本发明属于城市园林绿化技术领域，涉及一种氧化石墨烯废弃物植生带提高干旱胁迫高羊茅叶绿素含量的方法。
背景技术：
城市化进程的不断推进，使占据重要地位的城市园林绿化得到了快速的发展。作为城市园林绿化中不可缺少的草坪，不但具有保持水土等显著的生态效益，还能美化环境，具有很高的美学价值，也为人们提供休闲娱乐的场所。由于草坪的生态效益、美学价值和娱乐功能，越来越受到大家的重视。草坪草在建植和管理过程中存在诸多困难，如建植养护成本高、施工要求高、土壤盐渍化程度不断加深、重金属污染不断加剧、养护不周造成干旱胁迫等等，亟待找到新的解决办法和途径。植生带的产生和发展，有力推进了草坪业的发展，是草坪种植的一场重大革命，在一定程度上解决了草坪建植和养护的问题，但是还需要进一步的革新和发展。另外，随着对新型纳米材料研究的不断深入和广泛应用，发现不同类型的纳米材料对不同植物的生长产生不同的影响，其中，对草坪草生长影响的相关研究报道十分有限，纳米材料能否为解决草坪建植和养护问题提供新的方向尚待研究。
氧化石墨烯（GO）与其他吸附剂相比，表面积巨大、合成条件温和、成本相对较低、较容易在其表面修饰一些功能化基团，还可与其他材料复合以增强吸附效果，让氧化石墨烯在重金属吸附领域有广阔的应用前景。研究发现多层氧化石墨烯可以有效吸附去除水中的重金属镉和钴等离子。张秀蓉发现，磁性氧化石墨烯在pH=3~10内随着pH值的增加对Cd (Ⅱ)的吸附量逐渐增加，适用于实际水处理中低浓度Cd (Ⅱ)有效吸附，且有良好的再生性。有研究用扫描电镜对GO/SiO2吸附镉前后进行扫描发现吸附前其表面凹凸不平呈不规则片状结构，片层之间存在一定间距，吸附后表面较平整，表面及片层之间的空隙被吸附的镉填充，说明GO/SiO2对Cd (Ⅱ)吸附效果良好。随着纳米材料的大量使用，在环境中的积累不可避免，植物在这种环境条件下会发生什么变化引起科研工作者的关注，并开展氧化石墨烯对生物影响的相关研究。氧化石墨烯对生物的影响研究多集中于水生生物，也有一部分是大田作物，但是总体来说对土培植物的影响研究还相对较少，那么将氧化石墨烯加入到重金属污染的土壤中会对植物的生长产生什么影响，需要进一步研究。
植物本身具备一定抵抗不良环境的能力，即抗逆性，纳米材料的存在是否会对植物抗逆性造成影响，尚未知。研究表明，在高盐胁迫条件下，多壁碳纳米管的应用不仅使花椰菜细胞膜的通透性和根部细胞膜脂类的组成和硬度发生改变，还促进其对水分的吸收和CO2的同化，能在一定程度上缓解高盐胁迫，从而促进花椰菜的生长。研究表明，微克级别的氧化石墨烯会加重干旱和高盐胁迫下对拟南芥不利影响，而对良好环境条件下的拟南芥生长既没有抑制作用也没有促进作用。这方面的研究还十分有限，纳米材料的使用对植物抗逆性的影响仍待深入研究。
目前草坪建植的方法有五种：直播、喷播、草皮卷，铺绿草毯、铺植生带。直播是整好地后在无风天气条件下用手推播种机进行播种；喷播是用喷播机将经过技术处理的植物种子、保水剂、粘合剂、纤维覆盖物及植物生长所需的营养物质混合、搅拌并喷洒到所需种植的地方；草皮卷是将选好的草坪切成不同草块，移到平整过的土地上平铺，块与块之间留20~30 mm的缝隙，再填土，铺后及时滚压浇水（若草种为冷季型则可不留缝隙）；铺绿草毯是在工厂里用机械方法将保护层、种子混合层及垫层制成草毯，现场易铺即可；植生带是把草种、肥料、保水剂等按一定的密度经过机器的滚压和针刺等复合定位工序定植在可自然降解的无纺布或其它材料上，后期直接铺植并盖上1 cm厚的土。
直播建植方式是最原始的人工种植方式，其优点是品种适应范围很广，建植成本较低，植株根系生长好，平整度较好；缺点是建植地有一定的局限性（坡地不适宜），初期怕水冲，成坪所需时间长并且均匀性不佳，杂草也较多，后期养护过程复杂，成本高。
喷播建植方式加入了少量机械的使用其优点是平整度好，护坡效果好；缺点是成坪所需时间长，操作人员技术水平直接影响草坪成坪效果的好坏，人为因素太大。铺草皮卷建植方式是最常用的一种方法其优点是成坪所需时间短，局部修补效果最佳，使用期间可以施工；缺点是种子品种有一定限制，生产周期长，破坏土壤结构，不利于可持续发展，另外铺植后平整度差，运输、铺设费用都较高，成本极高。易铺绿草毯建植方式是专门为高尔夫球场草坪建植开发的专利产品其优点是种子选择范围大，不怕水冲，平地、坡地均可使用，成坪平整度好，均匀性极高，且运输成本低，施工简单，养护方便，成坪速度快，防治杂草效果十分明显，总体来说成本适中；缺点是使用期间不能施工。
植生带建植方式实现了大规模机械化代替传统手工，方便快捷很大程度上提高了施工的进度和质量。草坪植生带不仅能在有一定坡度的地势进行建植（四十五度以下，不会因降雨或浇水而引起种子或水土流失），还具有种子配比灵活多变，可适时适地的选用不同种子的组合，重量轻、运输方便、铺设简单同时节约了种子的播种量，省时省工，成本低，抗风、保温、保湿抗干旱，种子出苗整齐，防治杂草，美观等优点，是一种植物护坡的优良方法。
草坪植生带为园林绿化提供了一种科学可靠、方便快捷的草坪种植手段，而草坪植生带也经历过各个发展阶段，不断优化以发挥更优的建植效果。最初植生带只有一层基带，通过普通黏合剂将种子固定在上面，实际使用中存在种子固定不牢的缺陷，因此新一代植生带在种子上面加盖一层基带，使种子夹在两层基带中很好地解决了固定问题，另外也对黏合剂进行选择和改良，以降低对种子的伤害。现代的植生带是在专用设备上，按照特定的生产工艺把草坪种子和其他成分按照一定的密度和排列方式压植在基带上，并且如今的基带一般采用无纺布等可降解的材料。无纺布植生带成本高，推广起来有一定难度，为了降低成本。另外植生带初期生产效率并不是很高，从预订、生产到购回需要较长一段时间，若在播种季节购买，厂方临时生产量并不能满足量大订单的要求，购买成品其种子放置时间较长又影响发芽率。为了保证植生带的发芽率，有人研究发现2 g·L-1的KNO3浸种24 h后再风干30 d是最佳预处理提高种子发芽率的方法，早熟禾、剪股颖种子的发芽率、发芽势较对照分别提高66%、45%；56%、45%。浸种提高发芽率这是对草坪植生带的进一步改良和发展。目前植生带在北方应用较多。
同其它植物一样，草坪草的生长也需要忍受各种不良条件的胁迫，不仅会降低草坪的质量，还严重影响草坪草的正常生长，其中干旱是最常见的限制草坪草生长的制约因素。干旱胁迫是常见的一种非生物胁迫，在所有胁迫中占26%，且我国国土面积的47%地区为干旱半干旱地区。草坪是园林风景重要组成部分，现在已不再仅仅局限于园林建设，居民生活区、运动场及水土保持地等场所也有广泛的应用。水分作为草坪草生长不可缺少的环境条件之一，在物理支撑、温度调节、营养摄人运输、各种生化过程和伸长生长等方面都发挥着重要作用。城市缺水条件下很难满足大面积草坪的灌溉。而干旱胁迫会降低草坪的景观功能和生态功能，严重时甚至导致草坪草死亡。大量研究认为，干旱胁迫是限制草坪草正常生长的主要因素之，因此，草坪草的抗旱性一直是该领域的研究焦点之一。草坪建植土壤条件不均一，成坪并不容易，浇水养护成本高因此，干旱成为草坪建植的两大主要限制因素。
在水资源日益紧张的今天，人们首先会满足人们的日常生活用水和农业用水，对于草坪建植等绿化方面的需求就会受影响，探究如何提高草坪草抗旱能力成为当务之急。植生带的应用不同于传统的播种，提高了草坪草的抗盐抗旱能力，但是目前关于植生带和氧化石墨烯对干旱胁迫下高羊茅生长的影响研究还很少。
技术实现要素：
本发明基于第二章氧化石墨烯的最佳用量并应用到干旱胁迫条件下，目的是比较植生带，氧化石墨烯和植生带夹载氧化石墨烯三种方式建植对高羊茅生长和生理生态的影响差异，探讨植生带和氧化石墨烯在草坪干旱胁迫中的作用，为干旱胁迫建植高品质草坪提供技术支撑。
为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：
一种氧化石墨烯废弃物植生带提高干旱胁迫高羊茅叶绿素含量的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）植物培养：
采用直径为11 cm、高为8 cm的塑料花盆，装入250 g校园土，铺植种子后覆盖50 g校园土；干旱梯度分为中度和重度，中度胁迫保持在50%~60%(w/w)，重度胁迫保持在30%~40%(w/w)，每天称重浇水；
所述的中度胁迫指的是指土壤水分含量的重量比在50%~60%(w/w)。
重度胁迫指的是指土壤水分含量的重量比在30%~40% (w/w)。
（2）高羊茅建植：每盆高羊茅种子用量1 g，植物培养期间室内温度17~29℃，相对湿度为30~48%，光照为透入室内的自然光800~29000 Lx，每天转盆，移位保证受光一致；
（3）废弃物植生带的准备与制作：选取来源一致的废弃物作为植生带的载体材料，暴晒一周，裁剪成9 cm的圆形备用；再用1%(w/w)的过氧化氢溶液浸泡10分钟，取出后烘干；废报纸作为植生带建植载体的下层，废纱布作为上层，每个植生带中均匀播撒1 g高羊茅种子，并用浆糊与上载体材料进行粘合固定制成高羊茅废弃物植生带；夹载氧化石墨烯的高羊茅植生带的制作时需要先在载体下层均匀播撒高羊茅种子，再均匀播撒氧化石墨烯，其用量为0.2-0.4 mg·g-1；
（4）株高的测定：培养60天后，每盆随机选取5株植株，测量高度，取其平均株高；
生物量的测定：刈割后，地上部分108℃下杀青20 min，80℃烘干至恒重，并称量；地下部分，用清水洗净，用滤纸吸去根外部的水分，80℃烘干至恒重，并称量。
本发明所采用的氧化石墨烯的平均厚度：3.4~7 nm，片层直径：10~50 μm，层数：5~10 层，比表面积：100~300 m2·g-1。
本发明进一步公开了氧化石墨烯废弃物植生带提高干旱胁迫高羊茅叶绿素含量的方法在提高高羊茅叶绿素含量方面的应用；所述的提高高羊茅叶绿素含量指的是：化石墨烯用量为其用量为0.2-0.4 mg·g-1。
本发明更加详细的研究方法与结论如下：
1研制材料与方法
1.1 研制材料
氧化石墨烯（Graphene oxide）购于苏州恒球纳米公司，为黑色或褐黄色粉末，平均厚度：3.4~7 nm，片层直径：10~50 μm，层数：5~10 层，比表面积：100~300 m2·g-1，纯度>90%。草坪草选用我国北方常见禾本科植物高羊茅（Festuca arundinacea）。试验土壤取自天津师范大学院内0~20 cm的表层土壤，自然风干、碾碎，过筛，备用。土壤质地为砂质粘土，基本理化性质见表1。
表1 供试土壤理化性质
1.2植物培养
采用直径为11 cm、高为8 cm的塑料花盆，装入250 g校园土，铺植种子后覆盖50 g校园土。干旱梯度分为中度和重度。中度胁迫保持在50%~60%，重度胁迫保持在30%~40%，每天称重浇水。每处理设3个重复。每个处理3次重复。每盆高羊茅种子用量1 g。植物培养期间室内温度17~29℃，相对湿度为30~48%，光照为透入室内的自然光(800~29000 Lx)。每天转盆，移位保证受光一致。
废弃物植生带的准备与制作：选取来源一致的废弃物（废报纸、废纱布）作为植生带的载体材料，暴晒一周，裁剪成9 cm的圆形备用；再用1%的过氧化氢溶液浸泡10分钟，取出后烘干。废报纸作为植生带建植载体的下层，废纱布作为上层，每个植生带中均匀播撒1 g高羊茅种子，并用浆糊与上载体材料进行粘合固定制成高羊茅废弃物植生带。夹载氧化石墨烯的高羊茅植生带的制作时需要先在载体下层均匀播撒高羊茅种子，再均匀播撒氧化石墨烯，用量分别为0.2和0.4 mg·g-1，其余步骤与普通废弃物植生带一样。
1.3测定指标与方法
1.3.1形态指标的测定
株高的测定：培养60天后，每盆随机选取5株植株，测量高度，取其平均株高。
生物量的测定：刈割后，地上部分108℃下杀青20 min，80℃烘干至恒重，并称量。地下部分，用清水洗净，用滤纸吸去根外部的水分，80℃烘干至恒重，并称量。
1.3.2叶绿素含量的测定
称取0.2 g新鲜叶片放入研钵中，加入80%丙酮、少许碳酸钙和石英砂研磨提取色素，用80%丙酮冲洗研钵，离心得到色素提取液，以80%丙酮为对照，分别测定663、645 nm处的光密度值，并根据公式计算叶绿素含量。
1.4 数据处理
用SPSS 19.0统计软件对实验数据进行单因素方差分析，采用Duncan法，在P=0.05水平进行数据差异显著性检验；用Origin 9.0作图。
2 研制结果与分析
氧化石墨烯和植生带对干旱胁迫下高羊茅叶绿素的影响
通过表2可以看出，干旱重度胁迫下高羊茅的叶绿素含量比中度胁迫的叶绿素含量低。当干旱中度胁迫时，植生带+0.2 mg·g-1氧化石墨烯处理叶绿素含量最高，并显著高于其它处理；对照最低，两者相差14.34%，0.2 mg·g-1氧化石墨烯处理与对照相比只提高了3.50%。当干旱重度胁迫时，植生带+0.2 mg·g-1氧化石墨烯和植生带+0.4 mg·g-1氧化石墨烯两个处理叶绿素含量最高，并显著高于其它处理。其中，植生带+0.2 mg·g-1氧化石墨烯处理高羊茅叶绿素含量超过了干旱中度对照处理3.77%，其它各处理间没有显著差异。通过表3可知，干旱和植生带两因素对高羊茅的叶绿素含量变化有极显著影响，氧化石墨烯和植生带*氧化石墨烯对高羊茅的叶绿素含量变化有显著影响，且植生带和氧化石墨烯存在交互作用，各因素对总变异的贡献为干旱＞植生带＞氧化石墨烯＞植生带*氧化石墨烯。
表2 氧化石墨烯和植生带对干旱胁迫高羊茅叶绿素的影响
注：同列不同小写字母表示P＜0.05水平上存在显著性差异。下同。
表3干旱、氧化石墨烯和植生带对高羊茅叶绿素含量影响的三因素方差分析
3研制结论
干旱会造成植物植株矮化，叶绿素含量降低。植生带的使用可以降低土壤水分的蒸发提高植物对水分的吸收，降低植物叶绿素的含量。纳米材料的使用可以促进植物对水分的吸收提高植物的叶绿素含量。本实验将三个因素放在一切研究其对高羊茅生长的影响。通过实验发现，两个对照处理生物量和叶绿素含量最低，植生带+0.2 mg·g-1和0.4 mg·g-1氧化石墨烯两个处理叶绿素含量显著高于植生带和氧化石墨烯单独使用处理，说明植生带和氧化石墨烯能改善干旱胁迫程度并且联合使用优于单独使用。当高羊茅遭受重度干旱胁迫时，只有植生带+0.2 mg·g-1氧化石墨烯处理显著高于重度干旱对照，而植生带+0.4 mg·g-1氧化石墨烯处理差异不显著，说明，植生带和氧化石墨烯的使用只能在一定程度范围内起到提高高羊茅的叶绿素含量的作用。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。本发明所用原料及试剂均有市售。
实施例1
一种氧化石墨烯废弃物植生带提高干旱胁迫高羊茅叶绿素含量：
（1）植物培养：
采用直径为11 cm、高为8 cm的塑料花盆，装入250 g校园土，铺植种子后覆盖50 g校园土；干旱梯度分为中度和重度，中度胁迫保持在50%%(w/w)，每天称重浇水；
所述的中度胁迫指的是指土壤水分含量的重量比在50% (w/w)。
（2）高羊茅建植：每盆高羊茅种子用量1 g，植物培养期间室内温度18℃，相对湿度为30%，光照为透入室内的自然光12000 Lx，每天转盆，移位保证受光一致；
（3）废弃物植生带的准备与制作：选取来源一致的废弃物作为植生带的载体材料，暴晒一周，裁剪成9 cm的圆形备用；再用1%(w/w)的过氧化氢溶液浸泡10分钟，取出后烘干；废报纸作为植生带建植载体的下层，废纱布作为上层，每个植生带中均匀播撒1 g高羊茅种子，并用浆糊与上载体材料进行粘合固定制成高羊茅废弃物植生带；夹载氧化石墨烯的高羊茅植生带的制作时需要先在载体下层均匀播撒高羊茅种子，再均匀播撒氧化石墨烯，其用量分别为0.2 mg·g-1；
（4）株高的测定：培养60天后，每盆随机选取5株植株，测量高度，取其平均株高；
生物量的测定：刈割后，地上部分108℃下杀青20 min，80℃烘干至恒重，并称量；地下部分，用清水洗净，用滤纸吸去根外部的水分，80℃烘干至恒重，并称量。
实施例2
一种氧化石墨烯废弃物植生带提高干旱胁迫高羊茅叶绿素含量：
（1）植物培养：
采用直径为11 cm、高为8 cm的塑料花盆，装入250 g校园土，铺植种子后覆盖50 g校园土；干旱梯度分为中度和重度，重度胁迫保持在400%(w/w)，每天称重浇水；
重度胁迫指的是指土壤水分含量的重量比在40% (w/w)。
（2）高羊茅建植：每盆高羊茅种子用量1 g，植物培养期间室内温度25℃，相对湿度为48%，光照为透入室内的自然光19000 Lx，每天转盆，移位保证受光一致；
（3）废弃物植生带的准备与制作：选取来源一致的废弃物作为植生带的载体材料，暴晒一周，裁剪成9 cm的圆形备用；再用1%(w/w)的过氧化氢溶液浸泡10分钟，取出后烘干；废报纸作为植生带建植载体的下层，废纱布作为上层，每个植生带中均匀播撒1 g高羊茅种子，并用浆糊与上载体材料进行粘合固定制成高羊茅废弃物植生带；夹载氧化石墨烯的高羊茅植生带的制作时需要先在载体下层均匀播撒高羊茅种子，再均匀播撒氧化石墨烯，其用量为0.4 mg·g-1；
（4）株高的测定：培养60天后，每盆随机选取5株植株，测量高度，取其平均株高；
生物量的测定：刈割后，地上部分108℃下杀青20 min，80℃烘干至恒重，并称量；地下部分，用清水洗净，用滤纸吸去根外部的水分，80℃烘干至恒重，并称量。
在详细说明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。且本发明亦不受说明书中所举实例实施方式的限制。