不同土壤含水量对草地早熟禾出苗及根系的影响

2013-04-25张寒丽李章杰唐世杰

草业科学 2013年9期

余群，张寒丽，柴琦，李章杰，唐世杰

(1.兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州 730020； 2.兰州市红古区园林局，甘肃兰州 730080)

水分管理是草坪养护管理的主要措施之一，特别是在北方干旱、半干旱地区，草坪水分管理尤为重要[1]。草坪草的养护耗水量大，给城市供水、用水带来巨大压力，我国又是水资源较为匮乏的国家[2]，水供应不足成为经济和社会发展的瓶颈，因此加强草坪水分调控研究，提高草坪建植过程中水资源的利用效率十分必要。

草地早熟禾(Poapratensis)是我国北方地区应用最为广泛的冷季型草坪草种，具有抗寒能力强、耐践踏、耐修剪、再生力强、绿期长等优点[3]。了解土壤不同含水量对其出苗以及根系的影响，分析掌握其对不同含水量的响应，可以为灌溉强度的确定提供依据，这对于草坪节水养护具有十分重要的指导意义。

国内关于水分胁迫对草坪草生长影响的研究较多，但主要集中在土壤水分对草坪草蒸散的影响[4-6]，草坪草的耗水[7]以及干旱胁迫对草坪草的生理反应的影响[8-10]等方面，而关于不同土壤含水量下草地早熟禾根系的研究较少，仅见孙强等[11]对草地早熟禾根系分布的研究报道。因此，本研究通过测定不同土壤水分处理下草地早熟禾种子萌发、幼苗生长及发育状况，研究适宜草地早熟禾生长发育的最佳土壤含水量，以及不同含水量对草地早熟禾根系生长发育的影响，以期为草地早熟禾灌水量的确定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1供试材料供试草地早熟禾品种为商用市售品种“优异”，由新科园林红古综合文化广场绿化项目经理部提供。

1.2试验设计本试验采用单因素完全随机设计，共设置5个水分梯度，分别为田间最大持水量的70%、60%、50%、40%和30%，依次简称为FWC70、FWC60、FWC50、FWC40和FWC30，每处理均设4次重复。将农田土壤碾碎并过2 mm筛，装杯(杯口直径7.0 cm、杯底直径4.6 cm 、高度7.5 cm)，每杯装土165 g，并使其具有相同的紧实度。挑取成熟、饱满、大小均匀的草地早熟禾种子种在杯中，每杯均匀分布10粒，即1个重复，每个处理种24杯，种子连同塑料杯用电子天平称重并记录，采用日称重法补充蒸散的水分以维持土壤含水量恒定。于人工气候箱内萌发，25 ℃恒温，12 h光照、12 h暗培养，相对湿度50%。每日将塑料杯按保持行不变，列数每日递进的空间顺序变换位置，保证各杯生长条件一致。

1.3最大田间持水量的计算按容重采土的方法用环刀在野外采取原状土，放于盛水的搪瓷盘内，有孔盖(底盖)一端朝下，盘内水面较环刀上缘低1～2 mm，勿使环刀上面淹水，使水分饱和土壤。同时在相同土层采土，风干后磨细过1 mm筛孔，装入环刀中，击实装满。将经过水分饱和一昼夜的装有原状土的环刀取出，打开底盖(有孔盖)，将其连同滤纸一起放在装有干土(或石英砂)的环刀上。为紧密接触，可压上砖头(一对环刀用两块砖压)。经过8 h吸水后，从环刀内取出15～20 g原状土测定含水量，此值接近于该土壤的田间持水量。

1.4测定内容及方法

1.4.1出苗率依据《牧草种子检验规程——发芽试验》，试验期间每隔一天统计1次出苗数[12]，连续观测记录42 d，胚芽突破土壤即为出苗，测定出苗率。

1.4.2幼苗苗长、根长在出苗第7、14、21、28、35和42天，每个水分处理随机挑取4个塑料杯，每杯为1次重复，从杯中取出所有幼苗，冲洗干净，用直尺测其幼苗苗长、根长，取平均值。

1.4.3幼苗鲜质量、根鲜质量植株选取时间、方法同1.4.2，幼苗测定苗长、根长后，用万分之一电子天平称量幼苗鲜质量、根鲜质量，4次重复。

1.4.4根系扫描用0.075 mg·mL-1的甲基蓝将根系浸泡染色10 min后，用Delta-T SCAN根系分析系统(HP.C7717，Singaporean)扫描根系，测定根系总长、总表面积、平均直径及侧根数，选取时间、方法同1.4.2，4次重复。

1.5数据分析所有数据用Microsoft Excel 2003录入并作图。采用SAS统计软件(version 9.0)进行差异显著性(LSD)分析。

2 结果与分析

2.1不同土壤含水量对草地早熟禾出苗率的影响除FWC30在整个出苗阶段出苗率均低于10%外，其余处理在整个出苗期共经历3个阶段。第1阶段为第1-6天，出苗率缓慢增长期；第2阶段为第6-12天，出苗率快速增长期；第3阶段为第12-142天，出苗率稳定期。从整个变化过程来看，草地早熟禾的出苗率与土壤含水量基本呈正相关，土壤含水量低于FWC40时，不利于草地早熟禾“优异”种子的萌发。FWC70出苗率最高，为40%，其次为FWC60、FWC50、FWC40和FWC30(图1)。

图1 不同土壤含水量对草地早熟禾出苗率的影响Fig.1 Effects of different soil moisture on the seedling emergence rate of Kentucky bluegrass

2.2不同土壤含水量对草地早熟禾幼苗苗长、根长的影响在出苗第7～14天，植株幼苗苗长各处理间差异不显著(P>0.05)。除FWC30外，其余处理的幼苗苗长均随时间的延长而增大，且在第42天达最大。其中，FWC60处理植株幼苗苗长生长量最大，为12.59 cm，其次为FWC70、FWC50、FWC40和FWC30处理，分别比FWC60小5.44%、22.87%、48.86%和75.28%，其中FWC60与FWC70差异不显著，与其余3个处理差异显著(P<0.05)(图2)。在同一时间段内，土壤含水量高处理的植株幼苗苗长高于低水分处理。

图2 不同土壤含水量对草地早熟禾幼苗苗长的影响Fig.2 Effects of different soil water contents on seediling length of Kentucky bluegrass

在出苗1～7 d，各处理间根长无显著差异；从第14天开始出现显著差异(P<0.05)(图3)，其中，FWC60处理根长显著高于FWC30和FWC40(P<0.05)，FWC50和FWC70低于FWC60，高于FWC40和FWC30，但差异不显著。可见FWC60和FWC50水分处理有利于植株根系生长，且二者间差异不显著，在第42天分别比FWC70、FWC40和FWC30高16.92%、58.00%、149.00%和4.06%、41.36%、121.58%。

2.3不同土壤含水量对草地早熟禾幼苗鲜质量、根鲜质量的影响在出苗第1～14天幼苗鲜质量各处理间无显著差异(P>0.05)，出苗第14天开始差异逐渐明显。在整个幼苗生长期，FWC60处理幼苗鲜质量最高，在出苗第42天达最大，为0.054 g。FWC70和FWC50的幼苗鲜质量略低于FWC60，高于FWC40，而FWC30最低，仅为0.003 g，是FWC60处理的1/20。由此可见，土壤水分含量为60%时植株幼苗鲜质量最大，说明并不是土壤水分含量越高越有利于植株生长(图4)。

随着出苗天数的增加，草地早熟禾在FWC70、FWC60和FWC50处理下根鲜质量均呈明显上升趋势，而FWC40和FWC30处理幼苗根鲜质量无明显变化(图5)。在出苗第1～28天各处理无显著差异，从第28天开始，植株的根鲜质量开始迅速增长，FWC60和FWC50显著高于其余处理(P<0.05)，在第42天，较FWC70、FWC40和FWC30分别增加1.22、9.75、40.97及0.40、5.78、25.47倍。结果表明，土壤水分含量过高并不一定有利于植株根系生长，土壤水分含量过低则严重抑制根系生长，当土壤含水量为最大含水量的50%～60%时草地早熟禾地下生物量最大。

图3 不同土壤含水量对草地早熟禾幼苗根长的影响Fig.3 Effects of different soil water contents on root length of Kentucky bluegrass

图4 不同土壤含水量对草地早熟禾幼苗鲜质量的影响Fig.4 Effects of different soil water contents on seedling fresh weight of Kentucky bluegrass

2.4不同土壤含水量对草地早熟禾根系总表面积的影响各处理根系总表面积均随出苗天数增加而增加，在1～35 d内差异不显著(P>0.05)，从第35天开始，FWC70、FWC60和FWC50处理根系总表面积迅速增加，但FWC40和FWC30变化不大，FWC60处理根系总表面积显著大于FWC70、FWC40和FWC30处理(P<0.05)，第42天，分别比FWC70、FWC40和FWC30处理高1.32、8.46和26.66倍(图6)。

图5 不同土壤含水量对草地早熟禾根鲜质量的影响Fig.5 Effects of different soil water contents on root fresh weight of Kentucky bluegrass

图6 不同土壤含水量对草地早熟禾根系总表面积的影响Fig.6 Effects of different soil water contents on total surface areas of roots of Kentucky bluegrass

2.5不同土壤含水量对草地早熟禾根系平均直径的影响在出苗第1～14天，各处理根系平均直径增长速度最快，FWC70、FWC50、FWC40和FWC30处理幼苗根系直径在第35天达到最大值，分别为0.261、0.245、0.229和0.228 mm，FWC60处理在第42天达最大，为0.218 mm。处理间幼苗根系平均直径差异不显著(P>0.05)(图7)。

2.6不同土壤含水量对草地早熟禾根系总长的影响植株根系总长在出苗初期无明显差异，从第28天开始，FWC70、FWC60和FWC50处理根系总长迅速增加，但FWC40和FWC30处理趋于稳定。FWC60和FWC50处理的根系总长始终大于其他处理，其中FWC60处理增长最快，最大值为1 199.04 mm，FWC30处理增长最慢，最大值仅为53.40 mm(图8)。结果表明，土壤含水量过高或过低都不利于草地早熟禾根系的生长。

图7 不同土壤含水量对草地早熟禾根系平均直径的影响Fig.7 Effects of different soil water contents on average root diameter of Kentucky bluegrass

图8 不同土壤含水量对草地早熟禾根系总长的影响Fig.8 Effects of different soil water content on total length of roots of Kentucky bluegrass

2.7不同土壤含水量对草地早熟禾侧根数的影响植株的侧根数目在出苗初期无明显差异，从第35天开始， FWC70、FWC60和FWC50处理侧根数目随出苗时间迅速增加，而FWC40和FWC30无明显变化。出苗第42天，FWC60侧根数目最多，其次为FWC50和FWC70，其中，FWC40和FWC30显著小于其它处理，FWC60较FWC70、FWC50、FWC40和FWC30处理分别增加2.53、0.76、8.22和15.27倍(图9)。

图9 不同土壤含水量对草地早熟禾侧根数的影响Fig.9 Effects of different soil water contents on number of lateral roots of Kentucky bluegrass

3 讨论与结论

水分条件是影响种子萌发的关键生态因子之一[13]。水分作为种子萌发的先决条件，对草坪草的萌发有显著影响，只有在适宜的水分条件下，才能有较高的发芽率。要保持草坪草健康生长、维持草坪质量就必须适时适量地供给水分。如果土壤中没有可供草坪草吸收的水分，草坪草就会受到胁迫，进而影响代谢过程和生长速度，最终影响草坪的质量。最优土壤含水量能使种子达到最大发芽率，但当超过这一界限时，反而会抑制种子萌发[14]。刘慧霞等[15]研究不同土壤含水量对高羊茅(Festucaarundinacea)出苗影响的结果表明，高羊茅出苗阶段的土壤含水量不能低于饱和含水量的45%，土壤含水量为饱和含水量的60%即可满足坪用高羊茅种子的出苗需求。本研究表明，种子的出苗率随土壤含水量的增强而增加，土壤含水量低于最大田间持水量的40%时严重限制了草地早熟禾的出苗，土壤含水量为最大田间持水量的50%时即可满足其出苗需求。

地上部分生长对干旱胁迫的应激反应与根的反应紧密关联[16]。一般以中度田间持水量为界限，当土壤水分含量较高时，植株生长速率明显增快，水分胁迫程度越高, 植株生长速率越小[17]。孙强等[18]研究表明，草地早熟禾草坪在田间最大持水量的60%～70%水分处理下有较好的色泽、均一性和密度，外观质量较好。本研究表明，草地早熟禾草种在田间持水量的60%处理下幼苗苗长及根长均最长，土壤含水量过高或过低都不利于植株幼苗及根的生长，最大田间持水量的50%即可满足植株根、苗生长，因此草坪灌溉时要合理安排灌水量，避免水资源浪费[3]。

草坪草的地上、地下生物量是衡量草坪生长发育状况的重要指标，是研究草坪生长规律的重要参数[19]，水分变化严重影响植物生物量的分配[20-21]。本研究表明，土壤含水量高的处理生物量明显高于土壤含水量低的处理，但并非土壤含水量越高植株生物量就越高，这与王靖婷等[22]的不同水分处理对野生早熟禾种子萌发特性的影响的研究结果一致，即水分梯度过高或过低都会明显抑制早熟禾的幼苗鲜质量。最大田间持水量的60%处理最有利于草地早熟禾地上及地下的生长，这样可以在相对较少的土壤水分条件下使草坪草保持较好的坪用性能。

草坪草通过庞大的须根系从土壤中吸收水分供其生长利用，其根系分布状况与土壤水分分布、转移和消耗息息相关[10]。分析表明，土壤含水量达最大田间持水量的50%～60%时，植株的根系总表面积、根系平均直径、根系总长及侧根数目增长速率均最快，达70%时反而下降，这与何军[23]对北京地区3种冷季型草坪草需水特性的研究结果一致，即土壤水分直接影响根系的生长，轻度水分胁迫有助于根系的生长，充足的水分条件并不利于高羊茅根系生长。草地早熟禾通过增加其根系总长、根系总表面积、根系平均直径及侧根数来增加根系体积和生物量，以利幼苗根系对土壤中养分的充分吸收，提高早熟禾对土壤养分、水分的利用率，从而保证对植物地上部的养分供给。

综上所述，在西北干旱半干旱地区，最大田间持水量的50%～60%最利于草地早熟禾幼苗和根系生长，既能满足根系对水分的吸收，促进根系向土壤深层进一步扩展，又能减少水资源浪费。

[1] 吕金印,李成龙,张俊林,等.干旱对不同基因型春小麦碳同化物分配的影响[J].干旱地区农业研究,2006,23(6):84-87.

[2] 刘昌明,何希吾.中国 21 世纪水问题方略[M].北京:科学出版社,1996.

[3] 张自和,柴琦.草坪学通论[M].北京:科学出版社,2009.

[4] 李冬杰,杨培岭,王勇,等.土壤水分对草坪草蒸散及生长特性的影响[J].草地学报,2005,13(4):308-312.

[5] 潘全山,韩建国.五个草地早熟禾品种蒸散量及节水性[J].草地学报,2001,9(3):207-212.

[6] 孙强,韩建国,姜丽,等.草坪蒸散量及水分管理的研究[J].草地学报,2004,12(1):51-56.

[7] 刘丽芳,黄冠华.不同水分条件对草坪草耗水及生长影响的研究[J].灌溉排水学报，2006,25(3):25-29.

[8] 韩瑞宏,毛凯,干友民,等.干旱对草坪草的影响[J].草原与草坪，2003(1):8-10.

[9] 周久亚,刘建秀.草坪草抗旱性研究概况[J].草业科学,2002,19(5):61-66.

[10] 李艳秋,尹伟伦,夏新莉.干旱胁迫下四种冷季型草坪草的生理反应[J].草地学报,2007,15(2):164-167.

[11] 孙强,韩建国,刘帅,等.草地早熟禾草坪土壤水分动态与根系生长分布[J].生态学报,2005,25(6):1307-1311.