施用污泥对多年生黑麦草抗旱生理及基因表达的影响研究

发布时间：2020-05-13 10:27

【摘要】：生物污泥是污水处理过程中产生的固体有机物,含有丰富的氮、磷等营养物质,可以应用于农业及园林绿化,实现其资源化利用。除基本营养物质外,生物污泥中富含腐殖质、氨基酸、维他命等多种生物活性物质,可以提高草坪草抵御环境胁迫的能力,如干旱、寒冷、高温等。为明确污泥对多年生黑麦草(Lolium perenne L.)抗旱生理及基因表达的影响,本试验采用裂区设计,主处理为充分浇水、干旱(50%亏缺灌溉)2种水分条件,副处理包括对照(硝酸铵提供75 mg·kg-1的氮素)、污泥处理(污泥提供75 mg·kg-1的氮素)。试验期间对多年生黑麦草叶片及土壤基质取样并进行测定,试验结果如下:1、在50%亏缺灌溉条件下,污泥处理后多年生黑麦草的坪观质量、相对含水量显著提高,电导率明显下降(P0.05)。在干旱进行的第40天时,与对照相比,污泥处理的多年生黑麦草叶片坪观质量增加了 12.0%,叶片相对含水量增加了 13.3%,且叶片电导率降低了 21.9%,这表明在干旱胁迫的不利环境中污泥可以有助于多年生黑麦草提高坪观质量,增加草坪草叶片相对含水量,维持叶片更多的水分进行正常的生长发育,且施用污泥在一定程度上可以通过减慢电解质渗透率的增加而缓解水分亏缺对多年生黑麦草造成的危害,改善其生长状态。同时,在50%亏缺灌溉条件下,添加污泥后多年生黑麦草的脯氨酸与可溶性糖含量表现显著优于对照处理(P0.05),分别升高了 62.3%和57.4%。这表明污泥在干旱胁迫条件下对草坪草的渗透调节作用更优,能够提高多年生黑麦草的脯氨酸及可溶性糖含量,增强其渗透调节能力并提高多年生黑麦草的抗旱性。2、在两种水分条件下,施用污泥均能显著减缓多年生黑麦草叶片中净光合速率下降速率,分别达到了对照处理组的1.06倍和1.17倍(P0.05)。这说明污泥可以在植物缺水状态下尽量减弱干旱对植物光合作用的有害影响,从而提高草坪草的耐旱能力。在两种水分条件下,叶片气孔导度、蒸腾速率及水分利用效率均发生不同程度的下降现象,且在试验后第30、40天时不同水分条件下的多年生黑麦草叶片的蒸腾速率和气孔导度出现显著差异,充分浇水条件下叶片的蒸腾速率和气孔导度明显优于干旱胁迫处理(P0.05)。这表明干旱条件会对多年生黑麦草叶片的蒸腾速率造成损害,引起光合作用下降。与对照相比,污泥处理后的叶片气孔导度、蒸腾速率及水分利用效率下降幅度在一定程度上减缓,但未达到显著水平(P0.05)。这表明施用污泥作为氮素来源有一定的改善草坪草光合作用各项指标的效果,进而提高多年生黑麦草的光合作用能力。3、正常浇水条件下,添加污泥后明显促进草坪草叶片的IAA、GA3、t-ZR含量提高(P0.05),最大值分别达到了 62.6 ng·g-1、8.9 ng·g-1和11.5 ng·g-1。这表明在正常水分养护条件下,基质中加入污泥能够增加草坪草叶片内的促生长发育相关激素含量,改善草坪草的抗氧化及氮代谢调节系统。50%亏缺灌溉条件下,多年生黑麦草叶片的IAA、GA3、t-ZR和ABA含量分别为对照处理组的1.16倍、1.34倍、1.11倍及1.09倍(P0.05)。这说明基质中施用污泥可增加干旱胁迫条件下草坪草叶片的植物激素含量,缓解多年生黑麦草的损伤。土壤中激素IAA含量上升后降低,GA3含量发生明显降低,ABA含量逐渐增加,且污泥处理的土壤基质中各激素含量均显著高于对照组(P0.05)。这说明施用污泥作为氮素来源可以增加土壤中激素含量达到增强草坪草抵御或减弱干旱胁迫的能力。4、多年生黑麦草叶片中抗旱相关基因表达量上升或下降趋势因其作用功能不同而存在差异。其中参与渗透调节系统的P5CS基因与INPS基因在试验后期由于氮素来源不足以及持续干旱胁迫导致显著上调(P0.05),且污泥处理能显著提高P5CS与INPS的表达量(P0.05),这说明向土壤基质中添加生物污泥能够促进草坪草叶片渗透调节作用相关合成基因的表达,增强其抗旱性。在50%亏缺灌溉的条件下,添加污泥作为氮素来源的叶片Russisco基因表达量最高达到对照处理的2.54倍,即添加污泥能够提高草坪草光合作用相关基因表达,缓解由于水分亏缺造成的损害。与对照相比,两种水分条件下,污泥处理均能显著提高多年生黑麦草叶片的YUCCA、GA20ox、CKX1、NCED表达量(P0.05),在试验进行的第20天时正常浇水组分别为对照的3.20倍、3.42倍、2.19倍、2.46倍,在50%亏缺灌溉的第10天时则分别为提高了 1.05倍、1.26倍、2.51倍及1.80倍。这表明施加污泥可提高草坪草叶片中激素基因的表达,影响植物激素的合成代谢途径,可以在一定范围内增强其抗旱性。5、与对照相比,充分浇水条件下,土壤微生物生物量碳含量缓慢下降,污泥处理的基质中微生物碳含量始终高于对照组,但无明显差异(P0.05)。这说明污泥对于正常水分养护下的土壤微生物量碳含量无显著影响。50%亏缺灌溉条件下,各处理的土壤微生物量碳逐渐降低且均低于正常浇水的土壤。在干旱进行的第30天,施用污泥的土壤微生物量碳含量为161 mg·kg-1,比对照处理的146 mg·kg-1显著提高了 10.3%(P0.05)。这说明干旱条件下向土壤中添加污泥能够在一定范围内增加其微生物量碳含量,增加土壤中的可利用有效成分。综上所述,施用污泥能够显著提高多年生黑麦草的生长及渗透调节能力,增加其光合作用及水分利用效率,促进植物和土壤中激素升高,调控相关抗旱基因明显上调,同时能增加土壤微生物生物量碳含量,最终达到增强草坪草抗旱能力的效果。
【图文】：

质量变化,草坪,叶片,污泥处理

３．１生长指标逡逑３．１．１坪观质量逡逑两种水分条件下多年生黑麦草的坪观质量随时间推移均呈现下降趋势（图３．１），逡逑在试验进行的的第１０天，充分浇水的多年生黑麦草叶片与干旱处理的叶片坪观质量逡逑之间出现显著差异（Ｐ＜邋０．０５），且在第２０、３０及４０天差异保持明显状态（Ｐ＜邋０．０５）。逡逑充分浇水条件下多年生炓麦草叶片的坪观质量随试验进行呈现下降趋势，但下降逡逑趋势缓慢。污泥处理后的叶片坪观质量均高于对照处理，但与对照间无显著差异逡逑＞邋０．０５），表明施用污泥在水分条件良好时对草坪草的促进效果不明显。逡逑在５０邋％亏缺灌溉的千旱条件下，多年生黑麦草叶片的坪观质量下降速率比充分浇逡逑水处理的较快。污泥处理在试验进行的第２０、３０与４０天坪观质量分别为６．９４、５．６０逡逑和４．９６，，而对照处理的多年生黑麦草叶片分别评为６．９４、４．９５及４．４３分。与对照相逡逑比污泥处理的草坪草叶片坪观质量均显著提高（Ｐ＜邋０．０５）

叶片相对含水量,叶片,污泥处理,质量

３．１生长指标逡逑３．１．１坪观质量逡逑两种水分条件下多年生黑麦草的坪观质量随时间推移均呈现下降趋势（图３．１），逡逑在试验进行的的第１０天，充分浇水的多年生黑麦草叶片与干旱处理的叶片坪观质量逡逑之间出现显著差异（Ｐ＜邋０．０５），且在第２０、３０及４０天差异保持明显状态（Ｐ＜邋０．０５）。逡逑充分浇水条件下多年生炓麦草叶片的坪观质量随试验进行呈现下降趋势，但下降逡逑趋势缓慢。污泥处理后的叶片坪观质量均高于对照处理，但与对照间无显著差异逡逑＞邋０．０５），表明施用污泥在水分条件良好时对草坪草的促进效果不明显。逡逑在５０邋％亏缺灌溉的千旱条件下，多年生黑麦草叶片的坪观质量下降速率比充分浇逡逑水处理的较快。污泥处理在试验进行的第２０、３０与４０天坪观质量分别为６．９４、５．６０逡逑和４．９６，而对照处理的多年生黑麦草叶片分别评为６．９４、４．９５及４．４３分。与对照相逡逑比污泥处理的草坪草叶片坪观质量均显著提高（Ｐ＜邋０．０５）
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S543.6

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