CN103262732A - 一种采用风干污泥提高草坪草植物保护酶活性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用风干污泥提高草坪草植物保护酶活性的方法。所述的风干污泥组合基质，它是由其中污泥：土壤=1:3-7组成；实验结果表明：风干污泥可明显促进草坪草植物的生长。高羊茅和黑麦草分别在污泥:土壤=1:7；污泥:土壤=3:13；污泥:土壤=1:3组合基质条件下，草坪草植物保护酶POD和CAT活性明显增强，且与对照呈显著性差异。因此，将污水处理厂的脱水污泥经过自然风干处理后，直接应用于草坪植物培植，可以提高草坪草保护酶活性。

Description

一种采用风干污泥提高草坪草植物保护酶活性的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市绿化，特别是一种利用风干污泥提高草坪草植物保护酶活性的方法。

背景技术

我国多数研究者认为，城市污泥是城市污水处理厂在各级污水处理净化后所产生的含水量75%一99%的固体或者流体状物质。其固体成分主要包括有机残片、无机颗粒、细菌菌体、胶体及絮凝所用药剂等，它是一种以有机成分为主、组分复杂的混合物，其中包含有潜在利用价值的有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)和各种微量元素，同时也含有大量病原体、寄生虫(卵)、重金属和多种有毒有害有机污染物。

城市污泥是城市污水处理厂经各级处理净化污水而产生的沉积物，其组成与污水的来源、处理工艺以及城市居民的生活水平和饮食结构等有关。但大多数城市污泥均含有大量有机质，同时含有有利于植物生长所需的营养成分。研究表明：我国16个城市的29个污水处理厂污泥中含有的营养成分和有机质含量有所差异，经济欠发达地区城市污泥中有机质、氮、磷、钾含量普遍偏低，而经济发达地区城市污泥中有机质和大量营养元素含量偏高。在我国城市污泥中，有机质含量最高达到696 g/ kg，有机质平均含量也在384 g/ kg，与纯猪粪中的有机质含量相比，相当于后者有机质平均含量的54%；其中82%的城市污泥有机质含量超过猪厩肥，城市污泥有机质的平均含量比猪厩肥高27.2%。随着我国城市生活水平的提高，城市污泥中有机质和养分含量也必然上升。

土地利用被认为是最有发展潜力的处置方式。城市污泥土地利用可处理大量污泥且环境安全，是一条经济可行的处置方法。这种处置方式是把污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。在1984年，我国颁布了《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)，污泥的土地利用也随之定量化、标准化。污泥中含有大量有机质以及植物所需的营养物质，是有价值的生物资源，污泥科学合理的土地利用，能够降低污泥带来的负面效应，使其重新进入自然环境，参与自然的物质和能量循环。我国污泥土地利用，农用资源化理论研究与实践之间存在差距，但就北京、上海、天津等地，污泥应用于农田的历史也有二十年。目前常用的污泥堆肥土地资源化利用途径有农田施用、林地施用、园林绿化建设应用、受损土壤的改良和修复等。由于城市污泥堆肥的含有丰富的有机质和大量的植物生长所需营养元素，对污泥堆肥的园林绿地资源化利用已有报道。但对城市污泥利用于园林绿地的研究多集中于污泥经过有氧或无氧的堆肥发酵，形成腐熟堆肥，或单独施用污泥堆肥，或与其他废弃物，例如与垃圾堆肥、泥炭、珍珠岩、河沙等物质，按照相应比例混合后，形成植物的生长基质。

尽管如此，污泥堆肥化处理利用，存在耗时长，并需要大量的人类、物力和财力；同时，在处理工程中，污泥的营养成分也会存在损失。因此，污泥堆肥化处理利用，会大大增加了其利用成本，这也在很大程度上限制也高效和广泛的利用。可见，研制一种有效的低成本利用污泥的方法，已成为当务之急。

将污水处理厂的脱水污泥经过自然风干处理后，直接应用于草坪植物培植，以提高草坪草保护酶活性，将具有重要的应用价值；而这一技术目前国内外，尚无文献报道。

发明内容

本发明的目的在于将污水处理厂的脱水污泥经过自然风干处理后，直接应用于草坪植物培植，以提高草坪草保护酶活性。

为实现上述目的，本发明公开了一种风干污泥组合基质，其特征在于它是由重量份数的污泥:土壤=1:3-7污组成；所述的供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。

本发明所述的风干污泥组合基质，其中风干污泥有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%；供试土壤过2 mm筛，放置于通风口处2～3天，自然条件下风干，土壤有机质含量为4.68%，全氮量0.21%，有效磷22.03 mg/kg，全钾量324.3 mg/kg，pH 7.44，饱和含水率0.58 ml/g。

本发明进一步公开了风干污泥组合基质在制备促进草坪草植物生长基质中的应用，其风干污泥与土壤组合基质的比例为：污泥:土壤=1:7；污泥:土壤=3:13；污泥:土壤=1:3。所述的草坪草植物生长指的是：草坪植物酶的活性是指POD和CAT。

本发明也公开了采用风干污泥组合基质提高草坪草植物保护酶活性的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）将风干污泥与土壤按重量配比进行基质组配，然后将组配基质装入塑料盆中；

（2）草坪草为高羊茅和黑麦草；高羊茅和黑麦草的播种量分别为3 g/盆和1.8 g/盆；

（3）实验从3月中旬开始至4月下旬结束，实验期间环境条件：温度15℃～25℃。相对湿度为42%～65%，光照为透入室内的自然光，经常调换盆的位置以保证光照一致。栽种期间每天定量给水，以保证植物生长所需水分。

（4）播种后第10天进行第一次株高测量，之后每隔5天测定一次，共测定6次。每一个盆中随机选取三株长势匀称的植株，取其平均株高作为当日测量值；

（5）播种40天后进行刈割，置于烘箱108℃杀青2 h后，80℃烘干至恒重后进行测定。

(6) 播种40天后进行刈割，测定保护酶测定：准确称取剪碎样叶0.400g于预冷研钵中，分两次加入酶的提取液（PBS，pH7.8）总计4 ml，冰浴研磨成匀浆，于10000 r•min^-1下离心20 min，上清液为粗酶提取液，用于酶活性的测定。

本发明更加详细的制备方法及实验结果如下：

1 研制材料和方法

1.1 试验材料

选用我国北方比较常见的黑麦草 ( Lolium perenne L.) 和高羊茅 ( Festuca arundinacea L.) 为试验材料。

供试土壤为天津师范大学校内园土，采集土壤放置于塑料布，摊平碾碎，过2 mm筛，放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。土壤有机质含量4.68%，全氮量0.21%，有效磷22.03 mg/kg，全钾量324.3 mg/kg，pH 7.44，饱和含水率0.58 ml/g。供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。污泥有机质含量18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%。

1.2 实验方法

1.2.1 草坪植物盆栽实验

将风干污泥与土壤按以下配比进行基质组配，共设4个处理：对照（CK）：土壤800 g；‚污泥100 g+土壤700 g（简称为S100，泥土比1:7）；ƒ污泥150 g + 土壤650 g（S150，泥土比3:13）；④污泥200g+土壤600g（S200，泥土比1:3）。将上述组配基质分别装入高8.5 cm、直径9.3 cm聚乙烯塑料盆中。高羊茅和黑麦草的播种量分别为3 g/盆和1.8 g/盆，每个处理3次重复。

1.2.2 环境条件

实验期间环境条件：温度15℃～25℃。相对湿度为42%～65%，光照为透入室内的自然光，经常调换盆的位置以保证光照一致。栽种期间每天定量给水，以保证植物生长所需水分。

1.2.3指标测定

株高动态的测定：播种后第10天进行第一次株高测量，之后每隔5天测定一次，共测定6次。每一个盆中随机选取三株长势匀称的植株，取其平均株高作为当日测量值。

生物量的测定：播种40天后进行刈割，置于烘箱108℃杀青2 h后，80℃烘干至恒重后测其干重。

播种40天后保护酶测定：准确称取剪碎样叶0.400g于预冷研钵中，分两次加入酶的提取液（PBS，pH7.8）总计4 ml，冰浴研磨成匀浆，于10000 r•min^-1下离心20 min，上清液为粗酶提取液，用于酶活性的测定。

POD活性测定采用愈创木酚法，在25℃下直接测定波长470 nm处由于愈创木酚氧化而引起吸光值的变化，以每分钟△A470变化0.01为一个酶活单位。CAT测定采用紫外分光光度法以每分钟OD变化值表示酶活性大小，即以△A240变化0.01为一个过氧化氢酶活性单位。

叶绿素含量的测定：取0.1 g叶片，剪成1-2 mm碎片，浸泡于丙酮:乙醇（V:V=1:1）溶液中24小时，浸泡液为待测液。用分光光度计于波长633 nm和645 nm下测量吸光值，并根据公式计算叶绿素含量。

结果计算：

其中，A663、A645—分别为叶绿素提取液在663nm和645nm处的吸光率

V—叶绿素提取液体积 ml

W—材料重(g)。

1.4 数据分析处理

数据分析采用SPSS12.0统计软件进行单因素Duncan的多重分析。

2 研制结果与分析

2.1 风干污泥组配基质对草坪植物地上生物量的影响

在土壤中加入风干污泥，黑麦草、高羊茅的地上生物量有显著的增加（表1）。与对照相比，黑麦草处理组S100、S150、S200的地上生物量分别增加148.8%、154.7%和193.0%，且地上生物量随污泥用量的增加而增加，在S200处理达到最大。高羊茅S100、S150、S200三个处理地上生物量分别比对照增加148.6%、159.6%和157.8%，各处理组之间无显著差异。结果表明，风干污泥对黑麦草和高羊茅地上生物量有显著的促进作用，且在S100处理下，即污泥用量在栽培土量的14.3%左右，对植物地上生物量的促进作用已达到显著水平（P<0.05）。

表1 不同处理对草坪植物地上生物量的影响（g/盆）

注：同行数据不同字母表示差异显著P<0.05

CK：园土800g；S100：污泥100g+土壤700g；S150：污泥150g+土壤650g；S200：污泥200g+土壤600g

2.2 风干污泥组配基质对植株株高动态的影响

黑麦草和高羊茅的株高生长动态见表2。生长期间，除播种后10天的高羊茅S100处理外，两种草坪草污泥组配基质处理株高显著高于对照，但各污泥处理间差异不显著。黑麦草的对照处理，从生长第10天到35天，株高仅增加了6.14 cm，而污泥组配基质各处理株高在25天增加均超过11.62 cm，以S200处理株高增加最多，为12.93 cm。相类似，高羊茅污泥基质处理株高增长速度也显著快于对照处理，但以S100处理株高增加最多，为12.2 cm。

表2 不同处理对草坪植物株高动态的影响（cm）

注：同草种同列数据不同字母表示差异显著P<0.05

2.3 风干污泥组配基质对草坪草叶绿素含量的影响

风干污泥的施入显著提高了两种草坪草叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量（表3）。黑麦草S150和S200 的总叶绿素含量要显著高于S100处理，以S150处理为最高，较对照增加103.0%。高羊茅3个污泥组配基质处理间总叶绿素含量差异不显著，S100、S150和S200处理总叶绿素含量较对照分别高出44.8%、44.8%和54.5%。说明污泥的施入可明显增强草坪草对光能的吸收和利用，提高草坪草叶绿素含量。

表3 不同处理对草坪植物叶绿素含量的影响（mg.g^-1 FW）

注：同草种同列数据不同字母表示差异显著P<0.05

2.4 风干污泥组配基质对草坪草保护酶活性的影响

氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）是保护酶系统的主要酶。POD是活性氧清除剂，能使代谢中产生的过氧化氢分解成水和氧气，来消除过氧化氢对植物的毒害。从表4看出，与对照相比，施加风干污泥基质显著提高了两种草坪草的POD活性。黑麦草POD活性在S100、S150、S200处理下与对照相比分别升高了21.8%、33.2%、26.4%，高羊茅POD活性在3个污泥基质处理分别升高了38.0%、49.7%、39.0%。可见，基质中加入风干污泥对草坪草POD活性有明显影响，其中以S150处理对POD活性作用效果显著，POD活性的增加可有效降低植物代谢产生的自由基对自身产生的毒害作用。

植物体受到逆境胁迫时，体内产生过氧化氢，过氧化氢的积累会破坏植物细胞内核酸、蛋白等大分子物质，进而对细胞产生毒害，过氧化氢酶可清除过氧化氢，减少迫害作用。风干污泥显著提高草坪草CAT酶活性，与对照相比，黑麦草S100、S150和S200处理CAT活性分别高出130.5%、132.7%、114.7%，高羊茅3个污泥基质处理CAT活性分别高出77.3%、72.9%、56.5%。黑麦草POD、CAT活性和高羊茅POD活性随污泥用量的增加均呈略微上升后下降的变化趋势，而高羊茅CAT活性则随污泥用量的增加呈下降趋势，但处理间无显著差异。表明风干污泥的施入有效提高草坪草POD和CAT活性，使草坪草抗逆境能力显著增强。

表4 不同处理对草坪植物CAT、POD活性的影响

注：同行数据不同字母表示差异显著P<0.05

3 研制结论

风干污泥可明显促进草坪草植物的生长，但对于不同草坪植物污泥的添加量不同，本技术中，高羊茅组培基质为1:7和3:13时，保护酶活性增强。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。

实施例1

其中污泥：土壤=1:3；所述的供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干污泥有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%；供试土壤过2 mm筛，放置于通风口处2～3天，自然条件下风干，土壤有机质含量为4.68%，全氮量0.21%，有效磷22.03 mg/kg，全钾量324.3 mg/kg，pH 7.44，饱和含水率0.58 ml/g。

实施例2

其中污泥：土壤=1:7；所述的供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干污泥有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%；供试土壤过2 mm筛，放置于通风口处2～3天，自然条件下风干，土壤有机质含量为4.68%，全氮量0.21%，有效磷22.03 mg/kg，全钾量324.3 mg/kg，pH 7.44，饱和含水率0.58 ml/g。

实施例3

其中污泥：土壤=3:13；所述的供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。风干污泥有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%；供试土壤过2 mm筛，放置于通风口处2～3天，自然条件下风干，土壤有机质含量为4.68%，全氮量0.21%，有效磷22.03 mg/kg，全钾量324.3 mg/kg，pH 7.44，饱和含水率0.58 ml/g。

实施例1-3

（1）将风干污泥与土壤按重量配比进行基质组配，然后将组配基质装入塑料盆中；

（2）高羊茅和黑麦草的播种量分别为3 g/盆和1.8 g/盆；

（3）实验从3月中旬开始至4月下旬结束，实验期间环境条件：温度25℃。相对湿度为60%，光照为透入室内的自然光，经常调换盆的位置以保证光照一致。栽种期间每天定量给水，以保证植物生长所需水分。

（4）播种后第10天进行第一次株高测量，之后每隔5天测定一次，共测定6次。每一个盆中随机选取三株长势匀称的植株，取其平均株高作为当日测量值；

（5）播种40天后进行刈割，置于烘箱108℃杀青2 h后，80℃烘干至恒重后进行测定。

Claims (5)

1.一种风干污泥组合基质，其特征在于它是由重量份数的污泥:土壤=1:3-7污组成；所述的供试污泥采自天津纪庄子污水处理厂，采集后的污泥碾碎过2mm筛，平铺于塑料布放置于通风口处2～3天，自然条件下风干。

2.权利要求1所述的风干污泥组合基质，其中风干污泥有机质含量为18.21%，全氮量1.41%，有效磷含量187 mg/kg，全钾量652.9 mg/kg，含水量为2.13%；供试土壤过2 mm筛，放置于通风口处2～3天，自然条件下风干，土壤有机质含量为4.68%，全氮量0.21%，有效磷22.03 mg/kg，全钾量324.3 mg/kg，pH 7.44，饱和含水率0.58 ml/g。

3.权利要求1所述的风干污泥组合基质在制备促进草坪草植物生长基质中的应用，其风干污泥与土壤组合基质的比例为：污泥:土壤=1:7；污泥:土壤=3:13；污泥:土壤=1:3。

4.权利要求3所述的应用，其中所述的草坪草植物生长指的是：草坪植物酶的活性是指POD和CAT。

5.一种采用权利要求1所述风干污泥组合基质提高草坪草植物保护酶活性的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）将风干污泥与土壤按重量配比进行基质组配，然后将组配基质装入塑料盆中；

（2）草坪草为高羊茅和黑麦草；高羊茅和黑麦草的播种量分别为3 g/盆和1.8 g/盆；

（3）实验从3月中旬开始至4月下旬结束，实验期间环境条件：温度15℃～25℃；

相对湿度为42%～65%，光照为透入室内的自然光，经常调换盆的位置以保证光照一致；

栽种期间每天定量给水，以保证植物生长所需水分；

（4）播种后第10天进行第一次株高测量，之后每隔5天测定一次，共测定6次；每一个盆中随机选取三株长势匀称的植株，取其平均株高作为当日测量值；

（5）播种40天后进行刈割，置于烘箱108℃杀青2 h后，80℃烘干至恒重后进行测定；

(6) 播种40天后进行刈割，测定保护酶测定：准确称取剪碎样叶0.400g于预冷研钵中，分两次加入酶的提取液（PBS，pH7.8）总计4 ml，冰浴研磨成匀浆，于10000 r•min^-1下离心20 min，上清液为粗酶提取液，用于酶活性的测定。