草坪基质添加蟹壳粉对高羊茅种子萌发和幼苗生长的影响

卢云峰， 韦 平， 赵树兰， 多立安

（天津师范大学生命科学学院， 天津300387）

草坪建设是城市建设的必要组成部分，也是衡量城市现代化的重要指标之一。草坪通过净化、防尘、减噪等功能改善调节城市生态系统，并且为城市居民生活提供悠闲场所。常见的草坪建植方法是草皮卷铺设法，每次收获草皮时，1．5～2．5 cm厚的耕层土壤会随草皮一并带走，长期进行草皮生产的农田表层土壤减少了近10 cm［1］。为了解决传统的草皮生产方式带来的土壤破坏问题，无土栽培技术应运而生。常见的草坪组配基质主要以有机基质为主，包括：木屑、秸秆、粉煤灰、草质纤维等。我国螃蟹资源丰富，但蟹壳的利用率并不高，只有少部分用于鱼粉加工和甲壳素的生产。蟹壳的大量丢弃造成了环境污染和资源的浪费。蟹壳中含有甲壳质、碳酸钙、蛋白质等多种成分［2］。目前，对蟹壳的研究主要集中在从蟹壳中提取甲壳素及其衍生物，并进一步应用到对植物生长调节方面［3］；也有研究表明，蟹壳作为吸附材料对重金属等污染物质有一定的吸附能力［4－5］。而将蟹壳粉直接作为基质填充材料加以利用还未见报道。

本试验将不同比例蟹壳粉与土壤组配成草坪基质，通过培植高羊茅，研究蟹壳粉组配基质对草坪植物种子萌发和幼苗生长的影响。研究结果可为蟹壳粉直接应用于草坪建植提供理论依据，也为蟹壳的资源化利用开辟一新途径。

1 材料与方法

1．1 实验材料

供试土壤取自天津师范大学院内0～20 cm的表层土壤，自然风干、碾碎，备用。土壤质地为砂质粘土，p H＝7．44，有机质含量4．68%，全氮0．21%，有效磷22．03 mg／kg，饱和含水量0．58 m L／g，容重0．87 g／cm3。螃蟹购买于天津市集市，为海螃蟹，剔肉后将蟹壳清洗干净，自然状态下晾干，用粉碎机（FW－80）粉碎，过100目筛。草坪草种选用我国北方较常见多年生高羊茅（Festuca arundinacea L．）。

1．2 实验设计

实验共设4个处理：对照（ck）不加蟹壳粉；按质量比分别加入1%、3%和5%蟹壳粉；每个处理3次重复。实验采用直径6．8 cm，高7．8 cm的塑料容器，将蟹壳粉与土壤按不同比例混合均匀，每个容器装入混合基质150 g，对照组为150 g纯土壤。选择籽粒饱满的高羊茅种子，预先在黑暗条件下清水浸泡12 h，每盆播种100粒（约0．4 g）。植物培养期间室内温度15～25℃，相对湿度为42%～65%，光照为透入室内的自然光（646～27 090 lx）。每天统一定量给水，以保证植物生长所需。

1．3 指标测定

萌发指标：种子胚根长出并超过种子长度一半视为萌发，以发芽末期连续7 d发芽不超过1%时为限。发芽率（%）＝发芽种子数／供试种子数×100%；发芽势（%）＝萌发4 d内发芽种子数／供试种子数×100%。萌发7 d测定发芽指数（GI）＝∑（G t／D t），其中，GI为发芽指数，G t为在t日的发芽种子数，D t为相应的发芽天数。种子活力指数＝S×GI，其中，S为植株生物量，GI为发芽指数。根冠比＝地下部分鲜重／地上部分鲜重。

株高动态：播种10 d后开始测量株高，此后，每隔5 d测定1次，共测定7次。每盆中随机选取5株长势匀称的植株，取其平均株高。

生物量：植株生长40 d后刈割，地上部分108℃下杀青20 min，80℃烘干至恒重，并称量。地下部分，用清水将根洗净，用滤纸吸去根外部水分，80℃烘干至恒重。

1．4 数据处理

数据采用SPSS 17．0进行方差分析与多重比较，采用SigmaPlat 12．5绘制图表。添加不同比例蟹壳粉对高羊茅种子萌发和幼苗生长影响的结果，采用隶属函数法进行评价。

隶属函数值计算公式［6］：

R（Xj）＝（Xj－Xmin）／（Xmax－Xmin）。

式中Xj为第j个综合指标，Xmin、Xmax分别为第j个综合指标的最小值和最大值。然后用各指标的隶属函数值相加来计算综合评定值。

2 结 果

2．1 蟹壳粉对高羊茅种子萌发的影响

高羊茅的发芽率随着蟹壳粉添加比例的增加而减少（表1），其中对照组的发芽率最高，为74．00%；添加5%蟹壳粉的发芽率最少，仅为25．67%；添加3%和5% 蟹壳粉的发芽率和对照相比差异显著（p＜0．05）。高羊茅的发芽势表现出和发芽率相同的趋势，随着蟹壳粉比例的增加，发芽势受到明显的抑制，各处理和对照间差异显著，分别为对照的 81．29%、39．03% 和27．80%。发芽指数最高的为对照组，其次是添加1%蟹壳粉的处理，和对照差异不显著，但3%和5%处理与对照差异显著。

表1 添加蟹壳粉对高羊茅种子萌发指标的影响

2．2 蟹壳粉对高羊茅株高动态的影响

高羊茅幼苗株高动态如图1所示。生长初期，播种10 d和15 d时，添加1%、3%蟹壳粉处理组和对照差异不显著，但5%蟹壳粉处理的幼苗株高显著低于对照，10，15 d时分别为对照的71．99%和67．66%。

图1 添加蟹壳粉对高羊茅株高动态的影响

图2 添加蟹壳粉对高羊茅地上（A和B）和地下生物量（C和D）的影响

表2 添加蟹壳粉对高羊茅各指标影响的隶属函数分析

在生长中期（15～30 d），添加1%蟹壳粉处理组植株生长迅速，株高显著增长，和其他组均差异显著，平均生长率为0．22 cm／d。对照组和3%处理组，株高平均生长率分别为0．12 cm／d和0．11 cm／d。添加5%蟹壳粉的处理生长最缓慢，15 d仅增加了1．04 cm，平均生长率仅为0．07 cm／d。

对照处理40 d后株高为10．32 cm；添加1%蟹壳粉处理组高羊茅生长最快，株高为12．92 cm，是对照组的1．25倍；而添加3%和5%蟹壳粉的处理株高均显著降低，分别为对照组的87．72%和61．77%。

2．3 蟹壳粉对高羊茅生物量的影响

添加不同比例的蟹壳粉对高羊茅地上和地下生物量的影响见图2。加入1%的蟹壳粉处理，高羊茅地上生物量显著增加，地上鲜重较对照增加了67．99%，干重较对照增加了70．14%。但添加高剂量的蟹壳粉处理，草坪草的地上生物量则较对照组显著减少，尤其是5%的处理，地上鲜重和干重分别比对照减少了89．77%和75．68%。

添加蟹壳粉显著抑制了高羊茅地下根系的生长，地下鲜重和干重均以对照组为最高；1%蟹壳粉处理组地下鲜重和干重分别为对照的60．13%和65．58%；5%蟹壳粉处理高羊茅地下生物量最小，鲜重和干重仅为对照的5．62%和15．18%。

2．4 蟹壳粉对高羊茅根冠比的影响

图3 添加蟹壳粉对高羊茅根冠比的影响

添加不同比例的蟹壳粉，对高羊茅的根冠比也有显著影响（图3），所有处理组根冠比均较ck减少，且差异显著，对照组根冠比为处理组的2～3倍。各处理随着蟹壳粉比例的增加，根冠比增加。结合草坪草的外观看，在高剂量的蟹壳粉影响下，草坪草的植物普遍矮小，植株稀少，而在1%蟹壳粉的影响下，草坪草生长茂盛，叶片深绿。

2．5 蟹壳粉对高羊茅种子活力指数的影响

蟹壳粉添加对高羊茅的萌发和生物量均有一定的影响，活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映。由图4可知，高羊茅种子活力最高的是添加1%蟹壳粉的处理，其次是对照组，最低的是添加5%蟹壳粉的处理，且各处理和对照相比差异显著。蟹壳粉添加比例为1%时，种子活力是对照组的1．38倍。但蟹壳粉添加量继续上升，则种子活力受到了明显的抑制，3%蟹壳粉处理种子活力为对照的20．17%，5%蟹壳粉处理仅为对照的3．59%。

图4 添加蟹壳粉对高羊茅种子活力指数的影响

2．6 蟹壳粉对高羊茅萌发和幼苗生长的综合评定

采用隶属函数法分别就土壤中添加不同比例蟹壳粉对高羊茅种子萌发和幼苗生长的影响进行评定（表2）。结果表明，添加1%蟹壳粉促进高羊茅生长，添加3%和5%蟹壳粉处理组明显低于对照组，高浓度的蟹壳粉添加不利于高羊茅生长。蟹壳粉对高羊茅种子萌发和幼苗生长的综合评定排名顺序为：1%、ck、3%、5%处理。

3 讨论与结论

蟹壳中主要成分是碳酸钙和甲壳素，其中，甲壳素含量高达15%～30%。甲壳素及其衍生物可作为植物生长调节剂能有效促进植物根、茎、叶的生长，提高作物产量［3，7］。添加蟹壳粉比例为1%时，草坪植物地上生物量显著增加，株高在20 d后，生长迅速。添加甲壳素还能促进土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性的增加，改善土壤环境，土壤中的速效养分含量增加［8］，从而促进植物生长。还有研究表明，添加一定浓度的甲壳素能够提高土壤微生物数量，对土壤有一定的改善作用［9］。此外，甲壳素能提高固氮菌等有益微生物，抑制一部分有害病菌对植物的侵染和繁殖［10－11］。由于甲壳素对土壤的改善作用，添加一定量的蟹壳粉后，土壤形成了适宜植物生长的微生态环境，有利于高羊茅的生长，因此，添加1%蟹壳粉处理，种子活力、株高等显著增加。但是，当蟹壳添加量增大，超过了适宜浓度，则对草坪植物生长产生抑制，在发芽率、生物量、株高等方面均不理想，并且抑制程度随蟹壳粉添加量的增加而增加。王艳芳等研究表明，低浓度的甲壳素能显著促进幼苗株高、生物量［12］，并且促进植物的光合作用，但甲壳素较高浓度时，显著降低了叶片的光合速率，抑制幼苗生长［13］。

蟹壳中除甲壳素外，还含有大量的碳酸钙，添加蟹壳粉的所有处理组地下生物量均较对照有所减少，高剂量的碳酸钙是导致植物根系不发达、植株矮小的原因之一［14］。陈玲等的研究表明，低量的CaCO3对植物地上部生长有一定的促进作用，高剂量却抑制了根系和地上部的生长［15］。加入CaCO3可提高土壤p H值，并且，CaCO3在土壤中会产生HCO3－，低浓度的HCO3－可以促进植物生长，高浓度时会抑制植物生长［16］。HCO3－的存在会使得根系细胞中有机酸累积并最终影响根系的生长［17］。随着蟹壳粉比例的增加，碳酸钙含量增加，对高羊茅根系生长的抑制作用加剧。根冠比主要反映了生物量在地上地下积累的情况，添加蟹壳粉抑制了地下生物量的积累，生物积累由地下转移到地上。但是，随着蟹壳量的增加，根冠比增加，地上生物量受到蟹壳粉的影响较地下生物量更为敏感。

蟹壳粉对高羊茅种子萌发表现出一定的抑制作用，进一步影响了高羊茅的幼苗生长，1%蟹壳粉处理15 d内并未显示明显的优势，但15 d后，生长状况超过对照组。活力指数是种子初期生长的综合反映，添加1%蟹壳粉的处理活力指数最高。隶属函数分析在多指标测定基础上对各处理高羊茅萌发和生长进行了综合评价，避免了单一指标的片面性，较为全面地反映蟹壳粉对草坪植物种子萌发和幼苗生长的影响，使结果更具科学性。综合评定值越大，表明添加蟹壳粉对种子萌发和幼苗生长的促进作用越明显［6］。通过隶属函数分析，各个指标的综合评定排名为：1%处理＞对照＞3%处理＞5%处理。所以，1%蟹壳粉添加比例能够为高羊茅生长提供较好的环境，促进初期生长。

综上所述，添加蟹壳粉对种子萌发和地下根系生长有一定的抑制作用，1%的蟹壳粉处理能显著提高植株的地上生物量和株高，种子活力指数最高。3%和5%处理则对高羊茅表现出明显的伤害，利用蟹壳粉作为草皮基质填充材料时，选择较低的比例（1%）较为适宜。

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