引用本文
曹允馨, 于芳芳, 白梅, 常智慧. 污泥和吲哚丁酸对草地早熟禾的生长和耐旱性的影响研究. 草业学报, 2018,27(5): 109-119
CAO Yun-xin, YU Fang-fang, BAI Mei, CHANG Zhi-hui. Impact of sewage sludge and indole butyric acid on growth and drought tolerance of Poa pratensis under drought stress . Acta Prataculturae Sinica,2018,27(5): 109-119  
Doi:10.11686/cyxb2017246
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本文属于开放获取期刊。
污泥和吲哚丁酸对草地早熟禾的生长和耐旱性的影响研究
曹允馨1, 于芳芳1, 白梅2, 常智慧1,*
1.北京林业大学草坪研究所,北京100083
2.陕西咸阳市秦都区农林畜牧局,陕西 咸阳 712000
*通信作者Corresponding author. E-mail: changzh@bjfu.edu.cn

作者简介:曹允馨(1994-),女,山西繁峙人,在读硕士。E-mail:cyx0720@126.com

收稿日期: 2017-05-22
基金项目:国家高新技术研究发展计划项目(2013AA102607)资助
摘要

污泥中含有丰富的矿质营养和生物活性物质,经无害化处理后可以作为良好的土壤改良剂和植物肥料。试验旨在研究并对比污泥和外源吲哚丁酸(IBA)对草地早熟禾生长及耐旱性的影响。污泥取自北京市酒仙桥污水处理厂。试验采用裂区设计,主处理包括:充分浇水和干旱处理,副处理包括污泥处理、外源IBA(2 μmol·L-1)处理和对照。草地早熟禾播种生长3个月后干旱处理组不再浇水,至土壤水分含量降到25%田间持水量时复水,一个月后再次不浇水干至25%田间持水量,再复水一个月。在每次干旱开始和结束时,测定草地早熟禾坪观质量、叶片相对含水量、叶绿素和类胡萝卜素含量、脯氨酸、脱落酸、吲哚乙酸及丙二醛含量。结果表明:在充分浇水条件下,污泥和IBA能改善草地早熟禾的坪观质量,提高叶片叶绿素含量和IAA含量( P<0.05),且污泥的作用比IBA更持久;干旱胁迫下,污泥和外源IBA处理均能显著提高草地早熟禾的坪观质量,降低萎蔫度,提高叶片相对含水量和叶绿素含量( P<0.05)。2次干旱处理结束后,对照、污泥和IBA处理的脯氨酸含量分别为433,385和254 μg·g-1,脱落酸含量分别为1.74,0.68和0.70 μg·g-1,丙二醛含量分别为62.39,40.08和25.38 nmol·g-1,污泥和IBA处理的草地早熟禾叶片中脯氨酸、脱落酸和丙二醛含量均显著低于对照( P<0.05)。试验结果说明污泥和外源IBA能促进草地早熟禾的生长,污泥能提高草地早熟禾的抗旱性,IBA能提高其对干旱胁迫的耐受性。

关键词: 污泥; 草地早熟禾; 吲哚丁酸; 干旱
Impact of sewage sludge and indole butyric acid on growth and drought tolerance of Poa pratensis under drought stress
CAO Yun-xin1, YU Fang-fang1, BAI Mei2, CHANG Zhi-hui1,*
1.Turf Institute of Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
2.Agriculture and Forestry Animal Husbandry Bureau of Qindu District, Xianyang 712000, China
Abstract

Biosolids contains a wealth of nutrients and biologically active substances (BAS) and is useful for soil improvement and as fertilizer following appropriate treatment. The purpose of this research was to study the effects of sewage sludge obtained from Jiuxianqiao sewage treatment plant in Beijing and exogenous auxin on the growth and drought tolerance of kentucky bluegrass ( Poa pratensis). A split plot trial design was used with main plot treatments being moisture availability (well-watered and drought stress). Subplots included treatments of sewage sludge, 2 μmol·L-1 endogenous indole butyric acid (IBA) and a control. Three months after establishment watering in the drought stress plots was stopped until the soil water content fell to 25% of field capacity. Subsequently irrigation commenced again for a month, with held again until 25% field capacity and then fully irrigated for another month. The well-watered treatments were fully irrigated for the duration of the study. Turf quality, wilt rating, leaf relative water content, chlorophyll and carotenoids content, proline content, ABA content, IAA content and MDA (malondiadehyde) content of all treatments were measured at every beginning and end of drought stress. Sewage sludge and endogenous IBA improved turf quality and leaf chlorophyll content under well-watered conditions, and increased leaf IAA content ( P<0.05); sewage sludge had a more lasting effect than IBA. Both sewage sludge and IBA enhanced the turf quality, leaf relative water content and chlorophyll content ( P<0.05) under the drought stress. At the end of drought stress, the proline contents of control, sewage sludge and IBA treatments were respectively 433, 385 and 254 μg·g-1, ABA content was 1.74, 0.68 and 0.70 μg·g-1, respectively and MDA content 62.39, 40.08 and 25.38 nmol·g-1, respectively. Proline, ABA and MDA contents of sewage sludge and IBA treatments were significantly lower than that of the control ( P<0.05). The study indicated that both sewage sludge and IBA could promote the growth of Kentucky Bluegrass; sewage sludge raised drought resistance while IBA enhanced drought tolerance.

Keyword: sewage sludge; Poa pratensis; indole butyric acid; drought

污泥是污水净化处理过程中产生的不包括栅渣、浮渣和沉砂池沙砾的含水率不同的废弃物[1]。据统计, 截止“ 十二五” 规划期末, 我国全年污水处理量达到550亿m3以上, 中国城市污泥产生量已达到3500万t[2]。截止2016年3月底, 全国已建成污水处理厂3910座, 预计2020年污泥的年产量将突破6000万t[3]。城市污泥的处理处置已成为城镇污水处理行业的关键限制因素[4]。污泥的主要处置方式有填海、焚烧、填埋和土地利用[5]。填海因严重污染生态环境和食物链已被多国禁止, 填埋需要大量的占地面积, 焚烧不仅造成二次污染且成本极高[6], 而污泥是低质燃料, 其焚烧、碳化不能将污泥中的养分资源物尽其用[7], 因此土地利用是国家目前优先鼓励的处置途径[4]。

有研究表明, 将污泥用作土壤改良剂可以调控植物种子的发芽和出苗[8], 促进绿地植物地上部分的生长[9], 提高草坪草的成坪速度和坪观质量[10], 绿地植物的开花并延长花期[11], 增加生物量[12]等。随着近年来关于污泥堆肥对植物生长影响的研究的深入, 一些学者开始探索污泥影响植物生长的作用机理。污泥中含有大量的矿质元素和有机质, Tester[13]的研究证明了污泥可以提高高羊茅(Festuca arundinace)体内氮、磷、钾的含量, Chen等[14]的研究表明污泥能提高高羊茅体内铁、锰、钼的含量。此外, 污泥还可以提高绿地植物的叶绿素含量[15], 对草坪草渗透物质和抗氧化酶系都会产生影响[16, 17]。污泥中含有生长素、腐殖酸、氨基酸和维生素等生物活性物质[18, 19], 可以为植物提供生长调节剂, 或通过刺激微生物产生激素间接促进植物生长, 激素对植物生长产生的影响是同等矿质元素所无法替代的[20]。

大量研究表明污泥可以使草坪草获得良好的生长响应, 增加生物量, 提高坪观质量、生长势及抗逆性等[8, 21]。王新等[22]研究发现, 施用污泥后, 土壤有机质增加12.79%~80.80%, 且随污泥用量的增加呈递增趋势, 而在污泥施用当年, 草坪草的生物量比对照增加了64%~316%。禚来强等[23]研究发现, 污泥能够促进草地早熟禾(Poa pratensis)的生长并提高其抗旱性, 污泥中的腐殖酸能够促进草地早熟禾根系的生长。闫双堆等[24]发现, 污泥不仅能增加草坪草分蘖数和叶绿素含量, 还可以降低早熟禾的细胞膜透性从而提高其抗寒性。Zhang等[17]在研究污泥对高羊茅抗旱性影响中测得污泥中的吲哚乙酸(indole-3-acetic-acid, IAA)含量范围为0.5~2.4 μ g· g-1, 并提出污泥对于植物生长及抗逆性的积极作用与其所含生长素有密切关系。

草地早熟禾因其绿期长、耐修剪且抗寒能力较强等优良特性被广泛用于草坪建植和城市绿化[25], 但其抗旱性相对较弱[26], 成为限制其应用的关键因素。污泥对于草坪草的积极影响存在多方面的原因, 目前有关污泥中生物活性物质生长素对草坪草抗性影响的研究较少, 本试验的目的是研究污泥中的生长素对草地早熟禾抗旱性的影响, 为污泥用于草坪的建植及其资源化利用提供科学依据。

1 材料与方法
1.1 污泥

泥饼状污泥, 取自北京市酒仙桥污水处理厂, 其含水量为73.8%, 全氮含量1.04 g· kg-1, 生长素(IAA)含量为1.62 μ g· g-1, 铁含量为3.5 mg· g-1, 镁含量为2.4 mg· g-1, 锰含量为0.052 mg· g-1。供试草种为草地早熟禾 ‘ 午夜’ 品种(Poa pratensis ‘ Midnight’ ), 其绿期长, 耐践踏性优良, 抗性较强; 供试基质为经800 ℃高温煅烧, 不含任何营养物质的煅烧黏土(Profile Products, Chicago, IL), 拥有良好的排水性和透气性。

1.2 污泥中草地早熟禾可利用氮的测定

试验选用直径15 cm、深10 cm的塑料盆, 每盆添加0.7 kg煅烧粘土。污泥中草地早熟禾可利用氮的测定采用5个氮素梯度:1)对照, 不添加氮素; 2)25 mg· kg-1氮素; 3)50 mg· kg-1氮素; 4)75 mg· kg-1氮素; 5)污泥。每个浓度梯度4个重复。前4个处理由NH4NO3溶液提供氮素, 污泥处理由污泥提供氮素, 污泥在播种前与基质混合均匀。草地早熟禾播种量为15 g· m-2。所有处理加无氮Hoagland营养液以提供草坪草生长所需的除氮素以外的其他营养。试验在平均日夜温度为23/16 ℃的温室内进行, 光照时间为11 h, 光强860 μ mol· m-2· s-1 PAR(photosynthetically active radiation)。生长期为2个月, 期间保持盆内水分为90%田间持水量。定期修剪维持草坪草叶片高度8~10 cm。每次修剪后收集草屑, 80 ℃烘干72 h后保存。

试验结束后, 将草坪草所有地上部分收集, 烘干。采用凯氏定氮法[27]测草坪草地上部分的全氮含量。根据前4个处理作出氮摄入量与氮施用量的标准曲线, 得出线性方程y=0.0014x+0.0211。从而计算出污泥中草地早熟禾可利用的有效氮含量为113.2 mg· kg-1。

1.3 试验设计

由1.2的试验结果可知在2.5 kg基质中为草地早熟禾提供45 mg· kg-1氮所需的污泥量为21.3 g。吲哚丁酸(indole butyric acid, IBA)的处理用量参考Zhang等[16]的试验确定为2 μ mol· L-1。试验采用裂区设计, 主处理为干旱处理, 包括充分浇水和干旱处理2组; 副处理为污泥处理, 包括:1)对照组; 2)2 μ mol· L-1 IBA处理; 3)污泥处理, 21.3 g· 盆-1。每处理5个重复。

2011年4月23日播种, 用直径21 cm, 深18 cm的塑料盆种植, 每盆添加 2.5 kg 煅烧粘土, 草地早熟禾播种量为15 g· m-2。播种前将污泥与基质混合均匀, 保证盆内持水量达到90%左右。IBA分别在7月29日和8月22日喷施0.342 mg(相当于70%持水量时2 μ mol· L-1的浓度)。对照和IBA处理的氮素添加量均为45 mg· kg-1, 用NH4NO3溶液提供, 分别在播种前、播种后20 d和播种后30 d时添加7.5 mg· kg-1、 7.5 mg· kg-1和 15 mg· kg-1。试验期间用无氮Hoagland营养液为所有处理提供氮素以外的其他营养。试验温室的日夜平均温度为23/16 ℃, 光照时长为11 h, 光强为860 μ mol· m-2· s-1 PAR。草坪草定期修剪, 保持草坪草高度为8~10 cm。

播种3个月后开始进行干旱处理。充分浇水组始终保持盆内水分为90%田间持水量。干旱处理组从处理开始时不浇水, 待水分降到25%田间持水量后重新浇水, 恢复至90%田间持水量, 保持1个月后干旱处理组再次不浇水, 待水分降到25%田间持水量后重新浇水。经过两次干旱复水循环后试验结束。

取样时间分别为两次干旱循环的开始与结束以及复水30 d后, 即7月30日(90%田间持水量)、8月13日(25%田间持水量)、9月13日(90%田间持水量)、9月24日(25%田间持水量)和10月23日(90%田间持水量)。剪取草坪草顶端3~5 cm所得草屑为样品。叶片含水量和叶绿素、类胡萝卜素含量修剪后立即测定; 测氨基酸和激素含量的草样用液氮带回, 置于-80 ℃冰箱保存待测。

1.4 测定指标及方法

草坪坪观质量参考杨燕等[28]的方法, 9分制, 依据草坪颜色、均一度、盖度等方面打分, 1代表草坪完全死亡, 9代表草坪颜色浓绿、稠密、均一, 有茂盛的地上茎叶, 6代表可接受的最低草坪质量水平; 目测草坪叶片测定叶片萎蔫度, 从0到100%, 0代表叶冠完全, 100%代表永久萎蔫; 相对含水量采用饱和称重法[29]:叶片采集后立即称其鲜重(FW), 然后浸入蒸馏水中, 4 ℃条件下放置12 h以上, 取出后擦干叶片表面水分, 称其饱和重量(TW), 105 ℃杀青30 min, 80 ℃烘干至恒重称其干重(DW), 叶片相对含水量=(FW-DW)/(TW-DW)× 100%; 参照赵汝[30]的方法测定叶绿素和类胡萝卜素含量:用95%乙醇浸提, 分光光度计测定浸提液在波长为665, 649和470 nm处的吸光度, 计算色素含量; 脯氨酸含量的测定[31]:用100 μ g· mL-1脯氨酸标液作出标准曲线后, 用3%磺基水杨酸在沸水浴中提取脯氨酸, 在520 nm波长下测定吸光度, 计算脯氨酸含量; 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量采用硫代巴比妥酸显色法[32, 33]测定, 吲哚乙酸和脱落酸(abscisic acid, ABA)含量采用高效液相色谱法[34]测定, 提取方式参考禚来强[35]的方法。

1.5 数据分析

采用SAS 9.1.3软件分析实验数据, 统计检验采用LSD检验。

2 结果与分析
2.1 坪观质量和叶片萎蔫度

充分浇水条件下, 所有处理的草地早熟禾外观表现良好且基本一致, 说明污泥和IBA处理在土壤水分供应良好的情况下对草地早熟禾影响较弱。干旱复水循环过程中, 各处理草坪草在干旱期间和复水后, 坪观质量均明显下降, 但同时期内污泥处理显著高于对照(P< 0.05)。污泥和IBA处理的坪观质量分别在第1次干旱结束时(8月13日)和第2次干旱结束时(9月24日)显著高于对照(P< 0.05)(表1)。

表1 两种水分条件下污泥和IBA对草地早熟禾坪观质量的影响 Table 1 Impact of sewage sludge and IBA on the turfgrass quality of kentucky bluegrass under two water conditions

两次干旱结束时(8月13日和9月24日), 污泥处理和IBA处理均显著降低了草地早熟禾的萎蔫度(P< 0.05), 污泥与IBA处理之间无显著差异(图1)。

图1 干旱胁迫下污泥和IBA对草地早熟禾叶片萎蔫度的影响
不同小写字母表明差异显著(P< 0.05)。Fig.1 Impact of sewage sludge and IBA on the wilt rating of kentucky bluegrass under drought stress
Means with different lowercase letters indicate significant difference(P< 0.05).

2.2 叶片相对含水量

充分浇水机制下, 污泥和IBA处理的叶片相对含水量均略高于对照, 但差异不显著(表2)。IBA处理能在更长时间内维持在较高的状态。干旱处理组在两次干旱最严重时(8月13日和9月24日), 所有处理的叶片相对含水量都下降(表2)。8月13日时, 污泥处理和IBA处理的叶片相对含水量均显著高于对照(P< 0.05)。两次复水后, 对照组含量略低于原有水平, 而污泥和IBA处理恢复至原有水平。说明污泥处理和IBA处理可以缓减干旱胁迫对草地早熟禾造成的轻微损伤。

表2 两种水分条件下污泥和IBA对草地早熟禾叶片相对含水量的影响 Table 2 Impact of sewage sludge and IBA on the leaf relative water content of kentucky bluegrass under two water conditions (%)
2.3 叶绿素和类胡萝卜素含量

充分浇水组的污泥处理在后4次取样时草地早熟禾叶片的叶绿素含量均高于CK, IBA处理在两次干旱结束(8月13日和9月24日)及最后一次复水结束时(10月23日)叶绿素含量高于CK(表3)。污泥处理和IBA处理对胡萝卜素含量的影响均不显著。干旱处理组第1次复水后, 污泥处理的类胡萝卜素含量显著高于对照(P< 0.05), 两个处理的类胡萝卜素含量都显著高于对照(P< 0.05); 第2次复水后, 污泥处理的类胡萝卜素含量显著高于对照(P< 0.05)(表4)。

表3 两种水分条件下污泥和IBA对草地早熟禾叶片叶绿素含量的影响 Table 3 Impact of sewage sludge and IBA on the leaf chlorophyll content of kentucky bluegrass under two water conditions (mg· g-1)
表4 两种水分条件下污泥和IBA对草地早熟禾叶片胡萝卜素含量的影响 Table 4 Impact of sewage sludge and IBA on the leaf caroenoids content of kentucky bluegrass under two water conditions (mg· g-1)
2.4 脯氨酸含量

充分浇水组中, 污泥处理和IBA处理的脯氨酸含量均与对照无显著差异(P> 0.05)(表5)。干旱处理组中, 第1次干旱结束时(8月13日), 所有处理的脯氨酸含量增加, 污泥处理和IBA处理增加的幅度显著小于对照(P< 0.05); 第2次干旱结束时(9月24日), 污泥处理的脯氨酸含量低于对照, 但差异不显著, IBA处理显著低于对照(P< 0.05)。第2次干旱后复水30 d后(10月23日), 污泥处理和IBA处理的脯氨酸含量显著低于对照(P< 0.05)。

表5 两种水分条件下污泥和IBA对草地早熟禾叶片脯氨酸含量的影响 Table 5 Impact of sewage sludge and IBA on the proline content of kentucky bluegrass under two water conditions (μ g· g-1)
2.5 脱落酸(ABA)含量

充分浇水组中, 污泥处理ABA含量基本维持在较稳定的水平(表6)。对照和IBA处理的ABA含量在8月13日出现明显下降且低于污泥处理(P< 0.05), 之后保持稳定。干旱处理组中, 所有处理的ABA含量在第1次复水30 d(9月13日)后显著下降(P< 0.05); 第2次干旱结束时(9月24日), 对照的ABA含量显著升高(P< 0.05), 污泥和IBA处理没有明显变化。第1次干旱复水循环中, 各处理间叶片ABA含量无显著差异, 第2次干旱复水循环中, 污泥和IBA处理的ABA含量显著低于对照(P< 0.05)。

表6 两种水分条件下污泥和IBA对草地早熟禾叶片ABA含量的影响 Table 6 Impact of sewage sludge and IBA on the leaf ABA content of kentucky bluegrass under two water conditions (μ g· g-1)
2.6 吲哚乙酸(IAA)含量

充分浇水组条件下, 污泥和IBA显著提高了草地早熟禾的叶片IAA含量(表7)。 干旱处理组中, 对照的IAA含量在最后一次复水30 d后显著增加(P< 0.05); 污泥处理的IAA 含量在两次干旱结束时(8月13日和9月24日)均有增加, 第1次复水30 d后(9月13日)下降。第2次干旱结束时(9月24日)对照的IAA含量降低, 污泥处理和IBA 处理的IAA含量显著高于对照(P< 0.05); 复水30 d后(10月23日), 污泥处理的IAA含量显著低于对照(P< 0.05); IBA处理的IAA含量变化不显著(P> 0.05)(表7)。

表7 两种水分条件下污泥和IBA对草地早熟禾叶片IAA含量的影响 Table 7 Impact of sewage sludge and IBA on the leaf IAA content of kentucky bluegrass under two water conditions (ng· g-1)
2.7 丙二醛(MDA)含量

充分浇水条件下, 所有处理的MDA含量基本稳定。干旱处理组中, 第1次循环中所有处理的MDA含量都在干旱结束时下降, 复水30 d后上升; 第2次循环中对照和污泥处理的MDA含量在干旱结束时上升, 复水30 d后下降, IBA处理的MDA含量则在干旱结束时下降, 复水30 d后上升, 两次干旱结束时(8月13日和9月24日)污泥和IBA处理的MDA含量显著低于对照(P< 0.05)(表8)。说明污泥和IBA处理能够降低过氧化反应导致的膜损伤。

表8 两种水分条件下污泥和IBA对草地早熟禾叶片MDA含量的影响 Table 8 Impact of sewage sludge and IBA on the leaf MDA content of kentucky bluegrass under two water conditions (nmol· g-1)
3 讨论

污泥因其含有丰富的矿质营养、有机质及生物活性物质而可被作为肥料施用于草坪, 从而促进草坪草的生长并提高其坪观质量和抗逆性。本研究首先通过设定4个NH4NO3溶液梯度浓度与污泥共5个处理的预试验测定污泥中草地早熟禾可利用的有效氮含量, 从而控制所有处理为草地早熟禾提供等量的氮素营养, 排除处理间氮的影响。实验过程中全部处理施入足量无氮霍格兰营养液提供除氮素外的其他营养, 从而排除缺素的影响并避免对照和IBA处理的草坪草受到缺素的影响。因此, 试验中污泥和IBA对草坪草生长状况的影响及差异是发生在营养元素一致的前提下的。

3.1 污泥和IBA对草地早熟禾生长的影响

邵海林等[36]的研究表明污泥能够提高草坪草的叶绿素含量, 从而提高其坪观质量。王新等[22]的研究表明污泥能增加草坪草地上生物量并延长绿期。杨玉荣等[37]的研究也表明污泥能够增加草坪草的地上生物量和叶绿素含量且10%污泥堆肥的效果最佳。本研究中, 污泥和IBA处理在充分浇水条件下均能提高草地早熟禾的坪观质量、叶绿素和类胡萝卜素含量。IBA对坪观质量的改善效果比污泥更为明显, 且提高叶片相对含水量的作用更持久。而污泥提高叶绿素的作用优于IBA。所以污泥和IBA均能促进草地早熟禾的生长, 但二者之间差异不明显, 说明污泥中的生长素和单独施用的外源生长素对草坪草外观及形态方面影响没有太大的差别。充分浇水条件下, 污泥处理的IAA含量始终高于对照, IBA处理的IAA含量在试验前期高于对照, 随时间的延长逐渐降低, 后期低于对照。这表明污泥对叶片IAA含量的影响比IBA更持久。IAA是影响植物生长、代谢及形态建成等生理活动十分重要的激素, 能够促进侧根和不定根的形成以及光合产物的分配等[38]。Zhang等[17]在研究污泥对草地早熟禾抗旱性的影响时提出过以下猜想:污泥可能通过促进土壤根际微生物的活动来为植物提供生物活性物质, 本试验中污泥对叶片IAA含量的持久影响与此一致。污泥处理中由于微生物持续被激活不断为植物提供生长素, 而IBA处理中的ABA随时间延长不断消耗, 所以污泥处理的草坪草叶片IAA含量保持较高水平的时间比IBA处理的更长久。

3.2 污泥和IBA对草地早熟禾耐旱性的影响

本实验的结果表明, 污泥和IBA处理能降低草地早熟禾脯氨酸、脱落酸和丙二醛的积累量。脯氨酸和游离氨基酸属于渗透调节物质, 干旱胁迫下植物会通过大量积累渗透调节物质以降低细胞水势, 促进吸水; 脱落酸(ABA)是一种植物激素, 不仅对植物、种子的休眠和器官脱落等起重要作用, 也是植物在逆境胁迫反应过程中的重要调控物质[39]; 丙二醛(MDA)是细胞膜脂过氧化作用的产物之一, 能加剧膜的损伤, 其积累量能反映植物在逆境中的受损程度[40]。

关于植物在干旱胁迫下脯氨酸积累的生理效应与植物抗旱性的关系存在不同的观点。田福平等[41]在研究紫花苜蓿(Medicago sativa)抗旱性时得出的结论是脯氨酸的积累量与植物抗旱性呈正相关。郭郁频等[26]在研究不同早熟禾品种对干旱胁迫的响应时发现脯氨酸与丙二醛的变化趋势一致, 认为脯氨酸含量可作为评判早熟禾品种抗旱性强弱的指标之一。但也有学者提出, 由于植物抗逆性的途径是多样的, 所以高等植物的抗逆性与脯氨酸的关系并不简单[42]。李昆等[43]的研究也表明, 脯氨酸的积累速度和数量与抗旱性不是简单的相关关系。马宗仁[44]对短芒披碱草(Elymus breviaristatus)和老芒麦(Elymus sibiricus)在水分胁迫下脯氨酸积累的研究表明, 脯氨酸的积累存在时间差的问题。根据脯氨酸在逆境下的积累途径分析, 它可能反映适应性, 也可能是细胞结构功能受损的表现[43]。本试验中, 各处理的脯氨酸含量在干旱时均明显升高, 但污泥处理和IBA处理的含量低于对照, 说明污泥和IBA处理能够降低干旱对草地早熟禾的伤害程度。脱落酸(ABA)是一种胁迫激素, 能促进休眠、抑制生长、促进叶片衰老、促使气孔关闭等, 很多研究表明ABA参与干旱胁迫响应, 主要表现在控制水分平衡和提高细胞耐受性两个方面[45]。有研究表明植物受到干旱胁迫时ABA含量会增加[46]。但Munns等[47]在研究中发现缺水的小麦(Triticum aestivum)中ABA浓度并未明显提高, 贺继临等[48]对几种小麦内源激素含量变化与抗旱能力强弱关系的研究中发现, 抗旱能力强的小麦品种的平均叶片细胞分裂素/脱落酸(CTKs/ABA)较高, 而抗旱能力弱者较低, 即内源促进型激素相对量高的品种耐旱性更强。本实验中各处理ABA含量在第1次干旱时下降, 第2次干旱时上升, 下降时, 对照的变化幅度小于污泥和IBA处理, 上升时, 对照的变化程度大于污泥和IBA处理, 说明污泥和IBA处理能削弱ABA这种胁迫激素的正向调控, 增强其负向调控。结合污泥与IBA能增加草地早熟禾干旱时IAA含量的效应来看, 污泥能降低草地早熟禾对干旱的敏感程度, 提高其耐旱性。这与贺继临等[48]的研究结果基本一致。丙二醛是(MDA)具有细胞毒性, 其含量高低能反映膜脂过氧化水平和膜结构的受损程度[49, 50], 本实验中污泥和IBA处理降低了MDA的积累量, 这进一步说明了它们可以降低干旱对草坪草的损伤。在影响脯氨酸, ABA和MDA积累效应方面, IBA 的作用优于污泥, 但从对IAA含量和坪观质量等指标的影响来看, 污泥的作用优于IBA。

4 结论

IBA在降低干旱对草坪草损伤方面的效果比污泥更好, 但污泥比IBA能更好地提高草坪草在干旱时的综合表现, 这可能是由于污泥中含有多种营养及生物活性物质, 在其一系列复杂的代谢影响下产生的结果。所以IBA能更直接地提高草地早熟禾在干旱期对干旱的耐受性, 而污泥可能会提高草坪草整体的抗旱性。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] Stand ard Quota Research Institute of Ministry of Housing and Urban RuralDevelopment. Guidelines for the implementation of a series of stand ards for sludge treatment in municipal wastewater treatment plants. Beijing: China Stand ard Press, 2011.
住房和城乡建设部标准定额研究所. 城镇污水处理厂污泥处置系列标准实施指南. 北京: 中国标准出版社, 2011. [本文引用:1]
[2] Li Y C. Review of sludge treatment/disposal technology in municipal wastewater treatment plant. Intelligent City, 2017, 3(1): 269.
李艳春. 城市污水处理厂污泥处理/处置技术综述. 智能城市, 2017, 3(1): 269. [本文引用:1]
[3] Zhou Y L, Ji Y D. Sludge reduction treatment is imminent. China Environment News, 2017-3-14(6).
周雁凌, 季英德. 污泥减量化处置迫在眉睫. 中国环境报, 2017-3-14(6). [本文引用:1]
[4] Gao D, Liu H T, Chen T B, et al. Potentials and problems in application of composted sewage sludge in urban greening engineering. China Water & Wastewater, 2012, 28(21): 147-149, 153.
高定, 刘洪涛, 陈同斌, 等. 污泥发酵产物在园林绿化领域的应用潜力与问题. 中国给水排水, 2012, 28(21): 147-149, 153. [本文引用:2]
[5] Yang L B, Zou G Y, Zhang L J, et al. Progress in research on agricultural application of sewage sludge. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2008, (1): 420-424.
杨丽标, 邹国元, 张丽娟, 等. 城市污泥农用处置研究进展. 中国农学通报, 2008, (1): 420-424. [本文引用:1]
[6] Zhang X, Lin S S, Hu X C, et al. Research progress of city land utilization of sewage sludge. Guangdong Chemical Industry, 2014, 41(20): 95-96.
张欣, 吝珊珊, 胡晓晨, 等. 城市污泥土地利用研究进展. 广东化工, 2014, 41(20): 95-96. [本文引用:1]
[7] Liu H T, Wang Y W, Kong X J, et al. Development tendency of sludge land application and its reason. Environmental Science and Management, 2015, 40(11): 37-40.
刘洪涛, 王燕文, 孔祥娟, 等. 城市污泥土地利用近期发展趋势及其原因研究. 环境科学与管理, 2015, 40(11): 37-40. [本文引用:1]
[8] Han C, Chang Z H. Effects of sludge on growth and physiology of green plants. Pratacultural Science, 2014, 31(4): 641-649.
韩朝, 常智慧. 城镇生活污泥对绿地植物生长和生理的影响. 草业科学, 2014, 31(4): 641-649. [本文引用:2]
[9] Zhao G Q, Shen L Y, Wang Z Y, et al. Effects of sewage sludge compost on the growth of 12 flowering shrubs. Journal of Northwest Forestry University, 2011, 26(5): 87-90.
赵广琦, 沈烈英, 王智勇, 等. 城市污泥堆肥对12种花灌木生长的影响. 西北林学院学报, 2011, 26(5): 87-90. [本文引用:1]
[10] Zhao F Y, Li W Z, Zhang X B, et al. Study on the application of raw sludge in lawn production. Environmental Pollution & Control, 2011, 33(8): 32-35.
赵方莹, 李文忠, 张雪彪, 等. 不同性状城市污水污泥在草坪生产中的应用研究. 环境污染与防治, 2011, 33(8): 32-35. [本文引用:1]
[11] Liu Q, Chen L, Qiu J Z, et al. Effects of sewage sludge compost on growth and heavy metal accumulation in horticultural plants. Journal of Tongji University (Natural Science Edition), 2010, 38(6): 870-875.
刘强, 陈玲, 邱家洲, 等. 污泥堆肥对园林植物生长及重金属积累的影响. 同济大学学报(自然科学版), 2010, 38(6): 870-875. [本文引用:1]
[12] Li W Z, Zhao F Y, Zhang X B, et al. Study on the impact of raw sludge and compost sludge on shrubs’ growth. South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology, 2011, 9(2): 114-115, 149.
李文忠, 赵方莹, 张雪彪, 等. 不同性状污泥对灌木的生长影响研究. 南水北调与水利科技, 2011, 9(2): 114-115, 149. [本文引用:1]
[13] Tester C F. Tall fescue growth in greenhouse, growth chamber, and field plots amended with sewage sludge compost and fertilizer. Soil Science, 1989, 148(6): 452-458. [本文引用:1]
[14] Chen L, Tubail K, Kost D, et al. Effects of gypsum enhanced composts on yields and mineral compositions of broccoli and tall fescue. Journal of Plant Nutrition, 2010, 33(7): 1040-1055. [本文引用:1]
[15] Li Y X, Zhao L, Chen T B. The municipal sewage sludge compost used as lawn medium. Acta Ecologica Sinica, 2002, (6): 797-801.
李艳霞, 赵莉, 陈同斌. 城市污泥堆肥用作草皮基质对草坪草生长的影响. 生态学报, 2002, (6): 797-801. [本文引用:1]
[16] Zhang X Z, Ervin E H, Evanylo G K, et al. Impact of biosolids on hormone metabolism in drought-stressed tall fescue. Crop Science, 2009, 49: 1893-1901. [本文引用:2]
[17] Zhang X Z, Ervin E H, Evanylo G K, et al. Biosolids impact on tall fescue drought resistance. Journal of Residuals Science & Technology, 2005, 2: 173-180. [本文引用:3]
[18] Sánchez-Monedero M A, Roig A, Cegarra J, et al . Relationships between water-soluble carbohydrate and phenol fractions and the humification indices of different organic wastes during composting. Bioresource Technology, 1999, 70(2): 193-201. [本文引用:1]
[19] Li H, Jin Y Y, Nie Y F. Extraction and utilization of humic acid from sewage sludge. Journal of Tsinghua University (Science and Technology Edition), 2009, 49(12): 1980-1983.
李欢, 金宜英, 聂永丰. 污水污泥中腐殖酸的提取和利用. 清华大学学报(自然科学版), 2009, 49(12): 1980-1983. [本文引用:1]
[20] Frankenberger W T, Arshad M. Phytohormones in soils. New York: Marcel Decker, 1995. [本文引用:1]
[21] Yu F F, Chang Z H, Han L B. General situation of studies on grassland application of municipal sludge compost. Acta Prataculturae Sinica, 2011, 20(5): 259-265.
于芳芳, 常智慧, 韩烈保. 城市污泥和污泥堆肥在草坪的利用研究进展. 草业学报, 2011, 20(5): 259-265. [本文引用:1]
[22] Wang X, Zhou Q X, Chen T, et al. Effects of land utilization of sewage sludge on grass and soils. Environmental Science, 2003, (2): 50-53.
王新, 周启星, 陈涛, 等. 污泥土地利用对草坪草及土壤的影响. 环境科学, 2003, (2): 50-53. [本文引用:2]
[23] Zhuo L Q, Chang Z H. Impact of biologically active substances of biosolids on Poa pratensis L. growth under dought stress. Acta Agrestia Sinica, 2013, 21(2): 346-352.
禚来强, 常智慧. 干旱条件下污泥中生物活性物质对草地早熟禾生长的影响. 草地学报, 2013, 21(2): 346-352. [本文引用:1]
[24] Yan S D, Bu Y S, Liu L J. Effect of sewage sludge compound fertilizer on soil enzyme activity and growth of Poa annua L. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2008, (5): 1104-1108.
闫双堆, 卜玉山, 刘利军. 污泥复混肥对早熟禾草坪草生长性状及土壤酶活性的影响. 中国生态农业学报, 2008, (5): 1104-1108. [本文引用:1]
[25] Liu Q, Zhang S K, Sun W B, et al. Nutrition effects on growth and endogenous hormones in kentucky bluegrass. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(2): 31-40.
刘强, 张锁科, 孙万斌, 等. 不同营养调控对草地早熟禾生长和内源激素含量影响研究. 草业学报, 2015, 24(2): 31-40. [本文引用:1]
[26] Guo Y P, Mi F G, Yan L J, et al. Physiological response to drought resistances evaluation of different kentucky bluegrass varieties. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(4): 220-228.
郭郁频, 米福贵, 闫利军, 等. 不同早熟禾品种对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评价. 草业学报, 2014, 23(4): 220-228. [本文引用:2]
[27] Fan Z Y, Liu Q S, Zhang P. Comparison of the Kjeldahl method and the Dumas method for total nitrogen determination in grasses. Modern Scientific Instruments, 2007, (1): 46-47.
范志影, 刘庆生, 张萍. 用凯氏法和杜马斯法测定植物样品中的全氮. 现代科学仪器, 2007, (1): 46-47. [本文引用:1]
[28] Yang Y, Yang X H, Sun Y. Effect on turf characteristics of the kentucky bluegrass turf under different shading intensities. Acta Agrestia Sinica, 2010, 18(3): 447-451.
杨燕, 杨晓华, 孙彦. 不同遮荫强度对草地早熟禾草坪质量的影响. 草地学报, 2010, 18(3): 447-451. [本文引用:1]
[29] Barrs H D, Weatherley P E. A re-examination of the relative turgidity technique for estimating water deficits in leaves. Australian Journal of Biological Science, 1962, 15(3): 413-428. [本文引用:1]
[30] Zhao R. Research on the resistance of tall fescue with foreign DREB1A gene and their filial generation. Beijing: Beijing Forestry University, 2010.
赵汝. 转DREB1A基因高羊茅及其子代的抗性研究. 北京: 北京林业大学, 2010. [本文引用:1]
[31] Li H S. Principles and techniques of plant physiology and biochemistry experiments. Beijing: Higher Education Press, 2000: 260-261.
李合生. 植物生理生化实验原理和技术. 北京: 高等教育出版社, 2000: 260-261. [本文引用:1]
[32] Hodges D M, Delong J M, Forney C F, et al. Improving the thiobarbituric acid-reactive-substances assay for estimating lipid peroxidation in plant tissues containing anthocyanin and other interfering compounds. Planta, 1999, 207(4): 604-611. [本文引用:1]
[33] Heath R L, Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1968, 125(1): 189-198. [本文引用:1]
[34] Edlund A, Eklof S, Sundberg B, et al. A microscale technique for gas chromatography-mass spectrometry measurements of picogram amounts of indole-3-acetic acid in plant tissues. Plant Physiology, 1995, 108(3): 1043-1047. [本文引用:1]
[35] Zhuo L Q. Biosolids impact on nitrogen metabolism and root growth of kentucky bluegrass ( Poa pratensis L. ). Beijing: Beijing Forestry University, 2013.
禚来强. 污泥对草地早熟禾氮代谢和根系生长的影响. 北京: 北京林业大学, 2013. [本文引用:1]
[36] Shao H L, Li N, Wang X H. Effects of municipal household garbage and sewage sludge on lawn grass and soil nutrients. Sci-tech Innovation and Productivity, 2005, (S2): 3-5, 8.
邵海林, 李娜, 王晓红. 生活垃圾和污泥对草坪草生长的影响. 太原科技, 2005, (S2): 3-5, 8. [本文引用:1]
[37] Yang Y R, Wei J, Li Q R. Effects of urban sludge composting on growth of lawn grass. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2010, 38(11): 5586-5587.
杨玉荣, 魏静, 李倩茹. 城市污泥堆肥对草坪草生长的影响. 安徽农业科学, 2010, 38(11): 5586-5587. [本文引用:1]
[38] Yuan B H, Liao X R, Zheng X J, et al. Metabolism and action of indole acetic acid in plant cells. Bulletin of Biology, 2005, (4): 21-23.
苑博华, 廖祥儒, 郑晓洁, 等. 吲哚乙酸在植物细胞中的代谢及其作用. 生物学通报, 2005, (4): 21-23. [本文引用:1]
[39] Gong P Z, Liu X H. Research on ABA’s effect in plants reaction to drought stress and signal transduction. Journal of Sanming University, 2005, (4): 420-423.
龚培灶, 刘希华. 脱落酸在植物干旱胁迫反应中的作用及信号转导研究. 三明学院学报, 2005, (4): 420-423. [本文引用:1]
[40] Ding Y M, Ma L H, Zhou X G, et al. Effects of drought stress on free proline and malonaldehyde contents in potato leaves and correlation analysis of drought-tolerant level among different varieties. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2013, 26(1): 106-110.
丁玉梅, 马龙海, 周晓罡, 等. 干旱胁迫下马铃薯叶片脯氨酸、丙二醛含量变化及与耐旱性的相关性分析. 西南农业学报, 2013, 26(1): 106-110. [本文引用:1]
[41] Tian F P, Wang S M, Guo Z G, et al. Relationship between proline content and water content, single plant dry matter, and drought resistance of alfalfa. Pratacultural Science, 2004, (1): 3-6.
田福平, 王锁民, 郭正刚, 等. 紫花苜蓿脯氨酸含量和含水量、单株干质量与抗旱性的相关性研究. 草业科学, 2004, (1): 3-6. [本文引用:1]
[42] Tang Z C. Accumulation of proline in plants under stress and its possible significance. Plant Physiology Journal, 1984, (1): 15-21.
汤章城. 逆境条件下植物脯氨酸的累积及其可能的意义. 植物生理学通讯, 1984, (1): 15-21. [本文引用:1]
[43] Li K, Zeng J M, Zhao H. Drought resistance in relation to free proline in the major tree species in dry and hot river valley of Jinsha. Forest Research, 1999, (1): 106-110.
李昆, 曾觉民, 赵虹. 金沙江干热河谷造林树种游离脯氨酸含量与抗旱性关系. 林业科学研究, 1999, (1): 106-110. [本文引用:2]
[44] Ma Z R. Study on the accumulation of free proline of Elymus breviaristatus and E. sibiricus under the water stress. Pratacultural Science, 1992, (5): 53-57.
马宗仁. 短芒披碱草和老芒麦在水分胁迫下游离脯氨酸积累的研究 Ⅱ关于植物间脯氨酸积累差异原因. 草业科学, 1992, (5): 53-57. [本文引用:1]
[45] Li Y, Wan L Q, Li X L. Progress in understand ing relationships between the physiological mechanisms of endogenous abscisic acid and drought resistance of alfalfa. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(11): 195-205.
李跃, 万里强, 李向林. 内源脱落酸生理作用机制及其与苜蓿耐旱性关系研究进展. 草业学报, 2015, 24(11): 195-205. [本文引用:1]
[46] Jin B H. Research on drought stress affect morphological and physiological characteristic of different cultivars of bluegrass. Harbin: Northeast Agricultural University, 2009.
金不换. 干旱胁迫对不同品种早熟禾形态和生理特性影响的研究. 哈尔滨: 东北农业大学, 2009. [本文引用:1]
[47] Munns R, King R W. Abscisic acid is not the only stomatal inhibitor in the transpiration stream of wheat plants. Plant Physiology, 1988, 88(3): 703-708. [本文引用:1]
[48] He J L, Liu H X. The relationship between the changes of endogenous hormones content and the drought resistibility in leaves of wheat during drought. Journal of Tropical and Subtropical Botany, 1998, (4): 341-346.
贺继临, 刘鸿先. 干旱胁迫下不同抗旱性小麦叶片内源激素含量的变化与抗旱力强弱的关系. 热带亚热带植物学报, 1998, (4): 341-346. [本文引用:2]
[49] Zhang Y F, Yin B. Influences of salt and alkali mixed stresses on antioxidative activity and MDA content of Medicago sativa at seedling stage. Acta Prataculturae Sinica, 2009, 18(1): 46-50.
张永峰, 殷波. 混合盐碱胁迫对苗期紫花苜蓿抗氧化酶活性及丙二醛含量的影响. 草业学报, 2009, 18(1): 46-50. [本文引用:1]
[50] Li C Z, Zuo L P, Li Y, et al. Physiological responses in leaves of Reaumuria soongorica from different altitudes under osmotic stress. Acta Prataculturae Sinica, 2013, 22(1): 176-182.
李朝周, 左丽萍, 李毅, 等. 两个海拔分布下红砂叶片对渗透胁迫的生理响应. 草业学报, 2013, 22(1): 176-182. [本文引用:1]