CN103262860B - 一种污泥混合浸种液调节暑热环境高羊茅生长的方法 - Google Patents

一种污泥混合浸种液调节暑热环境高羊茅生长的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污泥混合浸种液调节暑热环境高羊茅生长的方法。所述的污泥稀土浸种液，它是由重量份数为1:1的污泥浸提液与稀土溶液组成；所述的污泥浸提液指的是污泥：蒸馏水的重量份数比为1:2混合后放置24h过滤，得到所需的污泥浸提液。稀土溶液指的是浓度为200-400 mg.L-1的Ce(NO3)3·6H2O或La(NO3)3·6H2O水溶液。实验结果表明：污泥和稀土浸种液处理能够诱导幼苗体内脯氨酸的积累并能在强光和热激过程中保持较高的水平，从而增加了田间暑期高温条件下高羊茅的生长性能。

Description

一种污泥混合浸种液调节暑热环境高羊茅生长的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及城市绿化，特别是一种污泥稀土混合浸种液调节暑热环境高羊茅生长的方法。
背景技术
近年来，稀土更是被誉为工业维生素，广泛应用于国防、航天、电子、新能源等领域，稀土一方面能促进根系的生长，另一方面能促进不定根的发生，对细胞的分裂和根系的形成有极为重要的作用。它可以使植物叶绿素含量提高，叶色加深，可以使值物呼吸强度提高，从而加快物质转化和能量转化。可以促进林木种苗的生长，促进养分吸收及积累，因而可获得高质量的苗木并可提高出圃后的成活率。促进植物叶片及叶面积的增长，促进植物的分蘖与分枝。稀土对植物根瘤菌的生长具有促进效应，增强植物细胞质膜对电解质外渗的控制能力，从而可提高植物对不利生长环境抗性不同种类的作物对稀土的敏感度和需要量不同，同一种作物不同的生育阶段对稀土的敏感度和需求量也不同，营养生长期一般对稀土的反应敏感，喷施量则相应减少，生殖生长期对稀土的需求量较大，施用量则适当增加。
    随着我国工业化的推进，我国城市污泥的年产量日益增加，其数量巨大、增长迅速，污泥中大量的有机物、重金属以及病原菌等，不加处理任意排放会对环境造成严重的污染。已经发展成为环境污染的一种新来源，如有机元素、氮、磷等，面对这种新型的污染源，人们渐渐意识到，资源化利用才是最优化的污泥处理办法，尤其是把污泥资源化运用在林业、苗圃、园林绿化中。这样符合可持续发展的要求，对生态环境影响较小。污泥是污水处理后的附属品，由于对污水排放要求的不断提高和污水处理量的增加，所以相应产生大量污水污泥。污水处理对防治污水灌溉后引起的污染问题起到了积极作用；但也存在一个潜在的问题，即产生的污泥的处置与处理问题。大量的污水污泥任意排放和堆放带来了不良后果：一是环境的污染；二是污水污泥中含有的多种营养物质得不到利用，造成资源浪费。 污水污泥富含有机质和N、P、K等植物有用的营养来源。它能够替代肥料并且提高作物产量。 适量施用对植物的生长有较好的促进作用，促进经济效益，增加经济效益。据有关报道显示，我国大约有45%的污水污泥用作农业利用。污泥的主要特性是含水率高，有机物含量高， 污泥是由污水处理过程中得到的固体有机物质，并且可以特作为肥料通常与其他物质配合使用。
在暑期高温问题已经成为植物生长的主要限制因素，由于全球温室效应的加剧而呈扩大趋势。天津在2012年市区平均气温最高，为26.8℃；平均相对湿度均超过70% 全市各区县35℃以上高温日有7天。高温下，植物蒸腾作用加剧失水严重，高温下，植物叶片茸毛、气孔数量、角质层厚度及栅栏细胞的排列会发生变化。高温下，植物的生长发育会因高温受到不同程度的影响。如植物的根、叶等会因高温胁迫受到影响。高温逆境下，植物的叶绿素及叶绿素确合成受阻含量下降。
   当植物受到高温胁迫时，活性氧等有害物质大量积累、细胞渗透调节物质发生变化、个体及群体光合作用受到抑制、水分利用效率受到影响，最终导植物生长发育受阻、形态发生变化。为了抵御高温对植物所造成的伤害，植物能相应的做出一系列响应，如气孔调控、渗透调节和抗氧化防御等抵抗高温胁迫响应，以减轻高温所造成的伤害。高温热害不仅影响着植物的生理生态过程，而且逐渐成为了限制植物分布、生长和生产力的重要生态因子。
    目前我国草坪植物的生产存在着诸多问题，无法满足城市草坪建植的需要，而其中草坪植物的萌发率和在逆境条件下生存就是一个重要的限制因素。在草坪生产过程中加入污泥浸提液和稀土元素混合浸种，主要是利用污泥浸提液和稀土元素具有增强植物种子活力、促进植物生长、增强植物抗逆性的作用， 将污泥浸提液和稀土元素应用于草坪植物，来提高草坪植物种子的活力、加快草坪植物的生长、提高草坪植物的抗逆性的能力；而这方面技术应用尚无文献报道。不仅可以拓宽城市污水污泥的 使用途径，还能够降低草坪的生产成本，是一条经济可行的途径。草坪植物在城市绿地建设中起了很大的作用，在城市居民区、公共绿地、道路护坡的绿化、封闭式观赏草坪及水土保持方面发挥着举足轻重的作用。为了使草坪植物健康生长并具有优良的质量是草坪管理的最终目标，它的景观效应、观赏价值和为人类提供舒适安全的运动活动场所等优越性越来越受到人们重视。
高温已经成为植物生长的主要限制因素，且其影响由于全球温室效应的加剧而呈扩大趋势。全球气温呈逐年上升趋势，特别是在热带和亚热带过渡气候区域，夏季气温均在40℃以上。高温胁迫导致植物体内有害物质的过多积累，致使膜结构和功能以及蛋白质等受损，甚至导致细胞死亡。一些冷季型草坪植物如高羊茅等在这些地区存在越夏难的问题。目前，高羊茅作为一种冷季型草坪植物，已广泛应用于我国城市绿化建设中。但关于污泥稀土浸提液对田间暑热条件下高羊茅的影响还未见报道。本试验在田间条件下以污泥稀土浸提液浸种高羊茅，通过测定叶绿素、丙二醛、脯氨酸和相对电导率的变化来探讨污泥稀土浸提液对高羊茅抗高温的影响，为稀土进一步应用于草坪建植提供技术支持。
发明内容
本发明公开了一种污泥稀土浸种液，其特征在于它是由重量份数为1:1的污泥浸提液与稀土溶液组成；其中所述的污泥浸提液指的是污泥：蒸馏水的重量份数比为1:2混合后放置24h过滤，得到所需的污泥浸提液；稀土溶液指的是浓度为100-300 mg.L-1的Ce(NO3)3·6H2O或 La(NO3)3·6H2O溶液。
本发明所述的污泥稀土浸种液，其中Ce(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为200-400 mg.L-1。La(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为200-400 mg.L-1。
本发明进一步公开了污泥稀土浸种液在制备调节暑热环境高羊茅生长中的应用。
本发明更进一步公开了一种污泥稀土混合浸种液调节暑热环境高羊茅生长的，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）将取来的污泥，在自然条件下风干，用2-4 mm筛子筛去大块颗粒备用；
（2）然后将污泥于蒸馏水以重量份数为1:2装于容器中放置24h后，过滤，得到所需的污泥浸提液；其中污泥浸提液中含Cr: 0.5875μgl-1，Cu: 3.3μg.l-1，Pb: 26.6μg.l-1，Zn: 36.9μg.l-1，K: 1754.9μg.l-1，PH为6.5-6.7。
（3）分别用蒸馏水将Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O溶解，然后再分别制成浓度100-300 mg.L-1的稀土溶液备用；
（4）将上述污泥浸提液和不同浓度的稀土溶液以1:1的比例混合，得到污泥和稀土浸种液；
（5）采用盆栽的方法，所用容器为直径15 cm，高12 cm的圆柱形塑料质地容器，容器中加入700g烘干后的园土，选择籽粒饱满的高羊茅种子，称取高羊茅种子1.5 g分别播于容器中，于室温下萌发及初期生长，培养期间室内温度为22~28℃，相对湿度为44%~67%，实验初期均在室内进行，每盆充分浇水，以保证完全萌发。出苗稳定后10 d放到田间深埋于土中，以保持植物生长环境播种后，保证每天所需水量，与试验地土壤环境一致；平均气温为26.8℃，35℃以上高温日有7天，平均相对湿度均超过70%；
（6）植物培养40 d后，将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水份，放入烘箱中，在105℃下杀青1 h，80℃烘干至恒重，测量其地上部分干重，视为生物量。
本发明更加详细的制备方法及试验情况如下：
1研制材料与方法
1.1材料
本实验所用污泥取自天津市纪庄子污水处理厂，其主要理化性质为：含水率4.5%，总氮3.25%，总磷0.94%，K: 14327.5μg.g-1，Ca: 23509μg.g-1，Mg: 4410μg.g-1，Cd: 2.01μg.g-1，Cr: 1.875μg.g-1，Cu: 140μg.g-1，Pb: 203μg.g-1，Zn: 1375.62 μg.g-1。
选用我国北方常见的草坪植物多年生黑麦草（Lolium perenne L.）和高羊茅（Festuca arundinacea L.）。稀土元素为铈和镧，采用天津市凯通化学试剂有限公司生产的硝酸铈，其分子式为：Ce(NO3)3·6H2O和天津市津科精细化工研究所生产的硝酸镧，其分子式为：La(NO3)3·6H2O。
1.2污泥与稀土浸种液的制备
    取来的污泥，在自然条件下风干的污泥，用2 mm筛子筛去大块颗粒。 然后以污泥：蒸馏水=1:2。装于锥形瓶中放置24h后 ，然后过滤，得到所需的污泥浸提液。污泥浸提液中污泥液中含Cr: 0.5875μgl-1，Cu: 3.3μg.l-1，Pb: 26.6μg.l-1，Zn: 36.9μg.l-1，K: 1754.9μg.l-1。PH约为6.7。
用蒸馏水将Ce(NO3)3·6H2O和La(NO3)3·6H2O溶解后，分别制成浓度为100、200、300 mg.L-1的溶液。然后将上述污泥浸提液和不同浓度的稀土溶液以1:1的比例混合得到污泥和稀土浸种液。
1.3研制方法
实验共设8个处理，分别为：蒸馏水、纯污泥浸提液、100 mg.L-1铈+污泥浸提液、200 mg.L-1铈+污泥浸提液、300 mg.L-1铈+污泥浸提液、100 mg.L-1镧 +污泥浸提液、200 mg.L-1镧 +污泥浸提液、300 mg.L-1镧 +污泥浸提液，其中以蒸馏水浸种为对照组（CK），实验为3次重复。将黑麦草和高羊茅的种子分别放于直径5.5cm培养皿中，每皿50粒。加入上述溶液直至没过种子。避光浸种24 h后取出。用滤纸将种子表面的水吸干，然后将两种草坪植物种子分别播于铺有滤纸的培养皿（直径5.5 cm）中，置于实验台上萌发，每天早晚各浇水1次，待种子萌发出来后，经常调换各培养皿的位置以保证光照一致。实验周期为30 d，培养期间实验室温度为22-25℃，湿度为40%-52%，光照为透入室内的自然光，强度为460-720μmol.m-2·s-1。
出苗稳定后10 d放到田间深埋于土中，以保持植物生长环境播种后，保证每天所需水量，与试验地土壤环境一致。田间温度环境：平均气温为26.8℃，35℃以上高温日有7天，平均相对湿度均超过70%。
1.4指标测定
1.4.1种子萌发相关指标测定
 种子胚根长出并超过种子长度一半视为萌发，当萌发第5 d时，测定发芽率和发芽指数。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。种子活力指数计算公式为：VI=GI×S，其中 VI为活力指数，S为单株幼苗平均鲜重。
1.4.2幼苗生长指标测定
发芽后每5 d测定1次株高，播种30 d后刈割，测定地上鲜重和干重、以及叶绿素。方法为：将草坪植物齐根剪下，用电子天平称量鲜重，80℃烘干至恒重，测量地上部的干重。叶绿素含量的测定采用丙酮乙醇混合液法：准确称取0.1 g，剪碎（1-2 mm宽），放入实验小黑盒中，加丙酮-乙醇（比例为1:1）混合提取液10ml，盖塞，在室温下暗处放置24 h，直到材料变白。然后在663nm和645nm波长下测定光密度。按照公式计算。
1.5数据处理
数据分析采用EXCEL和SPSS17.0分析软件进行处理。
2.研制结果与分析
2.1污泥与稀土浸种液对草坪植物种子萌发指标的影响
由表1可见，所有污泥与稀土浸种液处理种子萌发率均显著高于对照处理，并且在本实验浓度设置范围内，随着稀土元素浓度的提高，黑麦草和高羊茅的萌发率基本呈现升高的趋势。其中300铈 +污泥浸提液处理，黑麦草萌发率比对照提高了12.8%（P﹤0.05）。200镧+污泥浸提液处理下，黑麦草种子活力指数最高，和对照相比增加了71.4%。
300铈+污泥浸提液和300镧+污泥浸提液处理下，高羊茅萌发率均达到最大，显著高于其它浸种处理和对照（P﹤0.05），比对照分别提高了23.4%和24.4%。其它浸种液处理间均未达到显著水平差异。高羊茅种子活力指数在100铈 +污泥浸提液处理下达到最高。
试验结果表明，黑麦草中300镧+污泥浸提液处理的效果最为显著。高羊茅各浸种液处理活力指数均显著高于对照，但各处理间差异不显著，其中，300铈+污泥浸提液发芽指数比对照提高了32.8%，为变化最为明显的处理。
表1 污泥与稀土浸种液对草坪植物种子萌发指标的影响
注：同列中污泥与稀土浸种处理字母相同者差异不显著 (P>0.05)；下同。
2.2污泥与稀土浸种液对草坪植物株高的影响
不同处理浓度的稀土与污泥浸种液能显著促进黑麦草株高生长（表2），以200铈+污泥浸提液浓度效果较为明显。各浓度下黑麦草株高和对照间有显著差异（P>0.05）。播种后5d，300铈+污泥浸提液处理的株高最高，比对照高出40.5% ，当播种10d后，200铈+污泥浸提液处理的株高比对照高出10.8%。播种后15d和25d分别比对照高出11.1%和11.2%。200镧+污泥浸提液处理在播种后第5天黑麦草增加了33.4%。
不同处理浓度的污泥与稀土浸种液对高羊茅株高的初期生长有明显的促进作用（表2）。当浓度为300铈时，播种后第5 d株高最高比对照高出31.3%；200镧+污泥浸提液处理在播种后第5 d高羊茅的株高增加了24.7%。在后期的生长中，以200铈+污泥浸提液和200镧+污泥浸提液处理较好。
表2 污泥与稀土浸种液对草坪植物株高的影响（cm）
2.3污泥与稀土浸种液对草坪植物生物量的影响
不同浓度的污泥与稀土浸种液能明显增加黑麦草的重量（表3），200铈+污泥浸提液和300镧+污泥浸提液处理的鲜、干重显著高于对照。当以300镧+污泥浸提液浸种时，鲜重比对照增加55.0%，干重比对照增加1.36倍。同样，浸种处理也能明显增加高羊茅的重量，其中对鲜重的影响以100镧+污泥浸提液浸种时效果最好，比对照增加33.3%。对干重和干鲜比的影响是以200镧+污泥浸提液效果最好；分别高出对照50.0%和25.0%。
表3污泥与稀土浸种液对草坪植物生物量的影响
2.4 污泥与稀土浸种液对草坪植物叶绿素的影响
污泥与稀土浸种液有利于黑麦草叶绿素含量的提高，对叶绿素a的影响是以300镧+污泥浸提液浓度下含量最高，高出对照20.6%；对叶绿素b含量、总叶绿素和叶绿素a/b的影响差异不显著（P>0.05）。
浸种处理对高羊茅叶绿素a的影响是，300镧+污泥浸提液浓度下含量最高，高出对照43.7%；对于叶绿素b，无论是高浓度或者是低浓度的处理，对其含量均没有明显的影响；总叶绿素含量在高浓度稀土元素影响下增加较多；叶绿素a/b在200铈+污泥浸提液浓度为最高（表4）。
表 4 污泥与稀土浸种液对草坪植物叶绿素含量的影响
3 研制结论
从种子萌发来看，200镧+污泥浸提液处理下，黑麦草种子活力指数最高，和对照相比增加了71.4%，而高羊茅在100铈+污泥浸提液处理下最高。两种草坪植物种子的萌发率均在高浓度的稀土+污泥浸提液处理下达到最大，300 铈 +污泥浸提液处理的黑麦草与对照有显著的差异，萌发率比对照提高了12.8%。稀土和污泥浸提液处理能显著促进两种草坪草幼苗株高生长，与对照相比，200镧+污泥浸提液处理在播种后第5天黑麦草和高羊茅的株高分别增加了33.4%和24.7%。当浓度为300铈+污泥浸提液处理的高羊茅，播种后第5d株高最高比对照高出31.3%。从叶绿素含量来看，300 镧+污泥浸提液处理下最高。此外，通过将污泥浸提液加以利用，可以降低草坪草的生产成本，美化城市环境，实现环境效益和经济效益的高效统一，促进社会生态建设和可持续性发展。同时，将稀土应用于草坪建植也具有一定的实践意义。
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
一种污泥稀土浸种液，它是由重量份数为1:1的污泥浸提液与稀土溶液组成；其中所述的污泥浸提液指的是污泥：蒸馏水的重量份数比为1:2混合后放置24h过滤，得到所需的污泥浸提液；稀土溶液指的是Ce(NO3)3·6H2O或 La(NO3)3·6H2O水溶液。
其中Ce(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为200、300、400 mg.L-1。
La(NO3)3·6H2O稀土溶液的浓度为200、300、400 mg.L-1。
方法：
（1）将取来的污泥，在自然条件下风干，用2 mm筛子筛去大块颗粒备用；
（2）然后将污泥于蒸馏水以重量份数为1:2装于容器中放置24h后，过滤，得到所需的污泥浸提液；
（3）分别用蒸馏水将Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·6H2O溶解，然后再分别制成浓度200-400 mg.L-1的稀土溶液备用；
（4）将上述污泥浸提液和不同浓度的稀土溶液以1:1的比例混合，得到污泥和稀土浸种液；
（5）采用盆栽的方法，所用容器为直径15 cm，高12 cm的圆柱形塑料质地容器，容器中加入700g烘干后的园土，选择籽粒饱满的高羊茅种子，称取高羊茅种子1.5 g分别播于容器中，于室温下萌发及初期生长，培养期间室内温度为25℃，相对湿度为45%，实验初期均在室内进行，每盆充分浇水，以保证完全萌发。出苗稳定后10 d放到田间深埋于土中，以保持植物生长环境播种后，保证每天所需水量，与试验地土壤环境一致；田间温度环境：平均气温为26.8℃，35℃以上高温日有7天，平均相对湿度均超过70%；
（6）植物培养40d后，将高羊茅齐根刈割，地上部分用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水份，放入烘箱中，在105℃下杀青1 h，80℃烘干至恒重，测量其地上部分干重，视为生物量。

Claims (1)

1.污泥稀土浸种液在作为调节暑热环境高羊茅生长试剂中的应用；所述的污泥稀土浸种液，它是由重量份数为1:1的污泥浸提液与稀土溶液组成；其中所述的污泥浸提液指的是污泥：蒸馏水的重量份数比为1:2混合后放置24h过滤，得到所需的污泥浸提液；稀土溶液指的是浓度为100mg/L 、200 mg/L、300 mg/L的La(NO3)3·6H2O 或Ce(NO3)3·6H2O水溶液；其中污泥浸提液中含Cr: 0.5875μg.l -1 ，Cu: 3.3μg.l -1 ，Pb: 26.6μg.l -1 ，Zn: 36.9μg.l -1 ，K: 1754.9μg.l -1 ，pH为6.5-6.7。
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