CO₂浓度为400±50μmol CO₂mol^-1，光照强度为900±30μmol·m^-2·s^-1。用下面公式计算水分利用效率：水分利用效率＝光合速率/蒸腾速率。

生长指标测定的具体方法为：将草坪植物根部的园土用清水小心冲洗干净，并用干净的滤纸吸干水分，每个培养器皿内随机选取5株用厘米刻度尺测定株高和根长，然后将草坪植物齐根剪下，用电子天平分别称量地上部分鲜重及根重。

3、结果与分析

(1)富营养化水灌溉对草坪植物生长指标的影响

1)富营养化水灌溉对黑麦草生长指标的影响

三处不同水域的富营养化水稀释为不同浓度后灌溉黑麦草对其幼苗生长情况的影响见表1。各水域分别稀释为原浓度的25％、50％、75％后，对黑麦草根冠比、地上鲜重的积累影响不明显，均未与对照形成显著性差异(P＞0.05)。随着稀释浓度的升高，各水域使黑麦草株高呈现逐渐降低的趋势，最小值均出现在稀释为原浓度的75％时，此时黑麦草株高分别为对照的89.5％、84.8％、81.0％。三处水域对黑麦草根长的影响较一致，都是在稀释为原浓度的25％、50％处理下使根长显著高于对照；75％处理下根长与对照无显著差异。外环水域稀释后各浓度显著促进黑麦草根重的增加；生活区水域稀释后各浓度显著抑制黑麦草根重的增加。这说明黑麦草地下部分根重的差异，可反映出黑麦草受外环水域和生活区水域的不同影响。

表1 富营养化水灌溉对黑麦草生长指标的影响

2)富营养化水灌溉对高羊茅生长指标的影响

三处不同水域的富营养化水稀释为不同浓度后灌溉高羊茅对其幼苗生长情况的影响见表2。各水域分别稀释为原浓度的25％、50％、75％后，对高羊茅地上生物量的积累影响不明显，均未与对照形成显著性差异(P＞0.05)。姚村富营养化水稀释后各浓度使高羊茅株高显著低于对照；外环、生活区富营养化水稀释为原浓度的50％、75％后也明显抑制了株高的伸长，与对照相比差异显著。不同水域经稀释后均能明显促进高羊茅根长、根重的增加，且均与对照差异显著，其中三处水域处理后高羊茅根长的最大值分别为对照的115.3％、121.2％、120.8％；根重的最大值分别为对照的122.2％、123.5％、122.6％。姚村和外环水域对高羊茅根冠比的影响与对照相比差异不显著；生活区富营养化水稀释后各浓度使根冠比均显著高于对照。

表2 富营养化水灌溉对高羊茅生长指标的影响

(2)富营养化水灌溉对草坪植物光合指标的影响

气孔是植物叶片进行气体交换和进行蒸腾作用的通道，气孔导度(Gs)通常是影响光合作用的重要因子(Jones，1992)。三处富营养化水稀释为不同浓度后灌溉黑麦草对其叶片气孔导度的影响见图5.1，姚村和生活区水域各浓度对黑麦草气孔导度的影响与对照相比差异不显著(P＞0.05)；当外环水域稀释为原浓度的50％时显著促进气孔导度的增加，比对照高出78.9％，其他各浓度处理下与对照相比差异不显著。如图2所示，不同水域经过稀释为不同浓度后对高羊茅叶片气孔导度的影响，经统计分析后均未与对照形成显著性差异水平。从图中可以看出，姚村与生活区水域虽然都使高羊茅气孔导度与对照相比差异不显著，但对高羊茅气孔导度的影响形式却不同：姚村水域稀释后高羊茅气孔导度均小于对照，且在稀释为原浓度的50％时达到最小值，为对照的41％；生活区水域稀释后高羊茅气孔导度均高于对照，且在稀释为原浓度的50％时达到最大值，为对照的136％

(3)富营养化水对草坪植物Gi的影响

富营养化水稀释为各浓度后灌溉黑麦草，对其胞间二氧化碳浓度的影响与对照相比差异均不显著(图3)。从图中可以看出通过灌溉富营养化水的培养方式，黑麦草胞间二氧化碳浓度普遍升高，最高值分别比对照高出8.8％、6.6％、10.5％，这有利于提高黑麦草的抗旱性。从图4可以看出，三处富营养化水经稀释后灌溉高羊茅，对其胞间二氧化碳浓度的影响规律较为一致，均呈现出随着稀释浓度的升高，高羊茅胞间二氧化碳浓度先降低后增加的趋势，且都在100％处理下达到最大值，分别为对照的106.3％、100.8％、104.7％。外环和生活区水域各浓度灌溉后，使高羊茅胞间二氧化碳浓度与对照相比未形成显著差异；姚村富营养化水稀释为原浓度的25％时，胞间二氧化碳浓度显著低于对照，其他各浓度与对照差异不显著。

(4)富营养化水对草坪植物Pn的影响

姚村和外环两处富营养化水，经过稀释为不同浓度后用于灌溉，使黑麦草净光合速率明显降低，均显著低于对照(图5)。生活区富营养化水经稀释后灌溉黑麦草对其净光合速率的影响，与对照相比差异不显著。三处富营养化水均在稀释为原浓度的25％浓度处理下，净光合速率达到最低值，分别为对照的50％、35％、70％。三处富营养化水稀释为不同浓度后灌溉高羊茅，使其叶片净光合速率分别高于对照，但未与对照形成显著性差异水平(图6)。各处富营养化水均在稀释为原浓度的25％浓度处理下，净光合速率达到最大值，分别比对照高出85％、38％、33％。这三处富营养化水在稀释为原浓度的25％这一处理下，对黑麦草、高羊茅净光合速率的影响表现出相反的特征，这可能与两种草坪植物体内的光合作用器官结构不同有关。

(5)富营养化水灌溉对草坪植物水分利用特性的影响

1)富营养化水对草坪植物Tr的影响

不同富营养化水稀释为不同浓度后灌溉草坪植物黑麦草，对其叶面蒸腾速率的影响不明显，与对照水平基本一致(图7)。每处水域对叶面蒸腾速率的影响随着稀释浓度的升高，均表现出先下降后升高的趋势，但未与对照形成显著差异水平。同样，三处供试富营养化水经不同浓度稀释后灌溉高羊茅，也对其叶面蒸腾速率的影响不明显，均未与对照形成显著差异水平(图8)。由此可见，这三处富营养化水对草坪植物黑麦草、高羊茅叶面蒸腾速率的影响较为一致。

2)富营养化水对草坪植物水分利用效率的影响

如图9所示，不同富营养化水稀释为不同浓度后灌溉草坪植物黑麦草，对其水分利用效率的影响，表现出与其净光合速率的影响较为一致的变化规律，即：经稀释后的姚村外环两处富营养化水的各个浓度，均使黑麦草水分利用效率与清水培养条件下有所降低，且在稀释为原浓度的25％处理下达到最小值，分别为对照的57.7％、38.5％；而生活区富营养化水稀释为各浓度后，均使黑麦草水分利用效率与对照相比有所增加。三处富营养化水的不同稀释浓度的黑麦草水分利用效率的影响，与对照相比均未达到显著性差异水平。三处供试富营养化水经不同浓度稀释后灌溉草坪植物高羊茅，对其水分利用效率有促进增加的作用，略高于对照，但均未与对照形成显著差异水平(图10)。由此可见，这三处富营养化水对草坪植物高羊茅水分利用效率的影响较为一致。

结论

三处富营养化水稀释为不同浓度后灌溉草坪植物黑麦草、高羊茅，对其地上生物量的影响较一致，均与对照差异不显著，而对两种草坪植物株高的影响则存在着差异，即：三处富营养化水只有在100％浓度处理下显著抑制黑麦草株高的伸长；对高羊茅株高的影响表现在，当各处富营养化水稀释浓度大于25％时高羊茅株高生长均受到显著抑制，这说明黑麦草对富营养化水作为灌溉水的培养方式更为适应。姚村、外环、生活区水域对黑麦草和高羊茅地下部分根长的促进作用明显，均显著高于对照，同时，均能显著增加高羊茅地下生物量的积累。不同水域对黑麦草地下生物量的积累影响不同，姚村、外环水域稀释后各浓度显著促进根重增加；生活区水域显著抑制根重增加。各处水域对草坪植物高羊茅和黑麦草根冠比的影响与对照基本一致，从而有利于草坪植物的正常生长。

三处富营养化水稀释后灌溉草坪植物黑麦草、高羊茅，总体来看对其光合特征各项指标的影响不明显。不同水域的不同稀释浓度使黑麦草气孔导度、胞间二氧化碳浓度均有不同程度的增加，但与对照差异不显著，各处水域对高羊茅叶片的气孔导度、胞间二氧化碳浓度的影响也与对照无显著差异。一般来说，植物在逆境胁迫下光合作用会受到影响，叶片净光合速率会下降，从试验结果可以看出，姚村外环富营养化水不利于草坪植物黑麦草叶片净光合速率的增加，而有利于高羊茅净光合速率的增加；生活区富营养化水稀释为不同浓度后对两种草坪植物净光合速率的影响不明显。有研究表明在一些逆境胁迫下，植物的净光合速率与气孔导度表现出大体上相互平行的变化，具有显著的正相关性。但在生长良好的大田条件下测定表明，净光合速率与气孔导度、蒸腾速率之间并不存在显著的正相关关系。说明在水肥状况良好的情况下，气孔导度在一定范围内的变化，不会对净光合速率造成很大影响(即CO₂的供应不是主要限制因子时)，只有当水分胁迫严重时，净光合速率与气孔导度的关系才成为直线关系。

综合分析，用富营养化水对草坪植物进行灌溉可以维持其正常的光合作用能力，特别是其中一些光合指标甚至好于对照组，而富营养化水对草坪植物的这种影响很可能是由于富营养化水中含有丰富的氮、磷等营养元素，因为许多研究都表明植物叶片的氮浓度与光合速率呈显著正相关，施氮肥增加叶中氮浓度，因此也提高了光合速率，同样，有效磷的增加可以提高植物代谢速度，增加叶绿素和蛋白含量，从而提高光合速率。

草坪植物对水分利用特征各项指标的响应，可直接反映出草坪植物对逆境条件，特别是干旱条件的适应性强弱，而叶面蒸腾速率和水分利用效率是衡量水分利用情况的两个重要指标。由以上分析可以看出，供试的三处富营养化稀释为不同浓度后对两种草坪植物的叶面蒸腾速率和水分利用效率均无显著影响，其中，对高羊茅叶面蒸腾速率和水分利用效率的影响更有利于其增强抗旱性。

Claims

1.富营养水在提高草坪植物光合能力方面的应用；其中所述的富营养水为原浓度75％的富营养化水；所述富营养水的TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99；所述的草坪植物光合能力包括：草坪植物的气孔导度；草坪植物胞间的二氧化碳浓度；草坪植物的净光合速率；草坪植物的蒸腾速率；草坪植物的水分利用效率。