CN102172146B - 采用生活垃圾堆肥渣滓提高草皮越冬性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用城市生活垃圾堆肥渣滓提高草皮抗寒越冬能力的方法,用堆肥培养的黑麦草幼苗,在温度逐渐降低的冷环境中锻炼,发现与对照组幼苗在保护酶、脯氨酸和电导率等指标上没有明显差异,只是在株高上有些略低。冷锻炼后堆肥渣滓培养的黑麦草幼苗地上生物量叫对照减少了26.74﹪,而对于基质营养相对较差的滤纸组,冷锻炼后黑麦草幼苗地上生物量减少了23.21﹪。最终技术效果,在室外阳台内(无取暖设施),冷锻炼处理草皮在不低于-10℃的冬季环境条件下可完全越冬,并达到了冬季储存草皮和周年生产的目标。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域,涉及城市草坪植物耐受严寒的方法。更具体的说是一种采用城市生活垃圾堆肥渣滓提高草皮抗寒越冬性的方法。
背景技术
城市草坪是城市绿化体系中重要的组成部分。城市草坪不仅在绿化、美化、运动和休闲场地方面起着不可替代的作用,而且在维持城市生态环境平衡,调控生态机能建设方面意义重大。随着人们生活水平的不断提高,城市基础设施建设的不断改进,对城市草坪绿地的要求越来越高。草坪的数量和质量是城市绿化水平的重要标志。城市人均绿化面积的多少,已经成为衡量一座城市是否发展的重要因素。目前,草皮已成为一些国家的热销产品,有报道称,仅美国草皮销售产值每年超过100亿美元。我国草皮生产前景同样广阔,很多城市每平方米售价高达10元。由此,催生了一大批绿化公司和园林企业,为城市绿化服务。然而,在绿化公司和园林企业培植草皮的过程中,还有很多制约因素。其中最为重要的制约因素就是温度。我国北方地区和广大山区冬季严寒且持续时间长。因为北方冬天的严寒,室外平均温度达到零下十几度甚至几十度,草坪植物,尤其是草坪植物的幼苗无法耐受严寒,所以绿化公司和园林企业往往不选择在秋末种植草坪。但是春天又是草皮需求量最大的季节,草坪企业往往只能选择提早培植草皮,以供春天时需要,这样即加大了成本,又占用了资源。同时,整个冬季也无法进行生产,又造成了时间的闲置。
大量的试验研究表明,许多温带植物经过一段时间的非冰冻低温适应后,即冷驯化后,抗寒力提高,而且这种抗寒力的大小因植物种类而异。植物在冷驯化过程中,不仅细胞形态、组织结构、生理生化过程发生改变,而且许多受低温调节的特异蛋白和mRNAs也被诱导表达。袁学军等通过向叶片喷洒B9来提高假俭草的抗寒能力,梁军等通过三种细菌制剂及其复合肥对草坪草抗寒性效应进行研究,游明鸿等通过施钾肥对提高假俭草的抗寒性进行研究。研究表明,城市生活垃圾堆肥(简称“堆肥”)含有丰富的有机质、N、有效P、Ca和K等营养元素,能够提高土壤肥力,改善土壤的理化性质,提高作物产量。
发明内容
本技术旨在研究堆肥对草坪植物幼苗期耐寒性的影响。在研制中,经过冷锻炼后,草坪植物黑麦草仍然可以很好的成活,为草坪植物冬季生产提供理论基础和实际检验。
为实现上述目的,本发明公开了如下的技术内容:
一种采用城市生活垃圾堆肥渣滓提高草皮抗寒越冬中的方法,其特征在于按如下的步骤进行:
(1)堆肥粗筛后烘干至恒重备用,称取粗筛后烘干的堆肥,放入自来水过滤,收集滤液;再重复量取两次自来水继续对堆肥进行过滤,收集每一次的滤液,将3次收集的堆肥淋洗液进行混合,放入冰箱保存;将三次过滤后的堆肥渣滓放入105℃的烘箱中烘至恒重;其中堆肥:自来水的重量体积比1:1-2;
(2)取籽粒饱满、均匀的黑麦草种子,分别播于铺有滤纸和处理后堆肥渣滓的培养皿中,每皿1g,将播有种子的培养皿置于实验室内萌发,每天早晚各浇水1-2次,调换各培养皿的位置保证光照一致,培养期间实验室的平均温度为16.8℃~22.1℃;平均湿度为42.5%;
(3)自种子萌发后第十天开始,每天向培养黑麦草幼苗的培养皿中浇5-8ml堆肥淋洗液,种子萌发后40天,移入光照培养箱中,起始设定温度为12℃,每天依次降温,温度分别为12℃、10℃、8℃、6℃、4℃、2℃、2℃;
(4)冷锻炼后对植株进行刈割,放入纸箱,保存的平均温度为-4℃至-10℃,待春天植株开始返青时移植田间,观察其生长状况。
本发明更加优选的采用城市生活垃圾堆肥渣滓提高草皮抗寒越冬的方法,其特征在于按如下的步骤进行:
(1)堆肥粗筛后烘干至恒重备用,称取400g粗筛后烘干的堆肥,放入大漏斗中,量取400ml自来水过滤,收集滤液;再重复量取两次400ml的自来水继续对堆肥进行过滤,收集每一次的滤液,将3次收集的滤液进行混合,放入冰箱保存;将三次过滤后的堆肥渣滓放入105℃的烘箱中烘至恒重。
(2)取籽粒饱满、均匀的黑麦草种子,分别播于铺有两层滤纸和铺有50g处理后堆肥渣滓的培养皿中,每皿1g,将播有种子的培养皿置于实验室内萌发,每天早晚各浇水1次,经常调换各培养皿的位置保证光照一致,培养期间实验室的平均温度为16.8℃~22.1℃;平均湿度为42.5%;
(3)自种子萌发后第十天开始,每天向每个滤纸培养黑麦草幼苗的培养皿中浇5ml堆肥淋洗液,种子萌发后40天,移入光照培养箱中,起始设定温度为12℃,每天依次降温,温度分别为12℃、10℃、8℃、6℃、4℃、2℃、2℃;
(4)冷锻炼后对植株进行刈割,放入纸箱,保存的平均温度为-8℃,待春天植株开始返青时移植田间,观察其生长状况。
本发明更加详细的制备方法:
1研制材料与方法
2方法
2.1实验材料
2.1.1基质堆肥和滤液的准备
堆肥来自天津市小淀垃圾堆肥处理厂,粗筛后烘干至恒重备用。称取400g粗筛后烘干的堆肥,放入大漏斗中,量取400ml自来水过滤,收集滤液。再重复量取两次400ml的自来水继续对堆肥进行过滤,收集每一次的滤液。将3次收集的滤液进行混合,放入冰箱保存。将三次过滤后的堆肥渣滓放入105℃的烘箱中烘至恒重。
2.1.2 黑麦草种子的准备
挑选籽粒饱满、均匀一致的黑麦草种子备用。
2.1.3 实验仪器的准备
准备人工气候箱、高速冷冻离心机、紫外可见分光光度计、万分之一天平、水浴锅、移液器等相关仪器和药品备用。
2.2 研制方法
2.2.1 设计路线
取籽粒饱满、均匀的黑麦草种子,分别播于铺有两层滤纸和铺有50g处理后堆肥渣滓的培养皿中(直径10 cm),每皿1g,实验为3次重复。将播有种子的培养皿置于实验室内萌发,每天早晚各浇水1次,经常调换各培养皿的位置保证光照一致。培养期间实验室的平均温度为16.8℃~22.1℃;平均湿度为42.5%。建植时间为2008年11月18日。
种子萌发时间为2008年11月22日,自种子萌发后第十天开始,每天向每个滤纸培养黑麦草幼苗的培养皿中浇5ml堆肥淋洗液。种子萌发后40天,移入光照培养箱中,起始设定温度为12℃,每天依次降温,温度分别为12℃、10℃、8℃、6℃、4℃、2℃、2℃,室温下培养的设为对照。
冷锻炼后对植株进行刈割,放入纸箱,保存的平均温度为-8℃。对照组植株同样进行刈割,放入纸箱,保存的平均温度为-4℃。待2009年春天植株开始返青时移植田间,观察其生长状况。
2.3 指标测定
2.3.1 幼苗生长指标测定
发芽后每 5d测一次株高,冷处理前测定株高,冷处理结束后再测定株高。
2.3.2 叶绿素含量的测定
称取0.5 g植物叶片(鲜重)于50ml烧杯中,加入80%丙酮,封口在暗处静置24h,直至叶片发白,取浸泡液,用分光光度计在波长为633 nm和 645 nm下测量吸光值,并根据公式计算叶绿素含量。
2.3.3 电导率的测定
称取0.5g植物叶片(鲜重)于15ml离心管中,加入10ml重蒸水,盖紧盖子,静置24h,测得相对电导率。再进行沸水浴30min,冷却后测得总电导率。
2.3.4 脯氨酸含量的测定
称取0.5 g植物叶片(鲜重),分别置于大试管中,然后分别加入10 ml 3%的黄基水杨酸,沸水提取10 min,冷却后吸取2 ml于另一干净带塞试管,加入2 ml冰醋酸及2 ml酸性茚三酮,沸水中加热30 min,冷却用4 ml甲苯提取,静置,取上层液于520 nm下测吸光值。
2.3.5 保护酶含量的测定
准确称取0.5 g植物叶片(鲜重),用pH=7.8的磷酸缓冲液冰浴研磨提取,定容至25 ml,取10 ml于离心管中,置于10000 r·min-1EPPENDOFF离心机离心20 min,所得上清液即为粗酶提取液。
POD的活性测定采用愈创木酚法。取3ml反应混和液(50mL pH=6.0的磷酸缓冲液中加入28μL愈创木酚和19μL过氧化氢)于比色皿中,对照以pH=7.8磷酸缓冲液代替,向比色皿中加0.1mL粗酶提取液,立即开启秒表计时,于470nm下测量吸光值,每分钟读1次数,共读3次。以每分钟△A470变化0.01为一个过氧化物酶活性单位。
SOD活性测定采用NBT法。取3ml反应混和液置于人工气候箱中照射15分钟,反应混和液包括pH=7.8的磷酸缓冲液,0.1mMEDTA,13mM蛋氨酸,75μMNBT,2μM核黄素和0.1mL的粗酶提取液,不加酶液的为对照。在人工气候箱中照射15min,不加酶液和无光照得作为空白对照。然后迅速在560nm下测定吸光值。以抑制NBT光化还原的50%为一个酶活性单位。
CAT活性的测定采用紫外分光光度法。于试管中加入1.5mlpH=7.8磷酸缓冲液、1ml蒸馏水、0.2ml酶提取液,对照用缓冲液代替酶液。然后在测定管中加0.3ml浓度为0.1mol·L-1过氧化氢,同时立即计时,迅速在240nm下测得吸光值,每分钟读1次数。以每分钟△A240变化0. 1为一个过氧化氢酶活性单位。
2.3.6 地上生物量的测定
将草坪植物齐根剪下,用蒸馏水冲洗干净,用滤纸吸干水分,在电子天平上准确称取其地上生物量。
1.4 冷锻炼处理草皮的越冬
观察冷锻炼处理草皮在不低于-10℃的冬季环境下越冬情况。
2.5 数据分析方法
数据分析采用EXCEL和SPSS11.5分析软件进行处理。
3 结果与分析
3.1 冷锻炼对黑麦草幼苗地上部分的影响
3.1.1 黑麦草幼苗株高
冷锻炼对黑麦草幼苗株高变化有一定的影响(见表1、图1)。在幼苗生长前期,基质营养充足,幼苗的长势较好。幼苗生长到一定阶段,基质营养开始限制幼苗的生长,直至进行冷锻炼前。冷锻炼前的幼苗如下,左为滤纸组幼苗,右为堆肥组幼苗。
在冷锻炼的过程中,植物不同程度地发生萎蔫。对照组萎蔫较处理组更加严重。表明在低温胁迫的过程中,低温对黑麦草幼苗的株高生长趋势有一定的抑制作用。
表1 冷锻炼后黑麦草幼苗株高与之前变化量 (cm)
不同处理 | 株高变化量 |
堆肥组低温处理 | 2.33±0.76 |
堆肥组室温处理 | 1.93±1.20 |
滤纸组低温处理 | 3.47±0.29 |
滤纸组室温处理 | 2.87±0.53 |
3.1.2 黑麦草幼苗地上生物量
冷锻炼对黑麦草幼苗地上生物量的积累有一定的抑制作用(见表2)。堆肥组和滤纸组中各处理的地上生物量方差分析都达到了显著水平(p﹤0.05)。对于基质营养相对较好的堆肥组,冷锻炼后黑麦草幼苗地上生物量减少了26.74﹪,而对于基质营养相对较差的滤纸组,冷锻炼后黑麦草幼苗地上生物量减少了23.21﹪。
表2 冷锻炼对黑麦草幼苗地上生物量的影响 (cm)
不同处理 | 地上生物量 |
堆肥组低温处理 | 4.96±0.20b |
堆肥组室温处理 | 6.77±0.07a |
滤纸组低温处理 | 3.54±0.28c |
滤纸组室温处理 | 4.61±0.16b |
3.2 冷锻炼对黑麦草幼苗叶绿素含量的影响
冷锻炼对黑麦草幼苗叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、叶绿素a/叶绿素b的含量均无明显的影响。无论是堆肥组还是滤纸组,冷锻炼后的黑麦草幼苗叶绿素含量与对照组均无明显差异。但是也可以看出,堆肥组黑麦草幼苗的叶绿素含量要高于滤纸组黑麦草幼苗的叶绿素含量,约是滤纸组黑麦草幼苗叶绿素含量的120﹪。
表3 冷锻炼对黑麦草幼苗叶绿素含量的影响(mg﹒g-1 FW)
不同处理 | 叶绿素a | 叶绿素b | 总叶绿素 | 叶绿素a/叶绿素b |
堆肥组低温处理 | 0.39±0.07 | 0.11±0.06 | 0.50±0.00 | 2.74±0.76 |
堆肥组室温处理 | 0.37±0.03 | 0.12±0.01 | 0.49±0.04 | 3.13±0.04 |
滤纸组低温处理 | 0.32±0.06 | 0.09±0.03 | 0.40±0.06 | 4.94±2.21 |
滤纸组室温处理 | 0.29±0.03 | 0.08±0.01 | 0.37±0.04 | 3.76±0.18 |
3.3 冷锻炼对黑麦草幼苗电导率的影响
冷锻炼对黑麦草幼苗的电导率没有显著的影响。冷锻炼后的黑麦草幼苗,电导率较对照组略微升高,但没有明显的变化。其中堆肥组幼苗电导率较对照升高了0.69﹪,滤纸组幼苗电导率较对照升高了6.31﹪。
3.4 冷锻炼对黑麦草幼苗脯氨酸含量的影响
冷锻炼对黑麦草幼苗体内脯氨酸的含量没有明显的影响。冷锻炼后的黑麦草幼苗体内脯氨酸的含量较对照组略微升高,但没有明显的变化。其中堆肥组升高了3.4﹪,滤纸组升高了0.56﹪。
3.5 冷锻炼对黑麦草幼苗保护酶含量的影响
冷锻炼对黑麦草幼苗体内各保护酶活性的影响均无明显差异。经过冷锻炼后,黑麦草幼苗体内POD活性较对照略低,堆肥组和滤纸组分别降低22.60﹪和10.76﹪,堆肥培养的黑麦草受影响较大。冷锻炼后,黑麦草幼苗体内SOD活性较对照增高,堆肥组和滤纸组分别提高4.91﹪和3.52﹪,堆肥培养的黑麦草受影响较大。冷锻炼后,堆肥培养的黑麦草幼苗体内CAT活性较对照降低,约降低了20.58﹪,滤纸培养的黑麦草幼苗体内CAT活性较对照升高,约升高了31.03﹪。
表4 冷锻炼对黑麦草幼苗保护酶活性的影响
4 研制结论
2009年初春,将保存了一冬的植株移植田间。返青后测量植株高度为7.6cm,周边多年生草坪中黑麦草返青后高度为6.5cm。植物不仅在形态上能抵御低温,在生理上也能适应低温的侵害。
植物能否安全越冬取决于两方面的适应性变化,即细胞膜体系的稳定性的提高及增强避免细胞内结冰的能力。植物经过低温锻炼能够获得抗寒性,提高半致死温度。而抗寒锻炼的效果决定于两个环境条件。一是低温,二是短日照,其中低温是主要的影响条件。绝对低温偏高及较温和的降温方式有利于植物接受低温锻炼。同时,由于植株裸露。有利于接受短日照影响而进行越冬前的抗寒锻炼,提高抗寒能力。
在低温胁迫,由于活性氧的代谢平衡受到破坏,活性氧的增加对植物起到伤害作用。植株在逆境胁迫下体内积累活性氧,植物本身对活性氧的伤害有复杂的防御体系,即内源性保护性酶促清除系统。体内抗氧化酶SOD、CAT、POD等清除植物体内过量的活性氧使植株免受或少受活性氧伤害,因此它们是植物重要的耐冷保护酶系统,以保证细胞的正常机能。植物在遭受低温胁迫时,需动员整个防御系统以抵抗低温胁迫诱导的氧化伤害,单一的抗氧化酶或抗氧化剂不足以抵制这种伤害。
丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的主要产物之一,具有很强的细胞毒性,对膜和细胞中的许多生物功能分子如蛋白质、核酸和酶等均有很强的破坏作用,并参与破坏生物膜的结构与功能。SOD和POD保护酶活性下降与MDA积累密切相关,可能互为因果,即一方面由于SOD、POD活性下降,使有害自由基积累乃至超过伤害阈值,可能直接或者间接地启动膜脂过氧化使MDA含量增加,膜系受损;另一方面,随着MDA的积累反过来又抑制了SOD、POD的活性,使其下降,从而丧失了保护酶系统的功能,进一步促使膜系受损加重。说明植物抗逆境的能力与保护酶活性的大小及其防御功能是相关联的。这可能就是低温胁迫下植物主要的生理反应及损伤机理。细胞膜不仅是细胞与环境发生物质交换的主要通道,也是感受环境胁迫最敏感的原生质体的组成。植物受到环境胁迫时,表现为膜透性增大,离子外渗,关于植物遭受胁迫时引起伤害的机理,前人已做过许多工作,但仍有很多问题特别是有关膜遭受破坏的机制问题有待解决。本实验中,通过对黑麦草幼苗进行低温锻炼,得到低温锻炼和对照组的各项生理生态指标,对这些指标进行比较发现。经过堆肥渣滓和堆肥淋洗液培养的黑麦草幼苗体内的叶绿素、脯氨酸和保护酶等生理指标与对照组相比并没有明显的变化,说明经过堆肥培植的幼苗,在生长过程中已经逐渐适应了这种变温的低温锻炼方式。只是在形态上,经过低温锻炼的黑麦草幼苗比较矮小。说明低温胁迫对黑麦草生物量积累有一定的抑制作用。
最终技术效果,在天津地区的室外阳台内(无取暖设施),冷锻炼处理草皮在不低于-10℃的冬季环境条件下可完全越冬,并达到了冬季储存草皮的目标,为实现草皮的周年生产奠定了基础。
附图说明:
图1为冷锻炼对黑麦草幼苗株高变化有一定的影响。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施,提供下述制备方法实施实例。这些实施实例仅仅是解释、而不是限制本发明的范围。
实施例1
(1) 堆肥来自天津市小淀垃圾堆肥处理厂,粗筛后烘干至恒重备用。称取400g粗筛后烘干的堆肥,放入大漏斗中,量取400ml自来水过滤,收集滤液。再重复量取两次400ml的自来水继续对堆肥进行过滤,收集每一次的滤液。将3次收集的滤液进行混合,放入冰箱保存。将三次过滤后的堆肥渣滓放入105℃的烘箱中烘至恒重。
(2)取籽粒饱满、均匀的黑麦草种子,分别播于铺有两层滤纸和铺有50g处理后堆肥渣滓的培养皿中,每皿1g,将播有种子的培养皿置于实验室内萌发,每天早晚各浇水1次,经常调换各培养皿的位置保证光照一致,培养期间实验室的平均温度为16.8℃;平均湿度为42.5%;
(3)自种子萌发后第十天开始,每天向每个滤纸培养黑麦草幼苗的培养皿中浇5ml堆肥淋洗液,种子萌发后40天,移入光照培养箱中,起始设定温度为12℃,每天依次降温,温度分别为12℃、10℃、8℃、6℃、4℃、2℃、2℃;
(4)冷锻炼后对植株进行刈割,放入纸箱,保存的平均温度为-8℃,待春天植株开始返青时移植田间,观察其生长状况。
实施例2
堆肥来自天津市小淀垃圾堆肥处理厂,粗筛后烘干至恒重备用。称取400g粗筛后烘干的堆肥,放入大漏斗中,量取400ml自来水过滤,收集滤液。再重复量取两次400ml的自来水继续对堆肥进行过滤,收集每一次的滤液。将3次收集的滤液进行混合,放入冰箱保存。将三次过滤后的堆肥渣滓放入105℃的烘箱中烘至恒重。建植时间为2008年11月18日。
种子萌发时间为2008年11月22日,自种子萌发后第十天开始,每天向每个滤纸培养黑麦草幼苗的培养皿中浇5ml堆肥淋洗液。种子萌发后40天,移入光照培养箱中,起始设定温度为12℃,每天依次降温,温度分别为12℃、10℃、8℃、6℃、4℃、2℃、2℃,室温下培养的设为对照。
冷锻炼后对植株进行刈割,放入纸箱,保存的平均温度为-8℃。对照组植株同样进行刈割,放入纸箱,保存的平均温度为-4℃。待2009年春天植株开始返青时移植田间,观察其生长状况。发芽后每 5d测一次株高,冷处理前测定株高,冷处理结束后再测定株高。
Claims (1)
1.一种采用城市生活垃圾堆肥渣滓提高草皮抗寒越冬性的方法,其特征在于按如下的步骤进行:
(1)堆肥粗筛后烘干至恒重备用,称取粗筛后烘干的堆肥,放入自来水过滤,收集滤液;再重复量取两次自来水继续对堆肥进行过滤,收集每一次的滤液,将3次收集的堆肥淋洗液进行混合,放入冰箱保存;将三次过滤后的堆肥渣滓放入105℃的烘箱中烘至恒重;其中堆肥:自来水的重量体积比1:1-2;
(2)取籽粒饱满、均匀的黑麦草种子,分别播于铺有滤纸和处理后堆肥渣滓的培养皿中,每皿1g,将播有种子的培养皿置于实验室内萌发,每天早晚各浇水1-2次,调换各培养皿的位置保证光照一致,培养期间实验室的平均温度为16.8℃~22.1℃;平均湿度为42.5%;
(3)自种子萌发后第十天开始,每天向培养黑麦草幼苗的培养皿中浇5-8ml堆肥淋洗液,种子萌发后40天,移入光照培养箱中,起始设定温度为12℃,每天依次降温,温度分别为12℃、10℃、8℃、6℃、4℃、2℃、2℃;
(4)冷锻炼后对植株进行刈割,放入纸箱,保存的平均温度为-4℃至-10℃,待春天植株开始返青时移植田间,观察其生长状况;其中所述的处理后堆肥渣滓指的是:步骤(1)中三次过滤后的堆肥渣滓放入105℃的烘箱中烘至恒重的堆肥渣滓。
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2011
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