CN102612949A

CN102612949A - 一种提高垃圾堆肥基质高羊茅草皮培植性能的方法

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Publication number: CN102612949A
Application number: CN2012100811587A
Authority: CN
Inventors: 多立安; 赵树兰; 李丹
Original assignee: Tianjin Normal University
Current assignee: Tianjin Normal University
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: CN102612949B

Abstract

本发明公开了一种提高垃圾堆肥基质高羊茅草皮培植性能的方法，它是在20g垃圾堆肥中施加0.2-0.6g·kg^-的稀土（硝酸镧或硝酸铈），然后将50粒高羊茅种子播于各培养皿中，待发芽31d后刈割，测量各项指标。实验结果表明：在利用垃圾堆肥代替土壤进行无土草皮建植中，添加稀土有利于草坪植物种子萌发和初期生长，增加草坪抗逆性。从种子萌发来看，低浓度的硝酸镧和高浓度的硝酸铈作用相当。硝酸镧用量在0.2g·kg^-1时效果最佳，高羊茅发芽率、发芽指数和活力指数分别比对照提高了27.9%、32.7%和34.5%。本发明的方法为进一步将稀土应用于提高堆肥基质草坪植物抗逆性提供理论依据。

Description

一种提高垃圾堆肥基质高羊茅草皮培植性能的方法

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草坪植物的方法。更具体的说是一种提高垃圾堆肥基质高羊茅草皮培植性能的方法。

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壤的问题，节约农用土地资源，缓解目前人口压力大，土地资源紧张的现状，又拓宽了垃圾堆肥的应用途径，减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。

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一种肥料来改善草坪草观赏特征和质量特征，对草坪植物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黑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；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，来改善堆肥这一性状具有重要意义。

目前我国草皮的生产存在着诸多问题，无法满足城市草坪建植的需要，而其中草皮基质的研制和供应不足就是一个重要的限制因素。在草皮生产中，每完成一次草皮生产过程，至少要铲去2 cm以上的熟土，连续的3～4次操作，肥沃的农田即遭到破坏。要恢复表土肥力，短则需几年，多则几十年、上百年。为此，研制新的人工草坪基质以代替肥沃的表土具有较强的实际意义。

在城市草坪建植中，各种逆境条件的胁迫(干旱胁迫、盐胁迫、酸雨胁迫和低温胁迫等)不利于草皮的培植及草坪建植。草坪缺水问题一直存在，因为人工草坪根系较浅，不足以在土壤中吸收足够的水分，只能靠人工浇灌，尤其在我国北方城市，每年要消耗大量的水养护草坪，年灌水量大约为0.6~1.0 m³/m²。土壤盐渍化是限制草坪草生长的主要因素之一，盐胁迫几乎影响植物所有的重要生命过程，盐胁迫下，植物细胞的代谢过程受阻，导致活性氧积累和离子失衡，植株生长受抑制，严重时造成细胞死亡。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，影响草坪草的生长。此外，我国北方地区冬季寒冷，草坪草越冬困难，在春秋两季又常受寒流侵袭而造成泛斑、生长不良等现象，影响草坪的美观，降低草坪的利用价值。

垃圾堆肥含有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素，可以用作建植草坪的基质，国内外已有相关研究报道。在土壤基质的应用中，适量稀土元素可以促进植物生长，提高种子活力，促进种子萌发。有研究表明适量镧处理可促进草坪草的生长，适宜浓度的硝酸镧可通过提高盐胁迫下根系清除活性氧和渗透调节的能力，降低植株的膜脂过氧化，从而增强黑麦草的耐盐性。稀土铈能明显增加土培草坪植物的根长、根干重、须根数和根冠比。但采用稀土在以垃圾堆肥为基质的无土草皮建植中的应用还未见报道。

发明内容

本发明在培养基质为生活垃圾堆肥的条件下，添加稀土，通过测定高羊茅的萌发指标、生物量及叶绿素含量来探讨稀土对堆肥基质中高羊茅初期生长的影响，为进一步优化以垃圾堆肥为基质的草坪建植、提高草坪植物抗逆性提供理论依据。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种提高垃圾堆肥基质高羊茅草皮培植性能的方法，它是按如下的步骤进行：

（1）堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥；

（2）在培养皿中将上述20g垃圾堆肥中施加0.2-0.6g·kg^-1的稀土，混匀备用；

（3）选择籽粒饱满的高羊茅种子50粒，播于各培养皿中，实验期间每天早晚两次进行称重浇水，保持所有处理含水量在最大田间持水量（MFC）的70%~80%范围内；

（4）实验周期为30d，培养期间实验室温度为15~25℃，湿度为32%~52%，光照强度为450~700μmol·m-2·s^-1；

（5）发芽后每5 d测定一次株高，播种31 d后刈割，将高羊茅紧贴基质剪下，置于烘箱中，80℃条件下烘干至恒重，测量各项指标。

其中的稀土指的是硝酸镧或硝酸铈。

其中选用的高羊茅种子50粒指的是：高羊茅种子每千粒重为2.516g。

其中选用的保水剂为丙烯酸钾（A20~40目），保水剂为丙烯酸钾（B40~120目）。

本发明也公开了上述方法在制备促进高羊茅种子萌发以及幼苗生长方面的应用，其中的稀土为0.2 g·kg^-1硝酸镧。

本发明更加详细的制备方法如下：

1 材料和方法

1.1 实验材料

本实验选用我国北方常见的草坪植物高羊茅(Festuca arundinacea L.)，纯净度为99%，发芽率为93%。稀土元素为硝酸镧[La(NO₃)₃·6H₂O]和硝酸铈[Ce(NO₃)₃·6H₂O]。保水剂成分为丙烯酸钾，实验选用两种粒径，分别为A(20~40目)和B(40~120目)。

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工艺技术与设备，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，剩余的物质作为堆料。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℃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步去除各类塑料、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0.76 mL /g，容重0.85g /mL，全氮5.18%，有效磷77.92 mg /kg，全钾1.21%，Ca 含量30.62 g /kg，Fe19.95 g /kg，Mg 5.78 g /kg，Cu 546.15 mg /kg，Zn 534.53 mg /kg，Pb 163.62 mg /kg，Cr 89.87 mg /kg，Ni 76.26 mg /kg ，Cd 2.06 mg /kg，Mn 324.59 mg /kg 。

1.2实验方法

在直径5.7 cm的培养皿中加入堆肥20 g，分别施加不同浓度水平的稀土和保水剂，混匀。硝酸镧、硝酸铈各设4个浓度水平，为0、0.2、0.4、0.6 g·kg^-1；保水剂A、B各设4个水平，为0、2、6、10 g·kg^-1。选择籽粒饱满的高羊茅种子50粒(千粒重为2.516g)，分别播于各培养皿中。堆肥田间最大持水量(MFC)为66%，实验期间每天早晚两次进行称重浇水，保持所有处理含水量在MFC的 70%~80%范围内。对照不添加稀土和保水剂，实验3次重复。实验周期为30d，培养期间实验室温度为15~25℃，湿度为32%~52%，光照强度为450~700μmol·m^-2·s^-1。

1.3指标测定

（1）种子萌发指标测定

种子胚根长出并超过种子长度一半视为萌发。萌发第7 d测定发芽率、发芽指数、活力指数(滕萌等，2008)。发芽率Gr=(发芽种子数／供试种子数)×100%；发芽指数GI=Σ(Gt/Dt) ，其中GI为发芽指数，Gt为在t日的发芽种子数，Dt为相应的发芽天数；种子活力指数VI=GI×S，其中VI为活力指数，S为单株幼苗平均鲜重。

（2）幼苗生长指标测定

发芽后每5 d测定一次株高。播种31 d后刈割，测量地上干重、根长、须根数、根干重及叶绿素含量。方法是将高羊茅紧贴基质剪下，置于烘箱中，80℃条件下烘干至恒重，测量地上干重。每个培养皿随机抽取20株的根，测量须根数和根长，然后将每个培养皿的根置于烘箱中，80℃条件下烘至恒重，测量根干重。

（3）叶绿素含量测定

叶绿素含量测定参考张志良等(2003)编写的《植物生理学实验指导》(第三版)：取0.2g草坪植物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测定在663nm、645nm波长处的吸光度值。

（4）数据处理

数据分析采用EXCEL和SPSS17.0分析软件进行处理。

2 结果与分析

2.1稀土和保水剂对高羊茅种子萌发的影响

由表1可知，硝酸镧用量在0.2 g·kg^-1时效果最佳，发芽率、发芽指数和活力指数分别比对照提高了27.9%、32.7%和34.5%。硝酸铈对高羊茅种子萌发的影响随其浓度的增加而增加，用量在0.6 g·kg^-1时，效果最好，各指标分别高出对照25.0%、26.8%和27.6%。除保水剂B在10 g·kg^-1用量外，添加两种粒径的保水剂对高羊茅种子的发芽率、发芽指数和活力指数均有一定促进作用，保水剂A用量在2 g·kg^-1时，高羊茅发芽率高于其他浓度处理，且比对照高16.2%，但发芽指数和活力指数则在用量为10 g·kg^-1时较高，分别高出对照14.2%和13.8%。在本实验设置的浓度范围内，随保水剂B用量的增加，高羊茅各萌发指标呈现下降的趋势。

表1 稀土和保水剂对高羊茅种子萌发的影响

注：同列中稀土处理或保水剂处理字母相同者差异不显著 (P>0.05)；下同。

2.2 稀土和保水剂对高羊茅地上部分的影响

（1）稀土和保水剂对高羊茅株高的影响

由表2可见，播种7 d后，硝酸镧各浓度处理下的高羊茅株高均高于对照，其中0.4 g·kg^-1浓度下株高最高，比对照高出13.6%。播种12 d后各处理效果不明显。播种17 d后，硝酸铈各浓度处理效果优于硝酸镧处理，其中0.4 g·kg^-1处理的株高最高，比对照高出6.8%。在生长后期，稀土元素的影响较为显著，尤其是硝酸铈，在播种22 d和27d后，用量在0.4 g·kg^-1时，高羊茅株高最高，分别比对照提高了9.6%和12.0%(P<0.05)。保水剂A在播种17 d后显现出优势，在用量2 g·kg^-1时，效果最好，播种27 d后株高高出对照14.1%(P<0.05)。保水剂B也表现出相同的趋势，其优势也在生长后期表现出来。

表2 稀土和保水剂对高羊茅株高的影响(cm)

Figure 2012100811587100002DEST_PATH_IMAGE002

（3）稀土和保水剂对高羊茅地上生物量的影响

由图1和图2可知，添加稀土和保水剂能明显促进高羊茅地上生物量的积累(P<0.05)。对高羊茅地上干重的影响，硝酸镧用量在0.4 g·kg^-1时效果优于其它两个浓度，比对照高出33.9%；硝酸铈各处理间差异不大；保水剂A和保水剂B用量都是在2 g·kg^-1时效果较好，分别比对照高出34.8%、25.9%。

附表

2.3稀土和保水剂对高羊茅根系生长的影响

加入稀土和保水剂后均对高羊茅根系生长有促进作用(表3)。从根长和须根数来看，硝酸镧用量在0.2 g·kg^-1时效果较好，分别比对照高出29.6%和40.6%，但根干重和根冠比在0.6 g·kg^-1用量时效果较好，分别比对照高出93.1%和53.8%(P<0.05)。硝酸铈用量在0.2 g·kg^-1时效果最好，高羊茅根长、须根数、根干重和根冠比分别高出对照46.3%、62.5%、24.1%和4.0%。保水剂对高羊茅根系各指标的影响不太一致，从根长、根干重和根冠比来看，保水剂A均为2 g·kg^-1用量下效果最好，分别比对照高出31.5%、89.7%和38.5%，须根数则在6 g·kg^-1用量下效果最好，高出对照18.8%。保水剂B用量在2 g·kg^-1时，须根数是对照的1.2倍，根干重比对照重79.3%，根冠比是对照的1.4倍；根长在10 g·kg^-1浓度下最长，比对照长14.8%。

表3 稀土和保水剂对高羊茅根系生长的影响

Figure 2012100811587100002DEST_PATH_IMAGE004

2.4稀土和保水剂对高羊茅叶绿素含量的影响

除硝酸镧用量在0.6 g·kg^-1时高羊茅叶绿素含量低于对照外，添加稀土和保水剂均有利于高羊茅叶绿素含量的提高(表.4)。硝酸镧浓度为0.4 g·kg^-1时，高羊茅叶绿素a含量和叶绿素a/b的值分别高出对照12.8%和3.9%；叶绿素b及总叶绿素含量则在0.2 g·kg^-1浓度时较高，分别比对照高15.9%和12.8%。硝酸镧在0.6 g·kg^-1用量下，高羊茅叶绿素含量反而降低，叶绿素a降幅大于叶绿素b，分别比对照降低6.7%和5.0%。硝酸铈用量在0.6 g·kg^-1时效果最好，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量分别高出对照15.4%、11.9%和14.3%。保水剂A用量为6 g·kg^-1时效果最好，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量分别高出对照23..4%、17.9%和21.5%。叶绿素a/b的值则在2 g·kg^-1浓度时较高，高出对照3.3%。保水剂B用量在6 g·kg^-1时效果优于其他处理，各指标分别高出对照36.1%、26.5%、32.6%和6.6%。

表4 稀土和保水剂对高羊茅叶绿素含量的影响(mg·g^-1FW)

3.研制结论

在利用垃圾堆肥代替土壤进行无土草皮建植中，添加稀土和保水剂有利于草坪植物种子萌发和初期生长，增加草坪抗逆性。从种子萌发来看，低浓度的硝酸镧和高浓度的硝酸铈作用相当。硝酸镧用量在0.2 g·kg^-1时效果最佳，高羊茅发芽率、发芽指数和活力指数分别比对照提高了27.9%、32.7%和34.5%。随着幼苗的生长，硝酸镧和硝酸铈各处理对高羊茅地上生物量及株高影响差异不明显。从叶绿素含量来看，硝酸铈高浓度下效果最好，叶绿素a和总叶绿素含量分别高出对照15.4%和14.3%。两种粒径保水剂对高羊茅萌发、地上生物量及根系生长均表现出低浓度处理优于高浓度处理。

附图说明

图1 稀土对高羊茅地上生物量的影响；

图2 保水剂对高羊茅地上生物量的影响。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明，这里所述实施例的方案，不限制本发明，本领域的专业人员按照本发明的精神可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为在本发明的范围内，本发明的范围和实质由权利要求来限定。硝酸镧和硝酸铈有市售，其他所用到的试剂也有市售。

实施例1

（1）堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥；

（2）在培养皿中将上述20g垃圾堆肥中施加0.2g·kg^-的稀土（硝酸镧），混匀备用；

（3）选择籽粒饱满的高羊茅种子50粒(千粒重为2.516g)，播于各培养皿中，实验期间每天早晚两次进行称重浇水，保持所有处理含水量在70%% MFC范围内；

（4）实验周期为30d，培养期间实验室温度为25℃，湿度为32%%，光照强度为450μmol·m-2·s^-1；

实施例2

（1）堆肥选自垃圾堆肥厂发酵后的垃圾堆肥；

（2）在培养皿中将上述20g垃圾堆肥中施加0.5g·kg^-的稀土（硝酸铈），混匀备用；

（3）选择籽粒饱满的高羊茅种子50粒(千粒重为2.516g)，播于各培养皿中，实验期间每天早晚两次进行称重浇水，保持所有处理含水量在80% MFC范围内；

（4）实验周期为30d，培养期间实验室温度为18℃，湿度为442%，光照强度为600μmol·m-2·s^-1；

Claims

1. 一种提高垃圾堆肥基质高羊茅草皮培植性能的方法，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；

（3）选择籽粒饱满的高羊茅种子50粒，播于各培养皿中，实验期间每天早晚两次进行称重浇水，保持所有处理含水量在最大田间持水量的70%~80%范围内；

（4）实验周期为30d，培养期间实验室温度为15~25℃，湿度为32%~52%，光照强度为450~700μmol·m-2·s-1；

2.权利要求1所述的方法，其中的稀土指的是硝酸镧或硝酸铈。

3.权利要求1所述的方法，其中选用的高羊茅种子50粒指的是：高羊茅种子每千粒重为2.516g。

4.权利要求1所述方法在制备促进高羊茅种子萌发以及幼苗生长方面的应用。

5.权利要求5所述的应用，其中的稀土为0.2 g·kg^-1硝酸镧。