草坪基質(zhì)添加蟹殼粉對高羊茅種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

盧云峰， 韋 平， 趙樹蘭， 多立安

（天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 天津300387）

草坪建設(shè)是城市建設(shè)的必要組成部分，也是衡量城市現(xiàn)代化的重要指標(biāo)之一。草坪通過凈化、防塵、減噪等功能改善調(diào)節(jié)城市生態(tài)系統(tǒng)，并且為城市居民生活提供悠閑場所。常見的草坪建植方法是草皮卷鋪設(shè)法，每次收獲草皮時，1．5～2．5 cm厚的耕層土壤會隨草皮一并帶走，長期進(jìn)行草皮生產(chǎn)的農(nóng)田表層土壤減少了近10 cm［1］。為了解決傳統(tǒng)的草皮生產(chǎn)方式帶來的土壤破壞問題，無土栽培技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。常見的草坪組配基質(zhì)主要以有機(jī)基質(zhì)為主，包括：木屑、秸稈、粉煤灰、草質(zhì)纖維等。我國螃蟹資源豐富，但蟹殼的利用率并不高，只有少部分用于魚粉加工和甲殼素的生產(chǎn)。蟹殼的大量丟棄造成了環(huán)境污染和資源的浪費。蟹殼中含有甲殼質(zhì)、碳酸鈣、蛋白質(zhì)等多種成分［2］。目前，對蟹殼的研究主要集中在從蟹殼中提取甲殼素及其衍生物，并進(jìn)一步應(yīng)用到對植物生長調(diào)節(jié)方面［3］；也有研究表明，蟹殼作為吸附材料對重金屬等污染物質(zhì)有一定的吸附能力［4－5］。而將蟹殼粉直接作為基質(zhì)填充材料加以利用還未見報道。

本試驗將不同比例蟹殼粉與土壤組配成草坪基質(zhì)，通過培植高羊茅，研究蟹殼粉組配基質(zhì)對草坪植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。研究結(jié)果可為蟹殼粉直接應(yīng)用于草坪建植提供理論依據(jù)，也為蟹殼的資源化利用開辟一新途徑。

1 材料與方法

1．1 實驗材料

供試土壤取自天津師范大學(xué)院內(nèi)0～20 cm的表層土壤，自然風(fēng)干、碾碎，備用。土壤質(zhì)地為砂質(zhì)粘土，p H＝7．44，有機(jī)質(zhì)含量4．68%，全氮0．21%，有效磷22．03 mg／kg，飽和含水量0．58 m L／g，容重0．87 g／cm3。螃蟹購買于天津市集市，為海螃蟹，剔肉后將蟹殼清洗干凈，自然狀態(tài)下晾干，用粉碎機(jī)（FW－80）粉碎，過100目篩。草坪草種選用我國北方較常見多年生高羊茅（Festuca arundinacea L．）。

1．2 實驗設(shè)計

實驗共設(shè)4個處理：對照（ck）不加蟹殼粉；按質(zhì)量比分別加入1%、3%和5%蟹殼粉；每個處理3次重復(fù)。實驗采用直徑6．8 cm，高7．8 cm的塑料容器，將蟹殼粉與土壤按不同比例混合均勻，每個容器裝入混合基質(zhì)150 g，對照組為150 g純土壤。選擇籽粒飽滿的高羊茅種子，預(yù)先在黑暗條件下清水浸泡12 h，每盆播種100粒（約0．4 g）。植物培養(yǎng)期間室內(nèi)溫度15～25℃，相對濕度為42%～65%，光照為透入室內(nèi)的自然光（646～27 090 lx）。每天統(tǒng)一定量給水，以保證植物生長所需。

1．3 指標(biāo)測定

萌發(fā)指標(biāo)：種子胚根長出并超過種子長度一半視為萌發(fā)，以發(fā)芽末期連續(xù)7 d發(fā)芽不超過1%時為限。發(fā)芽率（%）＝發(fā)芽種子數(shù)／供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽勢（%）＝萌發(fā)4 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)／供試種子數(shù)×100%。萌發(fā)7 d測定發(fā)芽指數(shù)（GI）＝∑（G t／D t），其中，GI為發(fā)芽指數(shù)，G t為在t日的發(fā)芽種子數(shù)，D t為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。種子活力指數(shù)＝S×GI，其中，S為植株生物量，GI為發(fā)芽指數(shù)。根冠比＝地下部分鮮重／地上部分鮮重。

株高動態(tài)：播種10 d后開始測量株高，此后，每隔5 d測定1次，共測定7次。每盆中隨機(jī)選取5株長勢勻稱的植株，取其平均株高。

生物量：植株生長40 d后刈割，地上部分108℃下殺青20 min，80℃烘干至恒重，并稱量。地下部分，用清水將根洗凈，用濾紙吸去根外部水分，80℃烘干至恒重。

1．4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 17．0進(jìn)行方差分析與多重比較，采用SigmaPlat 12．5繪制圖表。添加不同比例蟹殼粉對高羊茅種子萌發(fā)和幼苗生長影響的結(jié)果，采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行評價。

隸屬函數(shù)值計算公式［6］：

R（Xj）＝（Xj－Xmin）／（Xmax－Xmin）。

式中Xj為第j個綜合指標(biāo)，Xmin、Xmax分別為第j個綜合指標(biāo)的最小值和最大值。然后用各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值相加來計算綜合評定值。

2 結(jié) 果

2．1 蟹殼粉對高羊茅種子萌發(fā)的影響

高羊茅的發(fā)芽率隨著蟹殼粉添加比例的增加而減少（表1），其中對照組的發(fā)芽率最高，為74．00%；添加5%蟹殼粉的發(fā)芽率最少，僅為25．67%；添加3%和5% 蟹殼粉的發(fā)芽率和對照相比差異顯著（p＜0．05）。高羊茅的發(fā)芽勢表現(xiàn)出和發(fā)芽率相同的趨勢，隨著蟹殼粉比例的增加，發(fā)芽勢受到明顯的抑制，各處理和對照間差異顯著，分別為對照的 81．29%、39．03% 和27．80%。發(fā)芽指數(shù)最高的為對照組，其次是添加1%蟹殼粉的處理，和對照差異不顯著，但3%和5%處理與對照差異顯著。

表1 添加蟹殼粉對高羊茅種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

2．2 蟹殼粉對高羊茅株高動態(tài)的影響

高羊茅幼苗株高動態(tài)如圖1所示。生長初期，播種10 d和15 d時，添加1%、3%蟹殼粉處理組和對照差異不顯著，但5%蟹殼粉處理的幼苗株高顯著低于對照，10，15 d時分別為對照的71．99%和67．66%。

圖1 添加蟹殼粉對高羊茅株高動態(tài)的影響

圖2 添加蟹殼粉對高羊茅地上（A和B）和地下生物量（C和D）的影響

表2 添加蟹殼粉對高羊茅各指標(biāo)影響的隸屬函數(shù)分析

在生長中期（15～30 d），添加1%蟹殼粉處理組植株生長迅速，株高顯著增長，和其他組均差異顯著，平均生長率為0．22 cm／d。對照組和3%處理組，株高平均生長率分別為0．12 cm／d和0．11 cm／d。添加5%蟹殼粉的處理生長最緩慢，15 d僅增加了1．04 cm，平均生長率僅為0．07 cm／d。

對照處理40 d后株高為10．32 cm；添加1%蟹殼粉處理組高羊茅生長最快，株高為12．92 cm，是對照組的1．25倍；而添加3%和5%蟹殼粉的處理株高均顯著降低，分別為對照組的87．72%和61．77%。

2．3 蟹殼粉對高羊茅生物量的影響

添加不同比例的蟹殼粉對高羊茅地上和地下生物量的影響見圖2。加入1%的蟹殼粉處理，高羊茅地上生物量顯著增加，地上鮮重較對照增加了67．99%，干重較對照增加了70．14%。但添加高劑量的蟹殼粉處理，草坪草的地上生物量則較對照組顯著減少，尤其是5%的處理，地上鮮重和干重分別比對照減少了89．77%和75．68%。

添加蟹殼粉顯著抑制了高羊茅地下根系的生長，地下鮮重和干重均以對照組為最高；1%蟹殼粉處理組地下鮮重和干重分別為對照的60．13%和65．58%；5%蟹殼粉處理高羊茅地下生物量最小，鮮重和干重僅為對照的5．62%和15．18%。

2．4 蟹殼粉對高羊茅根冠比的影響

圖3 添加蟹殼粉對高羊茅根冠比的影響

添加不同比例的蟹殼粉，對高羊茅的根冠比也有顯著影響（圖3），所有處理組根冠比均較ck減少，且差異顯著，對照組根冠比為處理組的2～3倍。各處理隨著蟹殼粉比例的增加，根冠比增加。結(jié)合草坪草的外觀看，在高劑量的蟹殼粉影響下，草坪草的植物普遍矮小，植株稀少，而在1%蟹殼粉的影響下，草坪草生長茂盛，葉片深綠。

2．5 蟹殼粉對高羊茅種子活力指數(shù)的影響

蟹殼粉添加對高羊茅的萌發(fā)和生物量均有一定的影響，活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長量的綜合反映。由圖4可知，高羊茅種子活力最高的是添加1%蟹殼粉的處理，其次是對照組，最低的是添加5%蟹殼粉的處理，且各處理和對照相比差異顯著。蟹殼粉添加比例為1%時，種子活力是對照組的1．38倍。但蟹殼粉添加量繼續(xù)上升，則種子活力受到了明顯的抑制，3%蟹殼粉處理種子活力為對照的20．17%，5%蟹殼粉處理僅為對照的3．59%。

圖4 添加蟹殼粉對高羊茅種子活力指數(shù)的影響

2．6 蟹殼粉對高羊茅萌發(fā)和幼苗生長的綜合評定

采用隸屬函數(shù)法分別就土壤中添加不同比例蟹殼粉對高羊茅種子萌發(fā)和幼苗生長的影響進(jìn)行評定（表2）。結(jié)果表明，添加1%蟹殼粉促進(jìn)高羊茅生長，添加3%和5%蟹殼粉處理組明顯低于對照組，高濃度的蟹殼粉添加不利于高羊茅生長。蟹殼粉對高羊茅種子萌發(fā)和幼苗生長的綜合評定排名順序為：1%、ck、3%、5%處理。

3 討論與結(jié)論

蟹殼中主要成分是碳酸鈣和甲殼素，其中，甲殼素含量高達(dá)15%～30%。甲殼素及其衍生物可作為植物生長調(diào)節(jié)劑能有效促進(jìn)植物根、莖、葉的生長，提高作物產(chǎn)量［3，7］。添加蟹殼粉比例為1%時，草坪植物地上生物量顯著增加，株高在20 d后，生長迅速。添加甲殼素還能促進(jìn)土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性的增加，改善土壤環(huán)境，土壤中的速效養(yǎng)分含量增加［8］，從而促進(jìn)植物生長。還有研究表明，添加一定濃度的甲殼素能夠提高土壤微生物數(shù)量，對土壤有一定的改善作用［9］。此外，甲殼素能提高固氮菌等有益微生物，抑制一部分有害病菌對植物的侵染和繁殖［10－11］。由于甲殼素對土壤的改善作用，添加一定量的蟹殼粉后，土壤形成了適宜植物生長的微生態(tài)環(huán)境，有利于高羊茅的生長，因此，添加1%蟹殼粉處理，種子活力、株高等顯著增加。但是，當(dāng)蟹殼添加量增大，超過了適宜濃度，則對草坪植物生長產(chǎn)生抑制，在發(fā)芽率、生物量、株高等方面均不理想，并且抑制程度隨蟹殼粉添加量的增加而增加。王艷芳等研究表明，低濃度的甲殼素能顯著促進(jìn)幼苗株高、生物量［12］，并且促進(jìn)植物的光合作用，但甲殼素較高濃度時，顯著降低了葉片的光合速率，抑制幼苗生長［13］。

蟹殼中除甲殼素外，還含有大量的碳酸鈣，添加蟹殼粉的所有處理組地下生物量均較對照有所減少，高劑量的碳酸鈣是導(dǎo)致植物根系不發(fā)達(dá)、植株矮小的原因之一［14］。陳玲等的研究表明，低量的CaCO3對植物地上部生長有一定的促進(jìn)作用，高劑量卻抑制了根系和地上部的生長［15］。加入CaCO3可提高土壤p H值，并且，CaCO3在土壤中會產(chǎn)生HCO3－，低濃度的HCO3－可以促進(jìn)植物生長，高濃度時會抑制植物生長［16］。HCO3－的存在會使得根系細(xì)胞中有機(jī)酸累積并最終影響根系的生長［17］。隨著蟹殼粉比例的增加，碳酸鈣含量增加，對高羊茅根系生長的抑制作用加劇。根冠比主要反映了生物量在地上地下積累的情況，添加蟹殼粉抑制了地下生物量的積累，生物積累由地下轉(zhuǎn)移到地上。但是，隨著蟹殼量的增加，根冠比增加，地上生物量受到蟹殼粉的影響較地下生物量更為敏感。

蟹殼粉對高羊茅種子萌發(fā)表現(xiàn)出一定的抑制作用，進(jìn)一步影響了高羊茅的幼苗生長，1%蟹殼粉處理15 d內(nèi)并未顯示明顯的優(yōu)勢，但15 d后，生長狀況超過對照組?；盍χ笖?shù)是種子初期生長的綜合反映，添加1%蟹殼粉的處理活力指數(shù)最高。隸屬函數(shù)分析在多指標(biāo)測定基礎(chǔ)上對各處理高羊茅萌發(fā)和生長進(jìn)行了綜合評價，避免了單一指標(biāo)的片面性，較為全面地反映蟹殼粉對草坪植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，使結(jié)果更具科學(xué)性。綜合評定值越大，表明添加蟹殼粉對種子萌發(fā)和幼苗生長的促進(jìn)作用越明顯［6］。通過隸屬函數(shù)分析，各個指標(biāo)的綜合評定排名為：1%處理＞對照＞3%處理＞5%處理。所以，1%蟹殼粉添加比例能夠為高羊茅生長提供較好的環(huán)境，促進(jìn)初期生長。

綜上所述，添加蟹殼粉對種子萌發(fā)和地下根系生長有一定的抑制作用，1%的蟹殼粉處理能顯著提高植株的地上生物量和株高，種子活力指數(shù)最高。3%和5%處理則對高羊茅表現(xiàn)出明顯的傷害，利用蟹殼粉作為草皮基質(zhì)填充材料時，選擇較低的比例（1%）較為適宜。

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