CN101595827A - 堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的应用；其中所述的堆肥淋洗液是由垃圾堆肥以1∶1－3重量份数的水淋洗后，加入5－15mmol/LEDTA组成。其中堆肥淋洗液：5－15mmol/LEDTA的重量份数比为1∶0.01－0.03。本发明通过不同水和堆肥质量比淋洗处理垃圾堆肥后的淋洗液施加EDTA来培植草坪植物，以达到草坪植物的光合利用的目的，并在次基础上，以为草坪植物应用于生活垃圾堆肥淋洗液的植物修复和垃圾堆肥淋洗液培植无土草皮的技术提供数据支持。

Description

堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的应用

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及生活垃圾堆肥的治理与有效利用的方法，更具体的说是生活垃圾堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的应用。

背景技术

随着我国城市数量增加，城市化进程加快、规模扩大，认可增多及人民生活水平的提高和生活方式的改变，城市生活垃圾产量以年均增长率8％～10％的速度迅猛增加，垃圾的成分构成与特性同时也发生着明显的变化。将生活垃圾进行堆肥化处理既可解决城市垃圾的出路问题，又可达到再资源化的目的，具有一定的经济效益和社会效益，并且目前世界各国都把城市固体废弃物的“无害化、减量化、资源化”的“三化”方针作为综合解决城市垃圾的原则，从这一发展趋势上看，采用堆肥法处理城市垃圾符合这一方向，并被视为处理城市生活垃圾、下水污泥的一条值得重视的途径。有研究表明，将垃圾堆肥施于土壤表层0～20cm，对表层土壤的酸度影响较大，随垃圾堆肥施用量的增加，交换性酸和交换性铝的比值明显降低；使用垃圾堆肥量为90～180t/hm²条件下，连续施用两年以后，土壤容重由1.3～1.27g/cm³降到1.26～1.10g/cm³，并且田间持水量与总孔隙度随堆肥用量的增大而增大，随垃圾堆肥用量的增加，1～0.01mm粒径的土壤颗粒都随之增加，0.01mm以下的物理粘粒随着垃圾堆肥施用量的增加而减少。在生活垃圾转化高效生物有机肥料的肥效研究中指出，垃圾复合肥能提高土壤中速效氮、磷、钾、有机质等的含量，可以提高土壤肥力、改善土壤的理化性质。生活垃圾堆肥有良好的养分供应力，有利于草坪草对养分的吸收和利用，由于垃圾堆肥中含有大量的有机质和微生物，因此对改善土壤肥力、提高养分含量具有重要的作用。

光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。植物的光合作用对植物的生长、发育及其重要，是植物生长的生理基础。其中光照条件作为植物进行光合作用的基础，通过直接影响植物的光合作用、水分供需和代谢产物的分配等，进而影响植物的生长发育，关于光照强度对植物的生长发育、光合特性及品质的影响已见有报道，因此探讨不同光照强度下草坪植物的光合特性也显得尤为重要。有研究表明：不同的光照强度对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因的表达均具有调控作用，当植物暴露在弱光环境条件中，其光合作用会受到限制，而当植物在强光条件下，其光合作用也会下降，这是我们称这种现象为光合作用的光抑制现象。另有研究显示，在盐、重金属等胁迫条件下，光合作用容易受到抑制，甚至在植物伤害之前，净光合速率也已表现下降。光合及水分利用特征方面的指标是评价草坪质量及其生长特性的重要指标。

垃圾堆肥淋洗法是对垃圾堆肥进行修复的一种可行处理方式。本发明人在前期研究中发现生活垃圾堆肥淋洗液可以合理利用于培植无土草皮而不影响草坪植物发芽率，并且在最适浓度条件下淋洗液可以提高植株高度、地上生物量和叶绿素含量(多立安等，2007)。在巩宗强等(2002)的研究综述中指出，土壤淋洗法由于需要消耗大量的淋洗液，而且这种方法是将污染物转入淋洗液中，因此对于淋洗液进行再处理和循环利用是十分必要的，并且可以更好的发挥淋洗法的优势。因为经过淋洗处理后会改变堆肥基质体系中团粒之间的作用力，改变其中物质的溶解性和移动性，可能导致一些有毒物质的暴露及活化重金属的溶出，也会对环境造成污染风险，因此如何合理使用淋洗液，特别是经过EDTA处理的淋洗液在对草坪植物生长的影响及草坪植物的光合利用效率的影响研究，未见文献报道。

发明内容

本发明提供了一种堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的应用，其目的在于综合考虑堆肥淋洗液对草坪植物光合利用效率的影响，揭示堆肥淋洗液对草坪植物净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度的影响情况，最终达到堆肥淋洗液在草坪植物领域更广泛的应用提供理论依据。为实现上述目标，本发明提供了如下的技术方案：

堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的应用；其中所述的堆肥淋洗液是由垃圾堆肥以1∶1-3重量份数的水淋洗后，加入5-15mmol/LEDTA组成。其中堆肥淋洗液∶5-15mmol/LEDTA的重量份数比为1∶0.01-0.03。

本发明所述的应用，其中所述的草坪植物为黑麦草或高羊茅。所述的草坪植物光合利用效率包括：草坪植物净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度的提高。

本发明所述的应用，包括不同水和堆肥质量比淋洗液施加5-15mmol/L EDTA对草坪植物净光合速率的影响。

本发明所述的应用，包括不同水和堆肥质量比淋洗液施加5-15mmol/L EDTA对草坪植物胞间二氧化碳浓度的影响。

本发明所述的应用，包括不同水和堆肥质量比淋洗液施加5mmol/L EDTA对草坪植物气孔导度的影响。

本发明所述的堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的使用方法：

((1)在塑料网上以20-40g/平方米播种黑麦草或高羊茅，浇灌Hoagland营养液；

(2)待种子培养30天后，将营养液全部倒出，用施加含有EDTA的垃圾堆肥淋洗液替代营养液，继续对草坪植物进行无土培养萌发；

(3)早晚各一次来补充由蒸发而散失的垃圾堆肥淋洗液，每周更换一次垃圾堆肥淋洗液；

(4)经垃圾堆肥淋洗液处理7天-60天后对黑麦草或高羊茅进行收获，测定草坪植物光合利用效率的情况，即可达到提高草坪植物光合利用的目的。

本发明公开的堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的应用所具有的积极效果在于：

本发明探讨了在经过不同水和堆肥质量比淋洗处理垃圾堆肥后的淋洗液施加EDTA来培植草坪植物，其光合利用特征的生态响应，以期进一步为草坪植物应用于生活垃圾堆肥淋洗液的植物修复和垃圾堆肥淋洗液培植无土草皮的研究中提供光合特征参数方面的数据支持。本发明实验结果表明：两种草坪植物均是在施加低浓度的EDTA处理中有最大的净光合速率值；且净光合速率、气孔导度和蒸腾速率等指标在两种草坪植物中，分别是高羊茅水和堆肥质量比为2∶1、施加5mmol/LEDTA的处理和黑麦草水和堆肥质量比为3∶1、施加5mmol/L EDTA的处理中有最佳的响应值。

具体实施方式

为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。以下结合实例对本发明做进一步的说明。

实施例1

(1)在塑料网上以40g/平方米播种黑麦草或高羊茅，浇灌Hoagland营养液；

(2)待种子培养30天后，将营养液全部倒出，用施加5mmol/EDTA的垃圾堆肥淋洗液替代营养液，继续对草坪植物进行无土培养萌发；其中堆肥淋洗液∶5mmol/LEDTA的重量份数比为1∶0.03。

(3)早晚各一次来补充由蒸发而散失的垃圾堆肥淋洗液，每周更换一次垃圾堆肥淋洗液；

(4)经垃圾堆肥淋洗液处理30天后对黑麦草或高羊茅进行收获，测定草坪植物光合利用效率的情况，试验结果见实施例2。

实施例2

(1)试验材料

本试验选用我国北方比较常见的多年生黑麦草(Lolium perenne L.)和高羊茅(Festuca arundinacea L.)为试验材料。生活垃圾堆肥来自天津市小淀堆肥厂。Hoagland’s营养液组成：母液1：Ca(NO₃)₂·4H₂O 118g/L；母液2：KNO₃ 50.5g/L；KH₂PO₄ 13.6g/L；母液3：MgSO₄·7H₂O 24.6g/L；母液4：H₃BO₃ 3.09g/L；MnCl₂·4H₂O 0.9g/L；ZnSO₄·7H₂O1.1g/L；CuSO₄·5H₂O 7.5mg/L；(NH₄)₂MoO₄ 124mg/L；母液5：EDTA-Na₂ 3.72g/L；FeCl₃·6H₂O 2.70g/L。母液配好后，倒入贴有各自标签的瓶中，放入冰箱中保存备用。营养液现用现配，配制时母液1、2、3分别取10mL，母液4、5分别取1mL，混合然后用蒸馏水定容至1000mL。

(2)试验方法

草坪植物的水培培养

草坪植物在试验前期采用Hoagland’s营养液进行水培培养，以备后续试验使用。用橡皮筋将塑料纱网固定在100ml的烧杯上，将网面用手指下压使得其向烧杯内方凹陷，然后在塑料纱网上覆盖两层医用纱布，作为草坪植物种子的发芽床，向烧杯中加入配制好的Hoagland营养液约85ml，然后在每个烧杯中分别播种高羊茅和黑麦草籽粒饱满的种子约150粒，为配合下一步采用淋洗液替换营养液的处理，每一种草坪植物要设置30个处理，总计60个营养液水培处理。烧杯中营养液的液面处用记号笔画上记号，在草坪植物的培养期间每日早晚各添加一次蒸馏水至画记号处，以此来补充由于正常蒸发而散失的水分。利用营养液对草坪植物的初期建植培养在实验室内自然光条件下进行，光照强度为600～800μmol·m-2·s-1。烧杯放置于实验室中靠近窗户的实验台上，并且经常更换烧杯的摆放位置以保证每个烧杯是在均匀、一致的光照条件下生长，每星期更换一次营养液，营养液水培培养30天，培养期间环境的平均温度为24.5℃，平均湿度为56.5％。

(3)淋洗装置的设计及形态指标的测定

在草坪植物水培培养期间同时进行不同水和堆肥质量比淋洗处理垃圾堆肥的试验。淋洗装置采用高15cm，内径11cm的PVC管，在底部装100g沙子，上置500g堆肥，用四层医用纱布将PVC管底部封住，以支撑管中的沙子和堆肥，并且在管的下方分别配备有接收淋洗液的容器。堆肥和沙子在PVC管中的高度约为7cm，整个淋洗试验在实验室内自然光条件下进行。第一次滴加相当于堆肥饱和持水量60％的自来水，平衡一夜，然后进行不同水和堆肥质量比下的淋洗处理，水质量∶堆肥质量为1∶1、2∶1、3∶1，即自来水的量取500g、1000g、1500g；连续进行三天的淋洗试验，然后分别收集不同水和堆肥质量比淋洗处理后得到的淋洗液，将各自三天得到的淋洗液混合均匀。淋洗试验期间实验室内的平均温度为27.8℃，平均湿度为42.6％。

在三种不同水和堆肥质量比条件下淋洗处理垃圾堆肥得到的淋洗液中分别施加5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L的EDTA，成为两因素随机区组试验，试验设置3次重复。在草坪植物利用营养液水培培养30天后，将营养液全部倒出，用施加EDTA后的淋洗液替代营养液加入到烧杯中继续对草坪植物进行无土培养，以继续使用营养液进行培养的处理作为空白对照。在进行淋洗液施加EDTA处理7天后对草坪植物开始进行收获，对其地上部进行株高的测量；地下部分进行最长须根长的测量，然后将草坪植物置于80℃的烘箱中烘干至恒重，测定其干重。

(4)指标测定

在草坪植物培养第34天，即用施加了EDTA后的淋洗液替代营养液培植草坪植物的第4天进行光合指标的测定。采用美国LI-COR公司产Li-6400便携光合测定系统(Portable Photosynthesis System)，利用仪器自身发射出的红蓝光控制不同强度的光合有效辐射，进行各光合生理指标的测定。测定日天气晴朗，CO₂浓度为400±50μmolCO₂mol^-1，光照强度为900±30μmol·m^-2·s^-1；每一处理中随机选取3株草坪植物叶片，将其伸展、并齐，利用测量臂夹住进行测量，要注意避免发生叶片的重叠。分别对不同处理下两种草坪植物的光合速率(Pn)、胞间CO₂浓度(Ci)、气孔导度(Gs)等指标进行了测定。

数据处理：数据分析采用EXCEL和SPSS 14.0分析软件进行处理。

结果与分析

不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对草坪植物净光合速率的影响

不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对草坪植物净光合速率的影响见表1～3。以不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA处理下，两种草坪植物中均是以对照组的光合速率最大，且与淋洗液处理之间有显著(p＜0.05)差异。在高羊茅试验组中，随着EDTA施加浓度的升高，高羊茅的净光合速率随之降低；在5mmol/L EDTA处理浓度下，水和堆肥质量比为2∶1的处理有较高的光合速率，在低光照强度下，高羊茅的净光合速率在各水和堆肥质量比处理间无显著差异，当光照强度为400～1000μmol·m^-2·s^-1时净光合速率值与水和堆肥质量比为1∶1的处理间有显著(p＜0.05)差异，但在光合有效辐射为1000μmol·m^-2·s^-1时出现了光抑制现象，即净光合速率值开始下降，此时至光合有效辐射增至最大时，水和堆肥质量比为2∶1的处理与另外两种水和堆肥质量比淋洗处理之间的净光合速率均具有显著性(p＜0.05)差异。随着EDTA施加浓度的升高，高羊茅净光合速率值在水和堆肥质量比为1∶1的处理中达到最大，且净光合速率值随着水和堆肥质量比的升高而逐渐降低，但各不同水和堆肥质量比处理之间的差异不显著。在黑麦草试验组中，随着EDTA处理浓度的升高，黑麦草净光合速率值随之降低，水和堆肥质量比为2∶1的处理中光合速率下降较为明显，当在EDTA最大处理浓度条件下，各淋洗处理间的光合速率最低；在相同EDTA施加浓度下，均是以水和堆肥质量比为3∶1的处理中有较高的净光合速率值，在5mmol/L EDTA施加浓度下水和堆肥质量比为3∶1的处理与1∶1的处理间黑麦草净光合速率值存在显著(p＜0.05)差异，在10mmol/L EDTA施加浓度下水和堆肥质量比为3∶1的处理与1∶1和2∶1处理间均有显著(p＜0.05)差异；在高浓度EDTA条件下，各水和堆肥质量比淋洗处理间无显著差异；同样也是在光合有效辐射为1000μmol·m^-2·s^-1时出现了光抑制现象。

表1不同水和堆肥质量比淋洗液施加5mmol/L EDTA对草坪植物净光合速率(μmol·m^-2·s^-1)的影响

注：表中数据以平均值±标准误(SE)表示，同一横行中不同字母表示在0.05水平差异显著，下同。

表2不同水和堆肥质量比淋洗液施加10mmol/L EDTA对草坪植物净光合速率(μmol·m^-2·s^-1)的影响

表3不同水和堆肥质量比淋洗液施加15mmol/L EDTA对草坪植物净光合速率(μmol·m^-2·s^-1)的影响

不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对草坪植物胞间二氧化碳浓度的影响

不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对两种草坪植物胞间二氧化碳浓度的影响见表4～6。在高羊茅试验组中，5mmol/L EDTA处理在光合有效辐射为100～1000μmol·m^-2·s^-1时淋洗处理与对照之间高羊茅叶片胞间二氧化碳浓度值有显著(p＜0.05)差异，但各水和堆肥质量比淋洗处理之间的差异不明显，并且各处理均是在600μmol·m^-2·s^-1时有胞间二氧化碳浓度的最低值，随着光照强度的增加高羊茅叶片中胞间二氧化碳浓度值也随之升高，可能是当光照强度升高的时候同时产生光抑制作用，致使草坪植物的胞间二氧化碳浓度增加；随着EDTA处理浓度的升高，高羊茅各水和堆肥质量比处理与对照之间以及各个处理之间的差异都不明显。在黑麦草试验组中，在水和堆肥质量比为2∶1、施加5mmol/L EDTA的处理中，有黑麦草叶片胞间二氧化碳浓度的最低值，并且与对照和其他两组水和堆肥质量比淋洗处理之间均具有显著(p＜0.05)差异，随着EDTA施加浓度的升高，黑麦草叶片胞间二氧化碳浓度随之升高，但各处理间的差异却随之减小，可能是由于在高浓度EDTA处理条件下，草坪植物的生长状况不佳，致使其叶片光合能力严重下降，减少了黑麦草对胞间二氧化碳的利用率，所以导致其在黑麦草叶片中的积累。

表4不同水和堆肥质量比淋洗液施加5mmol/L EDTA对草坪植物胞间二氧化碳浓度(μmol·mol-1)的影响

表5不同水和堆肥质量比淋洗液施加10mmol/L EDTA对草坪植物胞间二氧化碳浓度(μmol·mol^-1)的影响

表6不同水和堆肥质量比淋洗液施加15mmol/L EDTA对草坪植物胞间二氧化碳浓度(μmol·mol^-1)的影响

不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对草坪植物气孔导度的影响

气孔导度的变化之所以对光合作用产生重要的影响，是因为气孔是气体进出植物体的主要通道，光合作用所需的CO₂和蒸腾作用放出的H₂O都是通过气孔进出植物体的，并且有关研究表明：重金属就是通过影响叶片气孔开放来抑制植物的光合作用的。不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA处理下两种草坪植物的气孔导度均是在对照组中有最大值(见表7～9)，并且与各不同水和堆肥质量比淋洗处理之间具有显著(p＜0.05)差异。在高羊茅试验组中，各水和堆肥质量比淋洗处理中随着EDTA施加浓度的升高，其气孔导度急剧下降，在水和堆肥质量比为2∶1、施加5mmol/L EDTA的处理中有最大的气孔导度值，并且在高光合有效辐射时与其他两种水和堆肥质量比淋洗条件下的气孔导度具有显著(p＜0.05)差异、低光合有效辐射时与水和堆肥质量比为1∶1的淋洗处理间有显著(p＜0.05)差异；在水和堆肥质量比为1∶1和2∶1的处理中高羊茅在高光强(1500μmol·m^-2·s^-1)条件下气孔导度开始下降，但在3∶1水和堆肥质量比处理中当光照强度仅为1000μmol·m^-2·s^-1时气孔导度值就开始下降了，但各不同水和堆肥质量比淋洗处理之间的差异不明显。在黑麦草试验组中，随着EDTA施加浓度的升高，其气孔导度也随之降低；但是黑麦草在水和堆肥质量比为3∶1、施加5mmol/L EDTA的处理中有气孔导度的最大响应值，并且与水和堆肥质量比为1∶1的处理之间有显著(p＜0.05)差异，该处理下在光强为1200μmol·m^-2·s^-1时黑麦草叶片中的气孔导度值达到最大，然后随着光照强度的升高气孔导度降低；随着EDTA施加浓度的升高，不同水和堆肥质量比淋洗处理间黑麦草叶片的气孔导度之间的差异随之减少，在施加10mmol/L EDTA处理下，低光合有效辐射时水和堆肥质量比为3∶1的处理与2∶1的处理之间有显著(p＜0.05)差异，15mmol/L EDTA处理时，各不同水和堆肥质量比处理之间的差异不显著。

表7不同水和堆肥质量比淋洗液施加5mmol/L EDTA对草坪植物气孔导度(mol·m^-2·s^-1)的影响

表8不同水和堆肥质量比淋洗液施加10mmol/L EDTA对草坪植物气孔导度(mol·m^-2·s^-1)的影响

表9不同水和堆肥质量比淋洗液施加15mmol/L EDTA对草坪植物气孔导度(mol·m^-2·s^-1)的影响

结论

本研究结果表明：随着EDTA施加浓度的不断增加，致使两种草坪植物的净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度等光合生理指标和植物叶面蒸腾速率及水分利用效率受受到一定的抑制，但不影响草坪植物的成坪作用。其中，两种草坪植物均是在施加低浓度的EDTA处理中有最大的净光合速率值；且净光合速率、气孔导度和蒸腾速率等指标在两种草坪植物中，分别是高羊茅水和堆肥质量比为2∶1、施加5mmol/LEDTA的处理和黑麦草水和堆肥质量比为3∶1、施加5mmol/L EDTA的处理中有最佳的响应值。因此，考虑草坪植物的生长及光合生理指标等因素，在淋洗垃圾堆肥后的淋洗液施加EDTA培植草坪植物的处理中应根据不同的草坪植物种类来选择适宜的水和堆肥质量比淋洗处理和EDTA施加浓度。这一技术也可为垃圾堆肥淋洗液的有效吸附提供科学依据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是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，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1、堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的应用；其中所述的堆肥淋洗液是由垃圾堆肥以1∶1-3重量份数的水淋洗后，加入5-15mmol/LEDTA组成；其中堆肥淋洗液∶5-15mmol/LEDTA的重量份数比为1∶0.01-0.03。

2、权利要求1所述的应用，其中所述的草坪植物为黑麦草或高羊茅。

3、权利要求1所述的应用，其中所述的草坪植物光合利用效率包括：草坪植物净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度的提高。

4、权利要求1所述堆肥淋洗液在提高草坪植物光合利用效率方面的使用方法：

(1)在塑料网上以20-40g/平方米播种黑麦草或高羊茅，浇灌Hoagland营养液；

(2)待种子培养30天后，将营养液全部倒出，用施加含有EDTA的垃圾堆肥淋洗液替代营养液，继续对草坪植物进行无土培养萌发；

(3)早晚各一次来补充由蒸发而散失的垃圾堆肥淋洗液，每周更换一次垃圾堆肥淋洗液；

(4)经垃圾堆肥淋洗液处理7天-60天后对黑麦草或高羊茅进行收获，测定草坪植物光合利用效率的情况。