专利名称：采用镧增强垃圾堆肥基质高羊茅草皮抗酸雨的方法
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，涉及以城市生活垃圾堆肥作为基质培养高羊茅的方法。更具体的说是ー种采用镧增强垃圾堆肥基质高羊茅草皮抗酸雨的方法。
背景技术：
城市生活垃圾堆肥含有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素，可用作草皮培养基质，用于城市草坪建植。将城市生活垃圾堆肥用于草皮培养基质，即解决了传统草皮生产耗费肥沃土壌的问题，节约农用土地资源，缓解目前人口压カ大，土地资源紧张的现状，又拓宽了垃圾堆肥的应用途径，減少垃圾处理的费用以及垃圾堆肥向外地运输等难题，同时也有利于城市草坪建植体系的完善。但需要指出的是，堆肥也有含大量污染物，对草坪植物的生长也会造成不利影响，因此，添加外源物质，来改善堆肥这ー性状具有重要意义。草坪是由人工建植或人工养护管理并能够提供人们休闲、游乐和适度体育运动的坪状草地。草坪作为城市园林绿化的重要组成部分，对人类生存环境绿化、美化、保护和改善的作用日趋突出和重要，草坪绿化已日益受到人们的重视。国内外研究表明生活垃圾堆肥可作为ー种肥料来改善草坪草观赏特征和质量特征，对高羊茅生长以及质量的提高有明显促进作用。Landschoot研究发现，与空白对照相比，垃圾堆肥可以降低土壤容重，提高土壤渗透性，而且至少在两个生长季内能为草坪生长提供大部分所需的营养元素。垃圾堆肥及其复合肥与化肥相比能明显促进黒麦草的茎与根系的生长，提高生物量，改善叶片的色泽和整齐度，提高草坪的密度和质量；促进黑麦草对氮的吸收，叶片中氮和叶绿素含量明显高于化肥与空白处理。近年来，随着各国经济的发展与进步，酸雨污染的日趋严重越来越受到人们的广泛关注，已成为当代国际性的重大生态环境问题之一，对自然环境造成极大危害。关于酸雨对植物的影响已有大量研究报道。但关于酸雨对草坪草的影响很少。吴杏春等研究了模拟酸雨对草坪草若干生理指标的影响，结果表明在酸雨影响下，草坪草叶绿素含量、保护酶活性随PH下降呈下降趋势。程澄研究了模拟酸雨对草坪草种子萌发及幼苗生长的影响，结果表明4种草坪草的细胞膜透性和丙ニ醛含量随胁迫加强而增加。随着经济发展和社会进步，草坪日益成为现代人类生活环境与现代文明的重要组成部分，有关环境变化对草坪草品质的影响越来越引起人们的关注。因此研究酸雨胁迫下如何提高草坪草抗逆性意义重大。
发明内容
本发明在培养皿中以垃圾堆肥为基质培养草坪草，在施加稀土镧后进行人エ模拟酸雨的胁迫，通过测定叶绿素、保护酶、丙ニ醛、脯氨酸和相对电导率的变化来探讨稀土镧对酸雨胁迫下堆肥草坪草抗逆性的影响，以期为稀土应用于草坪建植以及优化以垃圾堆肥为基质的草坪建植提供理论依据。为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案ー种采用镧增强垃圾堆肥基质高羊茅草皮抗酸雨的方法，其特征在于按如下的步骤进
行
(1)堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥；
(2)在塑料杯中加入上述堆肥60g，选择籽粒饱满的高羊茅，称取高羊茅种子O.5g，播于杯中，于室温下在实验室中培养；
(3)17天后施加O.2-0. 4 g -kg^1浓度的稀土镧，继续培养10天，培养期间实验室温度为23 30°C，相対湿度为35 70% ；
(4)然后开始喷洒酸雨一次喷洒12ml，每5天喷洒一次，共喷洒5次，然后将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水分，称量鲜重，然后放入烘箱中，在105°C下杀青I h，80°C烘干至恒重，測量各项指标。本发明所述的方法，其中酸雨的配制是SO42' NO' NH4+、Mg2+、Ca2+、Cl' K+和Na+分别为 14. 96,6. 54,3. 71,0. 82、I. 38、I. 68,0. 64 和 O. 78 mg じ，通过酸度计用 HCl 调节酸雨pH 分别为 ρΗ=5· 0、ρΗ=4· O。本发明进一步公开了所述方法在制备稀土镧缓解酸雨胁迫对高羊茅伤害方面的应用；其中稀土镧的用量为O. 2-0. 4 g · kg—1。本发明更加详细的制备方法如下
I材料和方法
I.I实验材料
本实验选用两种草坪草高羊茅arundinacea L.)。稀土元素为硝酸镧[La(NO3)3 ·6Η20]。垃圾堆肥来自天津市小淀垃圾堆肥厂，垃圾堆肥源为城市日常生活提供服务活动中产生的固体废物，也包含可回收垃圾、有害垃圾和其他如取暖煤灰等废弃物。堆肥制备与处理采用德国エ艺技术与设备，堆肥前将城市生活垃圾中的塑料、金属、玻璃纸张等可回收利用物质进行分选后，剰余的物质作为堆料。堆肥过程为好氧发酵，堆料含水率为45% 60%，在pH为6. 5-7. 5，温度为45- 55°C条件下，通风供氧，发酵30 d。发酵后的垃圾堆肥在利用前要进行筛选以进一歩去除各类塑料、金属、碎玻璃及砖瓦石块等杂物，然后对垃圾堆肥背景进行分析。垃圾堆肥主要理化性质为有机质12. 12%，pH 7. 62，饱和含水量O. 76 mL /g，容重 0.85g /mL，全氮 5. 18%，有效磷 77. 92 mg /kg，全钾 I. 21%，Ca 含量 30. 62g /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。I. 2实验方法
在高5. 7cm,直径5cm的塑料杯中加入堆肥60g，选择籽粒饱满的高羊茅种子，称取高羊茅种子O. 5g，播于各杯中，于室温下在实验室中培养。17天后施加不同浓度水平的稀土镧。镧施加浓度设为3个水平，为0、0.2、0.4 g*kg'加入稀土镧后继续培养10天，之后开始喷洒酸雨。酸雨的配制是根据天津市2006年降雨离子组分平均值，利用Na2SO4, (NH4)2S04、Mg (NO3)2^K2SO4, Ca (NO3) 2、Mg (NO3)2^H2SO4, HCl 配制 SO广、NO3' NH4+、Mg2+、Ca2+、Cl' K\ Na+ 分别为 14. 96,6. 54,3. 71,0. 82,1. 38,1. 68,0. 64 和 O. 78 mg じ1 的酸雨。通过酸度计(PHS-3E型)用HCl调节酸雨pH，本实验设酸雨pH为两个水平，分别为pH=5.0、pH=4.0。酸雨一次喷洒12ml，每5天喷洒一次，共喷洒5次。实验设3次重复。培养期间实验室温度为23 30°C，相対湿度为35 70%。
I. 3指标测定
Cl)生物量的測定
将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水分，称量鲜重，然后放入烘箱中，在105°c下杀青I h，80°C烘干至恒重，測量其地上部分的干重。(2)叶绿素含量的测定
叶绿素含量測定參考张志良等(2003)编写的《植物生理学实验指导》(第三版)取O. 2g高羊茅地上部分置于研钵中，加入少量石英砂和80%丙酮，进行充分研磨提取，将匀浆转入离心管中，用适量80%丙酮洗涤钵体，一并转入离心管中，定容至10ml，离心后弃沉淀取上清液，以80%丙酮作为对照，用SHIMADZU产UV-1700型紫外分光光度计分别測定在663nm、645nm波长处的吸光度值。(3)丙ニ醛(MDA)含量的测定
參考张志良等(2003)的方法取O. 2g高羊茅叶片，用10%TCA研磨匀浆进行提取，定容至10ml, 4000r .mirf1离心IOmin,取上清液2ml,加入2ml O. 6%的TBA沸水浴中反应20min,迅速冷却，离心，取上清液分别于532nm、450nm波长下測定吸光值。对照以2ml水代替提取液。(4)脯氨酸含量的测定
參考李合生(2000)的方法。称取O. 5g高羊茅叶片并将其剪碎，分别置于大试管中，然后向各管分别加入5ml 3%的磺基水杨酸溶液，在沸水浴中提取IOmin (提取过程要经常摇动)，冷却后3000 r *min_1离心IOmin,吸取2ml提取液于另ー干净的带塞试管中，加入2ml冰醋酸及2ml酸性茚三酮，在沸水中加热30min，冷却后加入4ml甲苯提取，振荡30s，静置一夜。以甲苯为空白对照，取上层液用SHIMADZU产UV-1700型紫外分光光度计在520nm波长下测吸光值。(5)相对电导率的测定
相对电导率采用电导率仪法进行測定(汤章成，1999):将10 ml的无离子水放入已编号的试管中，測定Itl。各样品称取叶片O. 2g，剪成O. 5 cm2的小块置于试管中，准确加入无离子水10 ml，浸泡24 h，用DDS-IlD直读式电导仪测定电导率为L。測定后将试管放在水浴锅中沸水浴O. 5h，杀死组织，于室温下测I20计算相对电导率(W) = (I1-Itl)バI2-Iq) X 100%。 (6)保护酶的测定
粗酶液的提取方法称取叶片O. 2g，加入pH7. 8的磷酸缓冲液进行冰浴研磨，提取匀浆至离心管中，定容至10ml，4°C下离心(10000r/min)20 min，上清液为酶的粗提液，4°C保存备用。超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用NBT光还原法(张志良等，2003)。在盛有 3ml 反应混合液(包括 14. 5mmol/L dl-甲硫氨酸、3//mol/L EDTA、2· 25mmol/L NBT,60// mol/L核黄素溶液)的试管中，加入50// L的粗酶液，混合后放在透明的试管架上，于光照培养箱中在4000 Lx日光灯下准确照光反应20 min，以不加酶液的照光管为光照对照，同时将空白对照管置于暗处(以缓冲液代替酶液)，用做调零。在560nm波长下測定吸光值。SOD活性单位是以抑制NBT光化还原的50%为ー个酶活性単位。过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法(张志良等,2003)取3mL的反应混合液于比色皿中，对照以pH=7. 8磷酸缓冲液代替。加入酶液100//L，立即开启秒表计时，在470 nm波长下测量吸光值，每隔O. 5 min读数一次。以每分钟Λ A47tl变化O. 01为ー个过氧化物酶活性単位。过氧化氢酶(CAT)活性的測定采用紫外分光光度法(Maria et ai，2004)。在试管中加入反应混合液(PH7. 8的磷酸缓冲液I. 5ml、酶液O. 2ml、蒸馏水I. Oml)，对照管用缓冲液代替酶液，然后在測定管中加入O. 3ml浓度为O. lmol/L的过氧化氢，同时立即计时，在240nm波长下测量吸光值，每隔O. 5 min读数一次。以每分钟Λ A240变化O. I为ー个过氧化氢酶活性単位。I. 4数据处理数据分析采用EXCEL和SPSS17. O分析软件进行处理。2结果与分析
2. I镧对酸雨胁迫下高羊茅物量的影响
由表I可知，施加镧有助于缓解酸雨胁迫对高羊茅的影响，促进高羊茅生物量的増加。在第一次进行酸雨胁迫后，高羊茅叶尖开始出现萎蔫现象，但随时间的增加，在第三次进行酸雨胁迫后，叶尖萎蔫现象有所改善，可能是高羊茅在胁迫过程中自身发生ー些生理变化以适应胁迫的影响。在酸雨pH为5. O时,镧用量在O. 2 g · kg—1和O. 4 g· kg—1时,高羊茅地上鲜重、地上干重和干鲜比均高于对照，分别高出15. 5%,24. 1%、7· 4%和12. 9%,25. 9%、
9.7%，其中地上干重与干鲜比均与对照差异显著(pくQ. 05)。在酸雨pH为4. O时，镧的两种浓度处理同样提高了高羊茅的地上鲜重、地上干重和干鲜比。其中镧用量在O. 4 g.kg—1时各指标达到最大值，分别高出对照10%、13. 1%、3. 3%，但与对照相比差异不显著(p>Q. 05)。表I镧对酸雨胁迫下高羊茅生物量的影响
权利要求
1.一种采用镧增强垃圾堆肥基质高羊茅草皮抗酸雨的方法，其特征在于按如下的步骤进行 (1)堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥； (2)在塑料杯中加入上述堆肥60g，选择籽粒饱满的高羊茅，称取高羊茅种子O.5g播于杯中，于室温下在实验室中培养； (3)17天后施加O.2-0. 4 g -kg^1浓度的稀土镧，继续培养10天，培养期间实验室温度为23 30°C，相対湿度为35 70% ； (4)然后开始喷洒酸雨酸雨一次喷洒12ml，每5天喷洒一次，共喷洒5次，然后将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水分，称量鲜重，然后放入烘箱中，在105°C下杀青I h，80°C烘干至恒重，測量各项指标。
2.权利要求I所述的方法,其中酸雨的配制是SO42'NO' NH4+、Mg2+、Ca2+、Cl' K+和Na+分别为 14. 96,6. 54,3. 71,0. 82、I. 38、I. 68,0. 64 和 O. 78 mg じ，通过酸度计用 HCl 调节酸雨 pH 分别为 ρΗ=5· O、ρΗ=4. O。
3.权利要求I所述方法在制备稀土镧缓解酸雨胁迫对高羊茅伤害方面的应用。
4.权利要求3所述的应用，其中稀土镧的用量为O.2-0. 4 g · kg'
全文摘要
本发明公开了一种采用镧增强垃圾堆肥基质高羊茅草皮抗酸雨的方法，它在塑料杯中加入垃圾堆肥60g，选择籽粒饱满的高羊茅，称取高羊茅种子0.5g，播于杯中，于室温下在实验室中培养；17天后施加0.2-0.4g·kg-1浓度的稀土镧，继续培养10天，培养期间实验室温度为23~30℃，相对湿度为35~70%；然后开始喷洒酸雨一次喷洒12ml，每5天喷洒一次，共喷洒5次，然后经过处理后测量各项指标。本发明的实验结果表明在酸雨胁迫下，稀土镧能缓解酸雨胁迫对高羊茅伤害，提高其细胞内渗透调节物质，抑制细胞膜脂过氧化作用，维持细胞膜稳定性，提高叶绿素含量，增强其光合作用，积累光合产物，进而提高了高羊茅的抗逆性。
文档编号A01G7/06GK102612948SQ20121008115
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者多立安, 李丹, 赵树兰 申请人:天津师范大学