CN100564325C

CN100564325C - 蚯蚓活动在垃圾堆肥基质草坪中对草坪植物抗氧化酶调控上的应用

Info

Publication number: CN100564325C
Application number: CNB2007100600301A
Authority: CN
Inventors: 多立安; 赵树兰; 张玥含
Original assignee: Tianjin Normal University
Current assignee: Tianjin Normal University
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: CN101172898A

Abstract

本发明涉及蚯蚓在垃圾堆肥基质草坪中对草坪植物抗氧化酶调控上的应用方法。它是通过在垃圾堆肥的草坪基质中放入一定比例的蚯蚓来调节草坪植物抗氧化酶活性，而改善草坪植物生长状况。试验结果表明：蚯蚓活动使草坪植物的地上、地下生物量增加，同时降低了MDA含量，SOD与POD活性也随之降低。这说明垃圾堆肥基质草坪中加入特定量的蚯蚓，可以减小逆境对植物的伤害从而促进草坪植物生长。

Description

蚯蚓活动在垃圾堆肥基质草坪中对草坪植物抗氧化酶调控上的应用

技术领域

本发明属于城市环保技术领域，涉及城市垃圾堆肥在草坪植物中的应用，更具体的说是蚯蚓在垃圾堆肥基质草坪中对草坪植物抗氧化酶调控上的应用，通过提高草坪的抗氧化酶系统活性，达到提高草坪植物的生物量及增强草坪植物抗逆性的目的。

背景技术

随着城市化进程加快，我国城市面临着日益严重的环境问题，尤其是生活垃圾污染问题。城市生活垃圾不仅影响了城市环境，还危害到居民的身心健康，成为当今社会最严重的公害之一。当前，如何有效地处理城市生活垃圾，实现无害化、减量化和再资源化，解决城市生活垃圾污染问题，再现一个洁净、健康的城市生存环境，已是摆在我国各级人民政府面前的一个重要课题。已有文献报道，将生活垃圾堆积成堆，保温至70℃储存、发酵，借助垃圾中微生物分解的能力，将有机物分解成无机养分。经过堆肥处理后，生活垃圾变成卫生的、无味的腐殖质，既解决垃圾的出路，又可达到再资源化的目的。有资料显示施用无害化处理的优质垃圾堆肥，对改善土壤物理性状有明显作用。

垃圾堆肥富含有机质和氮、磷、钾，是优质的有机肥料。施用垃圾堆肥可以促进植物生长，提高生物量。堆肥草坪建植已有相关研究报道，加入生活垃圾堆肥能明显促进了黑麦草的茎与根系的生长，提高了生物量，改善了叶片的色泽和整齐度，提高了草坪的密度和质量；还有研究表明，以生活垃圾堆肥为主体材料，组配了草皮培植基质，证明堆肥组配基质其上草坪植物的植株密度、植株高度、根系生长情况、绿期与绿度等指标均符合草皮培植要求，综合性能指标优于土壤。以生活垃圾堆肥为基质的草坪建植体系具有重要的实际应用价值。

蚯蚓为习见的一种陆生环节动物，生活在土壤中，昼伏夜出，以腐败有机物为食，连同泥土一同吞入。也摄食植物的茎叶等碎片。蚯蚓可使土壤疏松、改良土壤、提高肥力，促进农业增产。

蚯蚓可显著增加土壤中全氮和氮、磷、钾有效养分含量，并可提高土壤中脲酶、蔗糖酶和微生物活性，增强土壤供肥性能。蚯蚓活动可以促进植物生长已被大量研究所证实，在未污染土壤中蚯蚓活动能促进植物增产；也有研究表明，在Cu、Cd污染的土壤中，蚯蚓活动能显著提高黑麦草的地上生物量；在三种不同浓度的Cd、Fe、Zn、Cu、Pb污染土壤上蚯蚓活动增加了黑麦草产量。砂土和复垦土放入蚯蚓和蚓粪后，西红柿的茎长、根长和干重均明显高于对照。实验室条件下，蚯蚓的放入对Poa annua(一年生早熟禾)的生长有明显的促进作用。在小麦与苜蓿间作的实验中，蚯蚓显著提高了小麦的生物量。上述研究均涉及的是植物的产量性状等一些表观问题。而蚯蚓活动在垃圾堆肥基质草坪中，如何通过保护酶系统的生理生态调控，影响植物发挥作用的技术应用，尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于，通过研究蚯蚓活动对草坪植物的抗氧化酶系统的生理生态调控及地上、地下生物量等特征的影响，探索蚯蚓活动对生活垃圾堆肥基质草坪建植体系植物生长效应内在生理生态机制，为蚯蚓进一步应用生活垃圾堆肥基质草坪建植体系提供技术支持。

本发明人在试验中意外地发现：在生活垃圾堆肥中放入一定比例的蚯蚓，通过特定的培养可以使草坪植物的抗氧化酶系统发生变化，可以使草坪植物的地上生物量、地下生物量累积增加，从而使草坪植物的抗逆性得到增强，达到提高草坪植物生长的目的，鉴于上述发现完成了本发明的试验工作。

本发明的技术方案如下：

蚯蚓活动在垃圾堆肥基质草坪中对草坪植物抗氧化酶调控上的应用。

本发明更进一步阐述蚯蚓活动在垃圾堆肥基质草坪中提高草坪植物抗逆性方面的应用。

本发明所述的草坪植物为黑麦草、高羊茅、早熟禾或白三叶，优选黑麦草、高羊茅。

本发明所述蚯蚓活动在垃圾堆肥基质草坪中对草坪植物抗氧化酶调控上的应用的制造方法如下：

取底部有透气孔的花盆，在盆底垫一层纱布，每盆装入生活垃圾堆肥2-4kg，放入蚯蚓40-80条，并在每盆的堆肥基质表面分别播撒黑麦草、高羊茅1.5-3g，在室温条件下进行，自然光照下生长，室内的温度和相对湿度分别为15-21℃和34-39％。每天喷撒适量水，以保持基质持水量为60-65％。45d后刈割草坪植物，测定黑麦草、高羊茅的地上生物量、地下生物量。

本发明所述的草坪植物抗氧化酶调控系统指的是：超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等。植物在受到逆境胁迫时会产生活性氧类物质，它们促使膜脂中不饱和脂肪酸过氧化产生丙二醛(MDA)，造成膜脂的过氧化，破坏膜系统的完整性。通过调控植物体内的抗氧化酶系统来消除或减少活性氧带来的伤害。

本发明所述的植物抗逆性指的是：植物受到胁迫后，一些被伤害致死，而另一些的生理活动虽然受到不同程度的影响，但它们可以存活。这样，植物在适应不同环境条件下，就会形成对某些环境因子的适应能力，即能采取不同的方式去抵抗各种胁迫因子。

本发明所述的草坪植物地上、地下生物量与草坪植物地上产量和地下产量具有一致性。促使草坪生物量的增加，就会使草坪植物的抗逆性得到增强。

本发明研究了蚯蚓活动对生活垃圾堆肥基质上种植的黑麦草、高羊茅的生长情况及其抗氧化酶系统的影响，结果表明：蚯蚓活动使黑麦草、高羊茅的地上生物量分别增加了3.53倍和12.17倍，地下生物量分别增加127.45％和148.94％。放入蚯蚓后，黑麦草和高羊茅的MDA含量分别减少了51.30％和87.52％。2种草坪植物的SOD和POD活性在放入蚯蚓后，分别有所下降，黑麦草、高羊茅的SOD活性分别下降了64.93％和13.38％，POD活性分别下降41.15％和54.41％。黑麦草的CAT活性升高了5.61％，高羊茅下降了11.73％。由此可见，蚯蚓活动对植物的生长及抗氧化酶系统的影响与植物种类有关。

为了能更加清楚的说明本发明的应用方法，以生活垃圾堆肥基质构建城市草坪建植体系，研究了蚯蚓活动对草坪植物的抗氧化酶系统及地上、地下生物量等生理生态特征的影响，目的在于通过探索蚯蚓活动对生活垃圾堆肥基质草坪建植体系植物生长效应内在生理生态机制，为蚯蚓进一步应用生活垃圾堆肥基质草坪建植体系提供技术支持。

1研制方法

1.1供试材料及堆肥基质背景分析

以天津市小淀生活垃圾堆肥为供试基质。草坪植物选用多年生黑麦草(Lolium perenne L.)、高羊茅(Festuca arundinacea L.)。蚯蚓采用天津宁河贾立明蚯蚓养殖公司提供的赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)。

1.2试验设计

取18×20cm、底部有透气孔的花盆，在盆底垫一层纱布，以保证透气性良好和防止蚯蚓从底部钻出。每盆装入生活垃圾堆肥2kg，放入蚯蚓40条，并在每盆的堆肥基质表面分别播撒黑麦草、高羊茅草种1.5g，进行草坪建植；实验以不放蚯蚓的为对照，3次重复。实验在室温条件下进行，自然光照下生长，室内的温度和相对湿度分别为15-21℃和34-39％。每天喷撒适量水，以保持基质持水量为60％。45d后刈割草坪植物，测定各项指标。

1.3测定方法

1.3.1生活垃圾堆肥基质背景测定

容重采用环刀法；pH值以水土比5∶1混合搅匀，静置后用pHS-3C型pH计测定；以上测定方法均参照土壤农化分析方法。有机质含量测定：采用重铬酸钾容量法-外加热法；全氮采用浓硫酸-高氯酸消煮，半微量凯式定氮法；全磷、全钾的测定以湿法消化，过滤后再用去离子水定容到25mL，利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)测定。

1.3.2保护酶测定

粗酶液提取：准确称取0.5g样叶，用磷酸缓冲液(PBS，pH7.8)冰浴研磨提取，定容25mL，取10mL于离心管中，10000r·min^-1EPPENDOFF离心机离心20min，上清液为粗酶提取液。硫代巴比妥酸(TBA)法测定MDA，氮蓝四唑(NBT)光还原法测定SOD活性，愈创木酚法测定POD活性。CAT活性测定采用过氧化氢法。

1.3.3草坪植物生物量测定

地上生物量：在种植草坪植物45d时从紧贴基质的茎及以上部分剪下，烘干后电子天平称重，把干重作为地上生物量；地下生物量：把盆中的堆肥取出，用清水把根上粘连的堆肥洗掉，吸水纸吸干，烘干后电子天平称重，把干重作为地下生物量。

1.4数据处理

采用EXCEL和SPSS软件进行数据分析。

2结果与分析

2.1城市生活垃圾堆肥草坪建植体系基质背景分析

生活垃圾堆肥的pH、有机质、全氮、有效磷、全钾、饱和含水量、容重的测定结果(见表1)表明生活垃圾堆肥基质的有机质和氮素含量明显高于土壤基质。丰富的有机质含量可以保证植物的生长需要，可以为植物长期提供其所需营养。饱和含水量也比土壤高，有利于植物对水的吸收与利用。pH适中，其它理化性质优于土壤，可见，生活垃圾堆肥为基质可以满足草坪植物基本养分需要，并适合蚯蚓的生长。

表1生活垃圾堆肥基本理化性质

2.2蚯蚓活动对草坪建植体系植物生物量的影响

在基质中放入蚯蚓后，黑麦草、高羊茅的地上生物量有非常明显的增加(见表2)，分别增加了3.53倍(P＜0.05)和12.17倍(P＜0.05)。蚯蚓活动对黑麦草和高羊茅地上生物量的增加有很明显的促进作用，其顺序为高羊茅＞黑麦草。在基质中放入蚯蚓后，黑麦草、高羊茅的地下生物量也有非常明显的增加，分别增加了127.45％(P＜0.05)和148.94％(P＞0.05)。蚯蚓活动对黑麦草和高羊茅的生物量积累有促进作用。

表2蚯蚓活动对草坪植物生物量的影响(g/盆)

*p＜0.05

2.3蚯蚓对草坪建植体系植物MDA含量的影响。

在基质中放入蚯蚓后，黑麦草、高羊茅的MDA含量均有很大下降(见图1)，分别为51.30％(P＞0.05)和87.52％(P＞0.05)。放入蚯蚓后，其MDA含量增加了16.74倍(P＜0.05)。蚯蚓活动对黑麦草、高羊茅的MDA含量均有非常明显的影响，其顺序为黑麦草＞高羊茅。蚯蚓活动使黑麦草和高羊茅的膜质过氧化物含量减少。

2.4蚯蚓对草坪建植体系植物SOD、POD、CAT活性的影响

在基质中放入蚯蚓后，黑麦草和高羊茅的SOD活性分别比未加蚯蚓时下降了64.93％(P＞0.05)和13.38％(P＞0.05)(见表3)。放入蚯蚓与未放入蚯蚓时，SOD活性均是高羊茅最高，黑麦草次之。蚯蚓活动对黑麦草SOD活性的降低有明显影响，顺序为黑麦草＞高羊茅。在基质中放入蚯蚓后，高羊茅的CAT活性分别比未加蚯蚓时下降了11.73％(P＞0.05)，但是黑麦草相反，放入蚯蚓后，其CAT活性升高了5.61％(P＞0.05)。在基质中放入蚯蚓后，黑麦草和高羊茅的POD活性分别比未加蚯蚓时下降了41.15％(P＞0.05)和54.41％(P＞0.05)。放入蚯蚓与未放入蚯蚓时，POD活性均是高羊茅最高，黑麦草次之，蚯蚓活动对黑麦草和高羊茅POD活性的降低有明显的影响，其顺序为高羊茅＞黑麦草。

表3蚯蚓活动对草坪植物SOD、POD、CAT活性的影响(μ/g·min)

*p＜0.05

3、讨论与结论

本发明以生活垃圾堆肥基质培植草坪植物，通过在基质中添加蚯蚓，研究了蚯蚓活动对草坪植物生物量、MDA含量及3种抗氧化酶活性的影响，目的在于探讨蚯蚓活动对垃圾堆肥草坪建植体系植物生长效应影响的内在生理生态机制，为蚯蚓进一步应用于生活垃圾堆肥基质草坪建植体系中提供技术支持。

基质中蚯蚓活动对植物生物量积累的促进作用已被大量研究所证实，而蚯蚓活动对植物抗氧化酶系统等深层生理生态影响的内在机制问题，尚无相关文献报道。本发明的研究结果表明，蚯蚓活动对黑麦草和高羊茅的地上及地下生物量都有明显的增加，对2种植物生长有很好的促进作用，这与Wang等、Susanne等的研究结果相一致。

MDA是膜脂过氧化的最终产物，其含量的增加被看作衡量活性氧对植物体防御系统破坏程度一个准确指标。本研究发现，黑麦草和高羊茅放入蚯蚓后，MDA含量明显下降，说明蚯蚓活动使2种草坪植物能够较好地保护自身免遭活性氧自由基的伤害，因此，蚯蚓活动减轻了生活垃圾堆肥对植物的伤害，与两者的生物量增加相吻合。

植物本身通过抗氧化物酶保护系统来消除或减少植物生长过程中产生的活性氧带来的伤害，主要涉及的酶有SOD、POD、CAT等。研究发现不同的逆境胁迫下，SOD、POD、CAT会采取不同的应答方式。鲁平等的研究表明，飞机草在高温、低温、干旱胁迫下SOD活性增加，POD在高温和干旱胁迫下活性升高，在低温胁迫下降低，CAT在高温胁迫下升高，在低温和干旱胁迫下酶活性降低。于方明等的研究发现，随着重金属Cd²⁺胁迫浓度的增加，POD及CAT活性增加，而SOD活性呈下降趋势。

本研究发现，草坪植物SOD与POD活性在放入蚯蚓后有明显降低，结合生物量与MDA含量的结果可以看出，蚯蚓活动促进了黑麦草与高羊茅的生长，降低了MDA含量，SOD与POD活性也随之降低；蚯蚓活动可以减轻垃圾堆肥逆境条件对植物膜脂过氧化的伤害，提高了植物抗逆境胁迫的能力。黑麦草的CAT活性，在放入蚯蚓后有所降低，而高羊茅的CAT活性则有所升高，CAT活性的提高有利于H₂O₂的消除，有效地保护细胞膜结构免受损伤。可见，堆肥基质中蚯蚓活动对草坪植物生长及抗氧化酶系统的影响与植物的种类有关，关于这方面的机制问题还有待于进一步的研究。

以上分析可以看出，蚯蚓活动可以明显增加草坪植物多年生黑麦草和高羊茅的生物量，同时使这两种草坪植物的保护酶活性及丙二醛含量有所下降，说明蚯蚓活动可以减小逆境胁迫对植物的伤害，从而促进植物生长。总之，生活垃圾堆肥基质草坪建植体系中放入蚯蚓，不同植物的生长及抗氧化酶活性响应特征不同，为垃圾堆肥草坪建植体系中合理利用蚯蚓活动提高草坪建植质量及草坪植物选择提供依据。

附图说明：

图1为蚯蚓活动对三种草坪植物MDA含量的影响。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

原料来源：以天津市小淀生活垃圾堆肥为供试基质。草坪植物选用多年生黑麦草(Lolium perenne L.)、高羊茅(Festuca arundinacea L.)。

蚯蚓采用天津宁河贾立明蚯蚓养殖公司提供的赤子爱胜蚓(Eiseniafetida)。

制备方法：取18×20cm、底部有透气孔的花盆，在盆底垫一层纱布，以保证透气性良好和防止蚯蚓从底部钻出。每盆装入生活垃圾堆肥2kg，放入蚯蚓40条，并在每盆的堆肥基质表面播撒黑麦草草种1.5g，进行草坪建植；实验以不放蚯蚓的为对照，3次重复。实验在室温条件下进行，自然光照下生长，室内的温度和相对湿度分别为15℃和34％。每天喷撒适量水，以保持基质持水量为60％。45d后刈割草坪植物，测定草坪植物的抗氧化酶调控和抗逆性的项指标。

表4蚯蚓活动对黑麦草、高羊茅草抗逆性的影响

表5蚯蚓活动对黑麦草、高羊茅草SOD、POD、CAT活性的影响(μ/g·min)

实施例2

制备方法：取18×20cm、底部有透气孔的花盆，在盆底垫一层纱布，以保证透气性良好和防止蚯蚓从底部钻出。取底部有透气孔的花盆，在盆底垫一层纱布，每盆装入生活垃圾堆肥4kg，80条，并在每盆的堆肥基质表面播撒高羊茅3g，在室温条件下进行，自然光照下生长，室内的温度和相对湿度分别为21℃和39％。每天喷撒适量水，以保持基质持水量为65％。45d后刈割草坪植物，测定高羊茅植物的抗氧化酶调控和抗逆性的各项指标，结果见表4，表5。

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的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims

1、蚯蚓活动在垃圾堆肥基质草坪中对草坪植物抗氧化酶调控和抗逆性方面的应用；其所采用的方法是：取底部有透气孔的花盆，在盆底垫一层纱布，每盆装入生活垃圾堆肥2-4kg，放入蚯蚓40-80条，并在每盆的堆肥基质表面分别播撒草坪植物1.5-3g，在室温条件下进行，自然光照下生长，室内的温度和相对湿度分别为15-21℃和34-39％，每天喷撒适量水，以保持基质持水量为60-65％，45d后刈割草坪植物，测定草坪植物的抗氧化酶调控和抗逆性。

2、如权利要求1所述的应用，其特征在于所述的草坪植物为黑麦草、高羊茅、早熟禾或白三叶。

3、如权利要求1所述的应用，其中所述的草坪植物抗氧化酶调控指的是SOD、POD、CAT调控。

4、如权利要求1所述的应用，其中所述的草坪植物抗逆性是指草坪植物的地上及地下生物量的累积。