專利名稱：采用鑭提高垃圾堆肥基質高羊茅草皮抗鹽性的方法
技術領域：
本發明屬于環境保護技術領域，涉及以城市生活垃圾堆肥作為基質培養高羊茅的方法。更具體的說是一種采用鑭提高垃圾堆肥基質高羊茅草皮抗鹽性的方法。
背景技術：
城市生活垃圾堆肥含有豐富的有機質和氮、磷、鉀等營養元素，可用作草皮培養基質，用于城市草坪建植。將城市生活垃圾堆肥用于草皮培養基質，即解決了傳統草皮生產耗費肥沃土壤的問題，節約農用土地資源，緩解目前人口壓力大，土地資源緊張的現狀，又拓寬了垃圾堆肥的應用途徑，減少垃圾處理的費用以及垃圾堆肥向外地運輸等難題，同時也有利于城市草坪建植體系的完善。但需要指出的是，堆肥也有含大量污染物，對草坪植物的生長也會造成不利影響，因此，添加外源物質，來改善堆肥這一性狀具有重要意義。草坪是由人工建植或人工養護管理并能夠提供人們休閑、游樂和適度體育運動的坪狀草地。草坪作為城市園林綠化的重要組成部分，對人類生存環境綠化、美化、保護和改善的作用日趨突出和重要，草坪綠化已日益受到人們的重視。國內外研究表明生活垃圾堆肥可作為一種肥料來改善草坪草觀賞特征和質量特征，對高羊茅生長以及質量的提高有明顯促進作用。Landschoot研究發現，與空白對照相比，垃圾堆肥可以降低土壤容重，提高土壤滲透性，而且至少在兩個生長季內能為草坪生長提供大部分所需的營養元素。垃圾堆肥及其復合肥與化肥相比能明顯促進黑麥草的莖與根系的生長，提高生物量，改善葉片的色澤和整齊度，提高草坪的密度和質量；促進黑麥草對氮的吸收，葉片中氮和葉綠素含量明顯高于化肥與空白處理。目前我國草皮的生產存在著諸多問題，無法滿足城市草坪建植的需要，而其中草皮基質的研制和供應不足就是一個重要的限制因素。在草皮生產中，每完成一次草皮生產過程，至少要鏟去2 cm以上的熟土，連續的3 4次操作，肥沃的農田即遭到破壞。要恢復表土肥力，短則需幾年，多則幾十年、上百年。為此，研制新的人工草坪基質以代替肥沃的表土具有較強的實際意義。在城市草坪建植中，各種逆境條件的脅迫(干旱脅迫、鹽脅迫、酸雨脅迫和低溫脅迫等)不利于草皮的培植及草坪建植。草坪缺水問題一直存在，因為人工草坪根系較淺，不足以在土壤中吸收足夠的水分，只能靠人工澆灌，尤其在我國北方城市，每年要消耗大量的水養護草坪，年灌水量大約為O. 6 1. O m3/m2。土壤鹽潰化是限制草坪草生長的主要因素之一，鹽脅迫幾乎影響植物所有的重要生命過程，鹽脅迫下，植物細胞的代謝過程受阻，導致活性氧積累和離子失衡，植株生長受抑制，嚴重時造成細胞死亡。酸雨污染的日趨嚴重越來越受到人們的廣泛關注，已成為當代國際性的重大生態環境問題之一，對自然環境造成極大危害，影響草坪草的生長。此外，我國北方地區冬季寒冷，草坪草越冬困難，在春秋兩季又常受寒流侵襲而造成泛斑、生長不良等現象，影響草坪的美觀，降低草坪的利用價值。目前,全球鹽堿地面積已達9. 5億hm2,中國鹽堿地約2. OX IO8 hm2,占總耕地面積的10%，土壤鹽堿化已成為重要的環境問題之一。且隨著化肥用量增加，土壤次生鹽潰化亦越來越重，鹽脅迫幾乎影響植物所有的重要生命過程。鹽脅迫下，植物細胞的代謝過程受阻，導致活性氧積累和離子失衡，植株生長受抑制，嚴重時可造成細胞死亡。目前已有一些關于草坪草抗鹽性的研究，主要集中于闡述抗鹽機理，但是關于稀土應用于生活垃圾堆肥基質草坪草抗鹽方面的研究還未見報道。
發明內容
本發明以垃圾堆肥為基質培養高羊茅，在施加硝酸鑭一段時間后，將草皮移植到不同含鹽量的鹽堿土上，通過觀察草坪草生長情況及測量抗逆生理指標，來探討稀土鑭對鹽脅迫下堆肥基質高羊茅的影響，為優化垃圾堆肥基質在草坪建植上的應用及提高其抗鹽性提供理論依據。為實現上述目的，本發明提供如下的技術方案
一種采用鑭提高垃圾堆肥基質高羊茅草皮抗鹽性的方法，其特征在于按如下的步驟進
(1)堆肥選自垃圾堆肥廠發酵后的垃圾堆肥；
(2)在培養皿中加入上述堆肥20g,加入高羊茅種子O. 4g，播于培養皿中，播種后13 天向培養基中加入O. 2-0. 4g · kg—1的硝酸鑭；加入硝酸鑭后繼續培養14天；
(3)然后將草坪草留茬高度5cm，將培養皿中的草坪草連同基質一起移植到280g鹽堿土上，鹽堿含鹽量分別為O. 5%、0. 8% ;培養期間實驗室溫度為25 32°C，相對濕度為 40 66% ；
(4)移植培養30天后開始測量生理指標。其中兩種含鹽量的鹽堿土 pH分別為7. 84,7. 93，容重分別為I. 04、I. 20 (g/ml)，電導率分別為1.49xl03,1.99xl03 (μ S/cm);持水量分別為I. 04，I. 20 (ml/g);總孔隙度分別為 64. 52，66. 67 (%)。本發明進一步公開了所述的方法在緩解鹽脅迫對高羊茅的傷害增加其抗逆性方面的應用。特別是O. 2-0. 4g -kg-1的硝酸鑭在緩解鹽脅垃圾堆肥基質高羊茅草皮的抗鹽性方面的應用。本發明更加詳細的制備方法如下
I材料和方法
I.I實驗材料
本實驗選用草坪草為高羊茅。稀土元素為硝酸鑭(La(NO3)3·6Η20)。垃圾堆肥來自天津市小淀垃圾堆肥廠，垃圾堆肥源為城市日常生活提供服務活動中產生的固體廢物，也包含可回收垃圾、有害垃圾和其他如取暖煤灰等廢棄物。堆肥制備與處理采用德國工藝技術與設備，堆肥前將城市生活垃圾中的塑料、金屬、玻璃紙張等可回收利用物質進行分選后，剩余的物質作為堆料。堆肥過程為好氧發酵，堆料含水率為 45% 60%，在pH為6. 5-7. 5，溫度為45- 55°C條件下，通風供氧，發酵30 d。發酵后的垃圾堆肥在利用前要進行篩選以進一步去除各類塑料、金屬、碎玻璃及磚瓦石塊等雜物，然后對垃圾堆肥背景進行分析。垃圾堆肥主要理化性質為有機質12. 12%，pH 7. 62，飽和含水量
O.76 mL /g，容重 0.85g /mL，全氮 5. 18%，有效磷 77.92 mg /kg，全鉀 I. 21%，Ca 含量 30. 62 g /kg,Fel9. 95 g /kg, Mg 5. 78 g /kg,Cu 546.15 mg /kg,Zn 534.53 mg /kg,Pb 163.62mg /kg, Cr 89.87 mg /kg, Ni 76.26 mg /kg , Cd 2. 06 mg /kg, Mn 324.59 mg /kg。鹽堿土取自河北省黃驊市海邊，鹽堿土含鹽量分別為0. 5%、0.8%。兩種含鹽量的鹽堿土 pH分別為7. 84,7. 93，容重分別為I. 04、I. 20 (g/ml)，電導率分別為I. 49xl03,
I.99χ103(μ S/cm);持水量分別為 I. 04，I. 20 (ml/g);總孔隙度分別為 64. 52，66. 67 (%)。I. 2實驗方法
在直徑5. 7 cm的培養皿中加入堆肥20 g。選擇籽粒飽滿的高羊茅種子O. 4g，分別播于各培養皿中。播種后13天向培養基中加入不同濃度水平的硝酸鑭。硝酸鑭設3個濃度水平，為0、0. 2,0. 4g · kg—1。加入硝酸鑭后繼續培養14天，然后將草坪草留茬高度5cm，將培養皿中的草坪草連同基質一起移植到鹽堿土上,鹽堿土裝于直徑7. 2cm、高10. 5cm的塑料杯中，每杯280g，鹽堿土設2個鹽濃度梯度，含鹽量分別為O. 5%、0. 8%。移植培養30天后開始測量生理指標，實驗期間每10天測量一次株高。實驗設3次重復。培養期間實驗室溫度為25 32°C，相對濕度為40 66%。I. 3指標測定
(I)生物量的測定
將草坪植物齊根刈割，地上部分用蒸餾水沖洗干凈，吸水紙吸干表面水分，然后放入烘箱中，在105°C下殺青I h，80°C烘干至恒重，測量其地上部分的干重。(2)保護酶的測定
粗酶液的提取方法稱取葉片O. 2g，加入pH7. 8的磷酸緩沖液進行冰浴研磨，提取勻漿至離心管中，定容至10ml，4°C下離心(10000r/min)20 min，上清液為酶的粗提液，4°C保存備用。超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用NBT光還原法(張志良等，2003)。在盛有 3ml 反應混合液(包括 14. 5mmol/L dl-甲硫氨酸、3// mol/L EDTA、2· 25mmol/L NBT, 60// mol/L核黃素溶液)的試管中，加入50// L的粗酶液，混合后放在透明的試管架上，于光照培養箱中在4000 Lx日光燈下準確照光反應20 min，以不加酶液的照光管為光照對照，同時將空白對照管置于暗處(以緩沖液代替酶液)，用做調零。在560nm波長下測定吸光值。 SOD活性單位是以抑制NBT光化還原的50%為一個酶活性單位。過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創木酚法(張志良等,2003)取3mL的反應混合液于比色皿中，對照以pH=7. 8磷酸緩沖液代替。加入酶液100//L，立即開啟秒表計時， 在470 nm波長下測量吸光值，每隔O. 5 min讀數一次。以每分鐘Λ A47tl變化O. 01為一個過氧化物酶活性單位。過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用紫外分光光度法(Maria et a7.，2004)。在試管中加入反應混合液(PH7. 8的磷酸緩沖液I. 5ml、酶液O. 2ml、蒸餾水I. Oml)，對照管用緩沖液代替酶液，然后在測定管中加入O. 3ml濃度為O. lmol/L的過氧化氫，同時立即計時， 在240nm波長下測量吸光值，每隔O. 5 min讀數一次。以每分鐘Λ A240變化O. I為一個過氧化氫酶活性單位。(3)丙二醛含量的測定
參考張志良等(2003)的方法取O. 2g草坪植物葉片，用10%TCA研磨勻漿進行提取， 定容至10ml, 4000r · mirT1離心IOmin,取上清液2ml,加入2ml O. 6%的TBA沸水浴中反應 20min，迅速冷卻，離心，取上清液分別于532nm、450nm波長下測定吸光值。對照以2ml水代替提取液。(4)脯氨酸含量的測定
參考李合生(2000)的方法。稱取O. 5g草坪植物葉片并將其剪碎，分別置于大試管中， 然后向各管分別加入5ml 3%的磺基水楊酸溶液，在沸水浴中提取IOmin (提取過程要經常搖動)，冷卻后3000 r · mirT1離心IOmin,吸取2ml提取液于另一干凈的帶塞試管中，加入 2ml冰醋酸及2ml酸性茚三酮，在沸水中加熱30min，冷卻后加入4ml甲苯提取，振蕩30s，靜置一夜。以甲苯為空白對照，取上層液用SHIMADZU產UV-1700型紫外分光光度計在520nm 波長下測吸光值。(5)相對電導率的測定
相對電導率采用電導率儀法進行測定(湯章成，1999):將10 ml的無離子水放入已編號的試管中，測定Itl。各樣品稱取葉片O. 2 8，剪成0.5 cm2的小塊置于試管中，準確加入無離子水10 ml，浸泡24 h，用DDS-IlD直讀式電導儀測定電導率為I1。測定后將試管放在水浴鍋中沸水浴O. 5 h，殺死組織，于室溫下測12。計算相對電導率(%) = (I1-Itl)/(I2-Itl) X 100%。I. 4數據處理數據分析采用EXCEL和SPSS17. O分析軟件進行處理。2結果與分析
2.I鑭對鹽脅迫下高羊茅生物量的影響
在鹽脅迫下，草坪草會出現不同程度的生長減慢(地上部分)現象(楊富裕等，2001)。 生物量是植物對鹽脅迫反應的綜合體現，是植物耐鹽性的直接指標(Vicente et al., 2004)。從圖I可以看出，高羊茅的地上生物量在鹽堿土含鹽量為O. 8%時低于含鹽量為 O. 5%時，說明鹽脅迫強度增大對高羊茅的生長有抑制作用。施加稀土鑭處理，高羊茅的地上生物量都比不加鑭的有所增加，說明稀土鑭能夠緩解鹽脅迫對高羊茅的傷害，促進其生物量的增加，進而提高其抗逆性。對于高羊茅來說，實驗所設的兩種濃度處理中，鑭用量在 O. 4g · kg—1時效果較好，在含鹽量分別為O. 5%和O. 8%的情況下，其地上生物量分別比不加鑭處理的提高了 9. 7%和12. 5%。附表
I ■濃度地上干重綱^-
I (g*kgiy ,_T3
_0.5%^_0.8%^
Op 0.387±0.048a^ 0.33±0.035a*'
OJr 0,43±0.006a.' 0.39±0.021ab ' _0.4<;'_0,467±0.027y_0.45±0.036b*') *.
附表
權利要求
1.一種采用鑭提高垃圾堆肥基質高羊茅草皮抗鹽性的方法，其特征在于按如下的步驟進行(1)堆肥選自垃圾堆肥廠發酵后的垃圾堆肥；(2)在培養皿中加入上述堆肥20g,加入高羊茅種子O. 4g，播于培養皿中，播種后13 天向培養基中加入O. 2-0. 4g · kg—1的硝酸鑭,繼續培養14天；(3)然后將草坪草留茬高度5cm，將培養皿中的草坪草連同基質一起移植到280g鹽堿土上，鹽堿含鹽量分別為O. 5%、0. 8% ;培養期間實驗室溫度為25 32°C，相對濕度為 40 66% ；(4)移植培養30天后開始測量生理指標。
2.權利要求I所述方法，其中兩種含鹽量的鹽堿土pH分別為7. 84,7. 93，容重分別為 I. 04、I. 20 (g/ml)，電導率分別為 I. 49xl03，I. 99xl03 ( μ S/cm);持水量分別為 I. 04，I.20 (ml/g);總孔隙度分別為 64. 52，66. 67 (%)。
3.權利要求I所述的方法在緩解鹽脅迫對高羊茅的傷害增加其抗逆性方面的應用。
4.權利要求3所述的應用，其中的抗逆性指的是O.2-0. 4g · kg-1的硝酸鑭在緩解鹽脅垃圾堆肥基質高羊茅草皮的抗鹽性。
5.權利要求3所述的應用，其中硝酸鑭用量在O.4g · kg—1。
全文摘要
本發明公開了一種采用鑭提高垃圾堆肥基質高羊茅草皮抗鹽性的方法他是在20g堆肥中播撒高羊茅種子0.4g，播種后13天向培養基中加入0.2-0.4g·kg-1硝酸鑭，繼續培養14天，然后將培養皿中的草坪草連同基質一起移植到280g鹽堿土上，鹽堿土分別為0.5%、0.8%，移植培養30天后開始測量生理指標。本發明的實驗結果表明施加鑭可以緩解鹽脅迫對高羊茅的傷害。鑭處理能夠通過提高高羊茅的地上生物量，降低質膜過氧化產物丙二醛含量，降低葉片相對電導率，提高保護酶活性和脯氨酸含量，增高羊茅在鹽脅迫下的滲透調節功能，減輕自由基對細胞的傷害，進而緩解鹽脅迫對高羊茅的傷害，增加其抗逆性。
文檔編號A01B79/02GK102577689SQ20121008114
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者多立安, 李丹, 趙樹蘭 申請人:天津師范大學