全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 员远期摇 摇 圆园员猿年 愿月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
物种分布模型理论研究进展 李国庆袁刘长成袁刘玉国袁等 渊源愿圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
稀土元素对农田生态系统的影响研究进展 金姝兰袁黄益宗 渊源愿猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
藤壶金星幼虫附着变态机制 饶小珍袁林摇 岗袁许友勤 渊源愿源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
群居动物中的共同决策 王程亮袁王晓卫袁齐晓光袁等 渊源愿缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
季风进退和转换对中国褐飞虱迁飞的影响 包云轩袁黄金颖袁谢晓金袁等 渊源愿远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种海星对三种双壳贝类的捕食选择性和摄食率 齐占会袁王摇 珺袁毛玉泽袁等 渊源愿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆巴音布鲁克繁殖期大天鹅的生境选择 董摇 超袁张国钢袁陆摇 军袁等 渊源愿愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
我国特有植物青檀遗传结构的 陨杂杂砸分析 李晓红袁张摇 慧袁王德元袁等 渊源愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
栽培菊花与菊属鄄近缘属属间杂种杂交后代耐盐性的遗传分析 许莉莉袁陈发棣袁陈素梅袁等 渊源怨园圆冤噎噎噎噎
荒漠区植物光合器官解剖结构对水分利用效率的指示作用 张海娜袁苏培玺袁李善家袁等 渊源怨园怨冤噎噎噎噎噎噎
水分对番茄不同叶龄叶片光合作用的影响 陈凯利袁李建明袁贺会强袁等 渊源怨员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
广西猫儿山不同海拔常绿树种和落叶树种光合速率与氮的关系 白坤栋袁蒋得斌袁万贤崇 渊源怨猿园冤噎噎噎噎噎
施肥对板栗林地土壤 晕圆韵通量动态变化的影响 张蛟蛟袁李永夫袁姜培坤袁等 渊源怨猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
施肥对红壤水稻土团聚体分布及其碳氮含量的影响 刘希玉袁王忠强袁张心昱袁等 渊源怨源怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
大兴安岭天然沼泽湿地生态系统碳储量 牟长城袁王摇 彪袁卢慧翠袁等 渊源怨缘远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于多时相 蕴葬灶凿泽葬贼 栽酝影像的汶川地震灾区河岸带植被覆盖动态监测要要要以岷江河谷映秀鄄汶川段
为例 许积层袁唐摇 斌袁卢摇 涛 渊源怨远远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同强度火干扰下盘古林场天然落叶松林的空间结构 倪宝龙袁刘兆刚 渊源怨苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长江中下游湖群大型底栖动物群落结构及影响因素 蔡永久袁姜加虎袁张摇 路袁等 渊源怨愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
千岛湖岛屿社鼠的种群年龄结构和性比 张摇 旭袁鲍毅新袁刘摇 军袁等 渊缘园园园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
性信息素诱捕下害虫 蕴燥早蚤泽贼蚤糟增长及经济阈值数学模型 赵志国袁荣二花袁赵志红袁等 渊缘园园愿冤噎噎噎噎噎噎噎
秋末苏南茶园昆虫的群落组成及其趋色性 郑颖姹袁钮羽群袁崔桂玲袁等 渊缘园员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
北方常见农业土地利用方式对土壤螨群落结构的影响 韩雪梅袁李丹丹袁梁子安袁等 渊缘园圆远冤噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
基于鸟类边缘种行为的景观连接度研究要要要空间句法的反规划应用 杨天翔袁张韦倩袁樊正球袁等 渊缘园猿缘冤噎噎
西南高山地区土壤异养呼吸时空动态 张远东袁庞摇 瑞袁顾峰雪袁等 渊缘园源苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
江苏省土壤有机质变异及其主要影响因素 赵明松袁张甘霖袁李德成袁等 渊缘园缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于林业清查资料的桂西北植被碳空间分布及其变化特征 张明阳袁罗为检袁刘会玉袁等 渊缘园远苑冤噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
基于能值分析方法的城市代谢过程要要要案例研究 刘耕源袁杨志峰袁陈摇 彬 渊缘园苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 孕杂砸模型的耕地生态安全物元分析评价 张摇 锐袁郑华伟袁刘友兆 渊缘园怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
保水剂对煤矸石基质上高羊茅生长及营养吸收的影响 赵陟峰袁王冬梅袁赵廷宁 渊缘员园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
生态保护价值的距离衰减性要要要以三江平原湿地为例 敖长林袁陈瑾婷袁焦摇 扬袁等 渊缘员园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
广东山区土壤有机碳空间变异的尺度效应 姜摇 春袁吴志峰袁钱乐祥袁等 渊缘员员愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
室内养殖雌性松鼠秋季换毛期被毛长度和保温性能变化 荆摇 璞袁张摇 伟袁华摇 彦袁等 渊缘员圆远冤噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿园远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿圆鄢圆园员猿鄄园愿
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 高寒草甸牦牛群要要要三江源区位于青藏高原腹地袁 平均海拔 源圆园园皂袁是长江尧黄河尧澜沧江三条大河的发源地袁也是
全球气候变化最敏感的地区遥 三江源区高寒草甸植被状况对该区的生态环境尧草地资源合理利用和应对全球气候
变化具有十分重要的意义遥 圆园园缘 年以来袁国家投资 苑园 多亿元启动三江源生态保护工程遥 监测显示袁近年来袁三江源
湖泊湿地面积逐步扩大袁植被覆盖度得到提高袁三江源区高寒草甸的生态恶化趋势得到遏制遥 图为冒着风雪在三江
源高寒草甸上吃草的牦牛群遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
第 33 卷第 16 期
2013 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 16
Aug. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家林业公益性行业科研专项项目(200904030);国家自然科学基金项目(30872075)
收稿日期:2012鄄11鄄26; 摇 摇 修订日期:2013鄄05鄄29
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: dmwang@ 126. com
DOI: 10. 5846 / stxb201211261673
赵陟峰,王冬梅,赵廷宁.保水剂对煤矸石基质上高羊茅生长及营养吸收的影响.生态学报,2013,33(16):5101鄄5108.
Zhao Z F, Wang D M, Zhao T N. The effect of super absorbent polymer on the growth and nutrition absorption of Festuca arundinacea L. on an improved
gangue matrix. Acta Ecologica Sinica,2013,33(16):5101鄄5108.
保水剂对煤矸石基质上高羊茅生长及营养吸收的影响
赵陟峰, 王冬梅*,赵廷宁
(北京林业大学水土保持学院,北京摇 100083)
摘要:为探索保水剂对煤矸石废弃地上高羊茅生长及营养特征的影响,按煤矸石与土壤质量比设 3 种基质梯度,每种基质分别
添加 3 种质量的保水剂,设对照(CK),共 10 种处理。 观测和分析不同处理下高羊茅的生长高度、生物量、营养特征及 SPAD值
(相对叶绿素含量),结果显示:保水剂主要影响高羊茅地上部分的生物量,而煤矸石与土壤的质量比主要影响地下部分的生物
量;煤矸石与土壤质量比相同条件下,添加 1 g / kg的保水剂即可促进高羊茅的生长,添加 2 g / kg保水剂能使高羊茅尽快适应基
质环境,使其日均生长率在出苗后第 2 周达到峰值。 煤矸石基质中添加保水剂能促使高羊茅将煤矸石基质中的营养元素从植
株地下部分向地上部分转移,供植株生长需要,基质中添加 1 g / kg保水剂时高羊茅对磷的吸收效果最好。 此外,添加保水剂能
使叶片的 SPAD值增加。 综合比较不同处理下高羊茅的株高、生物量、营养特征及叶片的 SPAD 值认为,处理 6(煤矸石与土壤
质量比为 750颐250、基质中添加 2 g保水剂)与处理 8(煤矸石与土壤质量比为 500颐500、基质中添加 1 g保水剂)是适合煤矸石废
弃地上高羊茅生长的较好配比。
关键词: 保水剂; 煤矸石基质; 生物量; 营养特征; SPAD值
The effect of super absorbent polymer on the growth and nutrition absorption of
Festuca arundinacea L. on an improved gangue matrix
ZHAO Zhifeng, WANG Dongmei*, ZHAO Tingning
College of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University, Beijing 100083,China
Abstract: Super absorbent polymers (SAPs) can absorb water up to a few hundred or even a few thousand times their own
mass. Their special physical structure, unique chemical composition, and characteristics of high water absorption capacity
allow super absorbent polymers to be widely used in agriculture, horticulture, forestry and other industries to relieve drought
and reserve water for farmland, seedling protection, and crop yield improvement. However, the amount of super absorbent
polymers applied is an important parameter to evaluate. Applying the incorrect amount can result in either no effect, or soil
permeability may be compromised if excess amounts are used. This can cause plant roots to have difficulty breathing or to
have root rot. To explore the influence of super absorbent polymers on the growth and nutritional characteristics of Festuca
arundinacea L. on gangue waste, three matrix gradients were set up with different weight ratios of gangue / soil. The matrix
of each gradient was added into the super absorbent polymer in three different qualities. Ten treatments in total, including
CK, were set up in this paper. The height growth, biomass, nutritional characteristics and SPAD (Soil and Plant Analyzer
Development) value of Festuca arundinacea L. under different treatments were observed. The effects of different treatments
on the gangue matrix and on Festuca arundinacea L. growth were analyzed to determine the reasonable dosage of super
absorbent polymer to be added to the gangue wasteland for vegetation recovery. This provides a theoretical basis and
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technical support for this practical application. The results show that adding super absorbent polymers helps strengthen the
gangue matrix忆s ability to hold water, increasing the water available to the plants, which promotes plant growth and biomass
increase. The super absorbent polymer mainly impacts aboveground biomass, while the underground biomass is mainly
affected by the weight ratio of the gangue / soil; for treatments where the weight ratio of gangue / soil is the same, adding 1 g /
kg super absorbent polymer accelerates Festuca arundinacea L. growth; adding 2 g / kg super absorbent polymer to the
matrix helps Festuca arundinacea L. quickly adapt to the matrix environment and the daily average growth rate reaches peak
value 2 weeks after the seedling emergence. Adding super absorbent polymer to a gangue matrix enhances the gangue忆s
ability to hold fertilizer and to supply nutrients to plants. Festuca arundinacea L. can promote growth by transferring
nutrients in the gangue matrix from underground plant parts to aerial parts. Phosphorus absorption was most efficient when 1
g / kg super absorbent polymer was added. Super absorbent polymers affect photosynthesis parameters of blade leaves by
imposing impact on plant water use efficiency. Therefore, adding super absorbent polymers can increase the SPAD value of
the blade leaf. From comprehensive comparisons of plant height, biomass, nutrition characteristics and leaf SPAD values of
Festuca arundinacea L. under different treatments, treatment No. 6 (weight ratio of gangue / soil is 750颐250, with 2 g super
absorbent polymer) and treatment No. 8 (weight ratio of gangue / soil is 500颐500, with 1 g super absorbent polymer) were
the optimal conditions found to help Festuca arundinacea L. grow on gangue waste.
Key Words: super absorbent polymer; gangue matrix; biomass;nutritional characteristics;SPAD value
煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣[1],产生量一般占原煤的 10%—20% [2]。 据有关部门统计,我国累
计堆放的煤矸石总量约为 45 亿 t,年排出量约为 3 亿 t。 巨量煤矸石自然堆放,既浪费资源,又占压大量土地,
还会导致社会问题和环境问题。 煤矸石废弃地作为一种特殊的采矿废弃地类型,物理结构不良、高温、高地
热、持水保肥能力极差[3鄄4],直接在煤矸石山上进行植物栽植很难成活,即使成活也难以养护管理,因此煤矸
石山的植被恢复工程必须进行基质改良,通过基质改良最终使得煤矸石山能够满足植物生长的需要[5]。 保
水剂(SAP)是一类高分子吸水树脂,属高分子聚合物。 其吸持和释放水分的胀缩性,可使周围土壤变疏松,从
而在一定程度上改善土壤结构;保水剂吸存大量水,具有一定的保温作用,减少了土壤环境温度的变化。 保水
剂的施用还能减缓土壤释放水的速度[6],在很大程度上抑制水分蒸发,具有抗旱保墒[7]、改良土壤、水土保
持[8]等多项功能。 自 20 世纪 80 年代初美国农业部北部研究中心最先开发应用以来,保水剂因其特殊的化学
成分、物理结构和吸水性能,在农田抗旱保水[9]、作物保苗增产[10鄄13]等方面取得了良好的效果。 目前,在部分
煤矸石山废弃地植被建设中也已采用保水剂[14],并取得了一定的成果。 但保水剂用量过低,起不到应有的作
用;而用量过高时,又严重影响土壤通透性,造成根系呼吸困难甚至导致根系腐烂[15]。 本研究在煤矸石碎屑
中添加不同比例的土壤,得到不同的基质,并在基质中添加不同质量的保水剂。 通过观测不同基质和添加不
同保水剂条件下高羊茅的生长状况和养分含量等,分析不同处理对煤矸石基质改良和对高羊茅生长的影响,
以期找出煤矸石废弃地植被恢复中添加保水剂的合理用量,为保水剂在煤矸石废弃地植被恢复中的应用提供
理论依据和技术支持。
1摇 材料与方法
1. 1摇 实验材料
供试草种为高羊茅(Festuca arundinacea L. ),高羊茅是禾本科羊茅属多年生草本植物。 一般养护管理较
粗放,是常见冷季型栽植草皮草中抗热、耐旱性最强的草种[16],因而被广泛应用于植被护坡、园林绿化、水土
保持等诸多领域。 保水剂是由北京汉力淼新技术有限公司提供的聚丙烯酰胺-丙烯酸型高吸水性树脂。 供
试煤矸石取自北京市门头沟区上辛房,煤矸石碎屑最大粒径为 3 cm,粒径小于 0. 2 cm 的占总体积比的
45郾 50% 。 煤矸石的 pH值为 8. 82,全氮含量 0. 17% ,有机质含量 15. 92% ,速效磷含量 3. 53 mg / kg,速效钾含
量 78. 29 mg / kg。 供试土壤取自北京林业大学苗圃地 30—40 cm 厚的土层,土壤类型为褐土,pH 值 8. 05,全
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氮含量 0. 15% ,有机质含量 1. 31% ,速效磷含量 48. 68 mg / kg,速效钾含量 195. 11 mg / kg。 实验以装土 1 kg
的塑料花盆为培养容器,在北林科技温室中进行。
1. 2摇 实验设计
本实验采用盆栽法进行。 实验按煤矸石与土壤质量比设 3 种基质梯度,分别是 A1(1000颐0)、A2(750颐
250)、A3(500颐500);同种基质条件下分别添加 3 种不同质量的保水剂,分别为 B1(不添加)、B2(添加 1 g)、B3
(添加 2 g);设对照(CK)试验做对比,对照处理中煤矸石与土壤质量比为 0颐1000,不添加保水剂(表 1)。 本实
验共 10 种处理,每种处理设 3 个重复,生长期试验共 9 周。 播种的前一天将高羊茅种子用 10%H2O2 浸泡 10
min进行表面消毒,然后用蒸馏水冲洗干净置于湿润的滤纸上,在 25 益恒温培养箱催芽,种子露白即可播种,
播后用基质覆盖,覆盖厚度 1—2 cm。 为了保证植物生长期间不受缺 N、K营养的胁迫,播种前以溶液的形式
向培养基质中添加适量的底肥(在种植植物前将 NH4NO3、KH2PO4 和 K2SO4 按 N 100 mg / kg,P 30 mg / kg,K
15 mg / kg的用量均匀混入土壤中),加入肥料后混合均匀,平衡 1 周。
表 1摇 试验分组
Table 1摇 Groups of experiment
编号
No.
因素 A factor A
煤矸石与土壤质量比 / g
Weight ratio of gangue to soil
因素 B factor B
保水剂 / g
Super Absorbent
Polymer (added)
编号
No.
因素 A factor A
煤矸石与土壤质量比 / g
Weight ratio of gangue to soil
因素 B factor B
保水剂 / g
Super Absorbent
Polymer (added)
1 A1(1000 颐0) B1(不添加) 2 A1(1000 颐0) B2(添加 1g)
3 A1(1000 颐0) B3(添加 2 g) 4 A2(750 颐250) B1(不添加)
5 A2(750 颐250) B2(添加 1g) 6 A2(750 颐250) B3(添加 2 g)
7 A3(500 颐500) B1(不添加) 8 A3(500 颐500) B2(添加 1g)
9 A3(500 颐500) B3(添加 2 g)CK(对照) 0 颐1000 不添加
1. 3摇 指标测定
苗高测定摇 不同处理盆钵内各选幼苗 5 株,用钢卷尺定期测定苗高并计算日均生长率、净生长高度等。
从出苗第 2 周开始观测生长高度,作为背景值。 其中:日均生长率(cm / d)= 幼苗净生长高度 /处理日数;净生
长高度(cm)=后一次测量幼苗绝对生长高度-前一次测量幼苗绝对生长高度。
生物量的测定摇 采用烘干法。 实验测定结束后,将获取的植物从根颈处截断,分成地上部分和地下部分,
称量鲜重,然后放在烘箱中烘至恒重,用分析天平称量,分别计算地下和地上生物量。
SPAD值(相对叶绿素含量)的测定摇 SPAD 值也称绿色度,是一个相对叶绿素含量读数。 SPAD-502 叶
绿素仪可在几秒钟内测量植物叶片单位面积叶片当前叶绿素的相对含量,即 SPAD 值。 选择天气晴朗的时
间,利用 SPAD鄄502 型便携式叶绿素仪测定高羊茅叶片的 SPAD值,每个叶片重复测定 3 次,记载并计算其平
均值[17]。
植株中营养元素的测定摇 植株中养分测定指标包括硝态氮、磷元素、钾元素,采用常规分析法测定用[18]。
1. 4摇 数据处理
用 Microsoft鄄Excel进行数据的处理和图表的制作,LSD多重比较法分析各处理间的差异显著性。
2摇 结果与分析
2. 1摇 不同处理下高羊茅的生长高度与生物量
2. 1. 1摇 不同处理对高羊茅生长高度的影响
图 1 是不同处理下高羊茅生长高度的变化曲线,由图可知,各处理下高羊茅生长高度的变化呈现一定的
规律性,即前 3 周生长迅速,生长高度变化较快,此后生长速度变慢,高生长曲线较平缓。 不同处理比较,当基
质中煤矸石与土壤质量比不同时,土壤所占的比例越大,高羊茅的生长高度越高;即 3 种基质梯度下高羊茅的
生长高度为,A3(煤矸石与土壤质量比 500颐500)>A2(煤矸石与土壤质量比 750:250) >A1(煤矸石与土壤质量
3015摇 16 期 摇 摇 摇 赵陟峰摇 等:保水剂对煤矸石基质上高羊茅生长及营养吸收的影响 摇
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比 1000颐0)。 基质中添加保水剂后持水能力增强,植株可利用的水分增多,而水分充足有利于植株吸收养分,
从而促进植株生长[19]。 煤矸石与土壤质量比相同条件下,基质中添加保水剂处理的高羊茅的生长高度大于
基质中未添加保水剂的生长高度,但基质中添加 1g保水剂(B2)时高羊茅的生长高度大于基质中添加 2g保水
剂(B3)的生长高度。 可见,基质中添加适量的保水剂即可促进高羊茅的生长。 处理 6(A2B3)的最高生长高
度可达 28. 74 cm,比对照提高 10. 32% ,处理 8(A3B2)最高生长高度也比对照提高 9. 64% 。
2. 1. 2摇 不同处理下高羊茅生长率的变化
以出苗后首次观测的生长高度作为背景值,计算不同处理下高羊茅的日均生长率。 高羊茅日均生长率的
变化如图 2 所示,各处理下高羊茅的日均生长率均为出苗初期较大,日均生长率在出苗 2—3周时达到最大,
此后生长率逐渐下降趋于平稳。 各处理中最大日均生长率可达 0. 83 cm / d(处理 6),处理 3、6 和 9 的日均生
长率在出苗后第 2 周达到峰值,而其余处理日均生长率峰值延迟 1 周出现,这是基质中添加 2 g / kg 保水剂对
基质结构改良的结果,可见按照 2 g / kg的比例在煤矸石基质中添加保水剂可以使高羊茅尽快适应基质环境。
高羊茅出苗第 3 周以后生长率下降是因为,经过前 3 周的生长,基质中的底肥已大多被植株吸收利用,基质中
养分含量逐渐降低,植株生长率下降。 各处理下高羊茅的日均生长率在出苗后第 6 周出现小高峰(图 2),这
是保水剂将吸附的水分和养分缓慢释放出来,供植物生长需要的结果。
图 1摇 高羊茅生长高度变化曲线
Fig. 1摇 Height growth curve of Festuca arundinacea L.
图 2摇 高羊茅日均生长率
Fig. 2摇 Average daily growth rate of Festuca arundinacea L.
2. 1. 3摇 不同处理对高羊茅生物量的影响
不同处理下高羊茅植株单株的地上部分鲜重、地下部分鲜重、地上部分干重和地下部分干重如下表(表
2)。 高羊茅单株地上部分鲜重在 0. 404—0. 533 g /株之间,地下部分鲜重在 0. 222—0. 282 g /株之间。 基质中
添加保水剂促进了植株生长,使植株的鲜重、干重增加[20],本实验各处理下高羊茅单株总鲜重排序为处理 8
(A3B2)>处理 9(A3B3)>处理 6(A2B3) >处理 5(A2B2) >对照(CK) >处理 7(A3B1) >处理 4(A2B1) >处理 3
(A1B3)>处理 2(A1B2)>处理 1(A1B1)。 煤矸石与土壤质量比相同条件下,高羊茅单株地上部分干重和单株
总干重均为添加 2 g保水剂(B3)>添加 1g保水剂(B2)>不添加保水剂(B1),而高羊茅单株地下部分干重表现
为基质中土壤所占的比例越大,高羊茅单株地下部分干重越小。 可见保水剂对高羊茅生物量的影响主要体现
在地上部分,而高羊茅地下部分生物量主要受基质中煤矸石与土壤质量比的影响。
2. 2摇 不同处理对高羊茅植株营养特征的影响
2. 2. 1摇 不同处理下高羊茅植株的氮含量
N是蛋白质、核酸、磷脂的主要成分,而这三者又是原生质、细胞核和生物膜的重要组成部分[21],还是酶
的主要成分之一,它们在生命活动中占有特殊作用。图3是不同处理下高羊茅植株地上和地下部分的N含
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表 2摇 不同处理下高羊茅单株的生物量
Table 2摇 The biomass of individual Festuca arundinacea L. in different treatments
编号 No.
单株地上
部分鲜重 / g
Fresh weight of
aerial parts of
individual plant
单株地下
部分鲜重 / g
Fresh weight of
underground parts
of individual plant
单株地上
部分干重 / g
Dry weight of
aerial parts of
individual plant
单株地下
部分干重 / g
Dry weight of
underground parts
of individual plant
单株总鲜重 / g
Total fresh
weight of
individual plant
单株总干重 / g
Total dry weight
of individual plant
1 0. 415依0. 017e 0. 222依0. 018e 0. 105依0. 026b 0. 038依0. 020a 0. 637依0. 035c 0. 143依0. 015c
2 0. 404依0. 018e 0. 234依0. 022de 0. 110依0. 018ab 0. 036依0. 016ab 0. 638依0. 041c 0. 146依0. 013bc
3 0. 455依0. 023d 0. 225依0. 025e 0. 121依0. 019ab 0. 031依0. 012ab 0. 680依0. 012bc 0. 152依0. 022a
4 0. 468依0. 014cd 0. 251依0. 016ab 0. 119依0. 020ab 0. 023依0. 009bc 0. 719依0. 013b 0. 142依0. 022c
5 0. 495依0. 018bc 0. 272依0. 016ab 0. 129依0. 013ab 0. 022依0. 012bc 0. 767依0. 011a 0. 151依0. 014b
6 0. 515依0. 012ab 0. 264依0. 022ab 0. 136依0. 031ab 0. 025依0. 011bc 0. 779依0. 031a 0. 161依0. 021a
7 0. 492依0. 030bc 0. 232依0. 014de 0. 119依0. 021ab 0. 017依0. 013c 0. 724依0. 033b 0. 136依0. 014d
8 0. 512依0. 025ab 0. 282依0. 018a 0. 126依0. 018ab 0. 021依0. 006bc 0. 794依0. 017a 0. 147依0. 023b
9 0. 533依0. 013a 0. 247依0. 009bc 0. 142依0. 017a 0. 017依0. 004bc 0. 780依0. 016a 0. 159依0. 019a
CK 0. 502依0. 014ab 0. 261依0. 012ab 0. 137依0. 011ab 0. 018依0. 007c 0. 763依0. 011a 0. 155依0. 012ab
量。 从图 3 可看出处理 1—6高羊茅植株地上部分的 N含量高于地下部分,处理 7、8、9 及对照高羊茅植株地
上部分的 N含量低于地下部分,这说明当基质中土壤比例较低时,保水剂能促使高羊茅将煤矸石基质中的 N
吸收、运输、储存到植株的地上部分,供植株生长需要。 这是因为保水剂通过创建和稳定基质中的水稳性团粒
结构来吸附和保持养分元素、抑制营养元素的流失[22],这些被吸附的氮养分离子在一定的条件下可以缓慢释
放出来供作物使用[23],提高养分的利用率。 除对照外,处理 1—9高羊茅植株地下部分的 N 含量呈现出依次
增高的规律,这说明当基质中土壤比例较高时,高羊茅会首先将 N 蓄积在植株的地下部分,等生长需要时再
将 N营养从植株地下部分向地上部分转移,体现了高羊茅对 N的富集作用。 各处理下高羊茅植株(地上部分
和地下部分)中 N含量从高到低依次为:处理 9(A3B3) >处理 6(A2B3) >处理 5(A2B2) >处理 8(A3B2) >对照
(CK)>处理 4(A2B1)>处理 7(A3B1)>处理 3(A1B3)>处理 2(A1B2)>处理 1(A1B1)。
图 3摇 植株氮含量
Fig. 3摇 Plant nitrogen content
图 4摇 植株磷含量
Fig. 4摇 Plant phosphorus content
2. 2. 2摇 不同处理下高羊茅植株的磷含量
P 元素作为植物生长必不可少的大量元素,在能量转换、呼吸作用和光合作用中都起关键性作用。 磷主
要以有机磷如核酸、磷脂、植素等的形态存在于植物组织中[24],本实验不同处理下高羊茅植株地上部分和地
下部分的 P 含量见图 4,由图可知羊茅植株地上部分的 P 含量在 80. 95—167. 05 mg / kg 范围内变化,地下部
5015摇 16 期 摇 摇 摇 赵陟峰摇 等:保水剂对煤矸石基质上高羊茅生长及营养吸收的影响 摇
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分的 P 含量在 31. 04—78. 51 mg / kg之间。 除对照外,当煤矸石与土壤质量比相同条件时,基质中添加保水剂
处理的高羊茅植株地上部分和地下部分的 P 含量均大于基质中未添加保水剂的 P 含量,可见,基质中添加保
水剂能促进高羊茅对 P 的吸收。 因为保水剂可以看作高分子电解质组成的离子和水的构成物,它的网孔可
以机械的吸收养分离子、分子及微粒,它的分子表面或断链处羧基的负电荷也可以吸附基质中的养分分
子[25],供植物生长需要。 但基质中添加 1 g保水剂(B2)时高羊茅植株的 P 含量高于基质中添加 2 g 保水剂
(B3)的 P 含量,即 B2(添加 1 g保水剂)>B3(添加 2 g保水剂)>B1(不添加保水剂)。 这说明添加 1 g / kg 的保
水剂时对基质中 P 养分的吸附和解吸能力最佳,此时高羊茅对 P 的吸收效果最好。
图 5摇 植株钾含量
Fig. 5摇 Plant potassium content
2. 2. 3摇 不同处理下高羊茅植株的钾含量
K是植物体内多种酶的活化剂,在植物碳水化合物
代谢、呼吸作用及蛋白质代谢中起重要作用[26]。 施加
保水剂可以起到保肥和缓解肥效的双重作用,图 5 是不
同处理下高羊茅植株地上部分和地下部分的 K 含量,K
在高羊茅地上和地下部分的含量差异很大,其中对照处
理的高羊茅地上部分 K 含量是地下部分的 6. 9 倍;而
处理 1—9中,高羊茅地上部分 K 含量是地下部分的
8郾 3 倍—9. 8 倍。 可见,施加保水剂有利用高羊茅将煤
矸石基质中的 K吸收固定并缓慢释放转移到植株的地
上部分,供生长需要。 添加保水剂基质中不仅存在土壤
的化学固定和晶穴固定作用,而且同时存在保水剂的吸
收固定和晶穴固定作用、保水剂与土壤胶粒的包闭作用
等各种固定作用,使基质的保肥和供肥能力都得到了提高[27],从而提高了植物对养分的利用率。 不同处理下
高羊茅植株地上部分和地下部分 K 含量排序均为处理 6(A2B3 ) >处理 8(A3B2 ) >处理 4(A2B1 ) >处理 7
(A3B1)>处理 9(A3B3)>处理 5(A2B2)>处理 3(A1B3)>处理 2(A1B2)>处理 1(A1B1)>对照(CK)。
2. 3摇 不同处理下高羊茅叶片的 SPAD值
叶绿素与绿色植物的生长状况密切相关,它是光合作用的基础物质,也是植物生长特性、生理变化和营养
状况的重要指标。 SPAD值是一个相对叶绿素含量读数(读数范围 0—99. 9),与叶绿素含量有显著的正相关
性[28],研究表明,叶片的 SPAD值越大,其实际叶绿素含量越高。 SPAD的高低及变化规律能够反映植物生理
活性变化和植物的生长状况[29鄄30]。 保水剂通过提高植物的水分利用效率来影响叶片的光合参数,从而使叶
片的 SPAD值增加,本实验各处理下高羊茅叶片的 SPAD 值范围为 39. 733—49. 633(表 3),不同处理下高羊
茅叶片的 SPAD值从高到低分别为处理 6(A2B3) >处理 8(A3B2) >处理 4(A2B1 ) >处理 7(A3B1 ) >处理 9
(A3B3)>处理 5(A2B2)>对照(CK)>处理 2(A1B2)>处理 3(A1B3) >处理 1(A1B1),与高羊茅植株的株高排序
一致。 可见,处理 6(煤矸石与土壤质量比为 750颐250、基质中添加 2 g保水剂)与处理 8(煤矸石与土壤质量比
为 500颐500、基质中添加 1 g保水剂)是适合煤矸石基质上高羊茅生长的较好配比。
表 3摇 各处理下高羊茅叶片的 SPAD值(相对叶绿素含量)
Table 3摇 The SPAD (Soil and Plant Analyzer Development) value of individual Festuca arundinacea L. in different treatments
编号
No.
SPAD值
SPAD value
编号
No.
SPAD值
SPAD value
1 39. 733依0. 655c 6 49. 633依0. 732a
2 41. 167依1. 226c 7 46. 968依1. 223b
3 40. 101依0. 432c 8 49. 334依0. 591a
4 47. 566依1. 008a 9 46. 300依0. 804b
5 45. 402依0. 572b ck 44. 833依0. 262b
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3摇 结论
煤矸石基质中添加保水剂可促进植株生长,增加生物量。 煤矸石与土壤质量比相同条件下,添加 1 g / kg
的保水剂即可达到促进高羊茅生长的效果;添加 2 g / kg的保水剂可以使高羊茅尽快适应基质环境,使其在出
苗后第 2 周的日均生长率达到峰值。 保水剂对高羊茅生物量的影响主要体现在地上部分,而基质中煤矸石与
土壤的质量比主要影响高羊茅地下部分的生物量。
煤矸石基质中添加保水剂能够吸附基质中的养分离子并缓慢释放供植物生长利用。 当基质中土壤比例
较低时,添加保水剂能促使高羊茅将煤矸石基质中的 N、P、K从植株地下部分向地上部分转移,供植株生长需
要。 基质中添加 1 g / kg的保水剂时高羊茅对磷的吸收效果最好。 此外,添加保水剂提高植物的水分利用效
率,使叶片的 SPAD值增加,进而影响植物的光合作用,。
综合比较不同处理对高羊茅生长和营养吸收的影响,认为处理 6(煤矸石与土壤质量比为 750颐250、基质
中添加 2g保水剂)与处理 8(煤矸石与土壤质量比为 500颐500、基质中添加 1g保水剂)是适合煤矸石废弃地上
高羊茅生长的较好配比。
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圆猿员缘 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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