CN104844391B

CN104844391B - 采用otc与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法

Info

Publication number: CN104844391B
Application number: CN201510226859.9A
Authority: CN
Inventors: 多立安; 赵树兰; 齐帅
Original assignee: Tianjin Normal University
Current assignee: Tianjin Normal University
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-12-29
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: CN104844391A

Abstract

本发明公开了一种采用土霉素（OTC）与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法。它是利用OTC和城市生活垃圾堆肥协同，调控园林造型类艺植土壤酶活性，达到抑制园林艺植造景中的观赏植物生长、降低管理成本的目的。主要是将装有125g园土+25g堆肥+20mmol/kgOTC的容器一半撒上0.25g提前24h浸泡过的高羊茅种子，在OTC暴露即种子萌发后的第7、21和35天分别取杯中土样，并对土壤中脲酶及过氧化氢酶活性进行测定分析。

Description

采用OTC与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及采用土霉素（OTC）与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法。

背景技术

生活垃圾即城市人们日常生活中排弃的固体废弃物的统称，我国对城市生活垃圾的处理多采用堆肥技术。城市生活垃圾堆肥含有磷、氮、钾和有机质等多种植物生长所需营养物质，可作为有机肥料应用于农业。垃圾堆肥中的养分能够使养分中的有机质含量增加11.81%-72.12%。有研究表明生活垃圾堆肥的施用能够显著提高大白菜产量。研究发现利用生活垃圾堆肥做为基质种植茶树，比对照组增产7%左右。而将生活垃圾堆肥作为组配基质替代耕层土壤生产草皮，则是垃圾堆肥应用的另一有效方式。以生活垃圾堆肥为主体材料来培植草坪植株，实验证明所用组配基质能够培植草皮，与土壤相比综合性能较强，各应用生态性能如杂草控制和节水等性能良好；通过研究黑麦草和高羊茅对复合城市生活垃圾堆肥基质的生态响应得出，用生活垃圾堆肥来替代土壤具有一定的资源开发潜力。

草坪建植体系是集生态调控、美化环境和文化娱乐等多种功能为一体的生态工程。作为城市园林绿化的重要组成部分，草坪绿地是衡量经济发展程度的标准之一，也是衡量现代化城市的标准之一，是现代城市社会发展与经济实力的一个有力体现，草坪建植体系的构建对于改善城市投资环境、招商引资、促进旅游等各个方面都起着不可忽略的作用。草坪在带来景观和美化效果的同时，在维系生态系统平衡方面也发挥着重要作用。首先，它能够净化空气、杀菌消毒，草坪通过光合作用吸收CO₂放出O₂保持空气中CO₂和O₂的平衡，草坪还能稀释、分解、吸收和固定大气中的有毒气体、致癌物质和某些重金属气体等有毒物质，通过光合作用变害为利。其次，草坪能够保持水土、维持生态平衡。草坪能致密覆盖地表的草层，并且密集的根系能有效固着表土，防止地表径流的形成，降低表土被带走的可能性。另外，草坪还可以减缓太阳辐射，有效降低地表温度、增加空气湿度。近年来，环境问题日益严重，草坪绿地在保护人类生存环境及人类身心健康方面有着十分重要的生态和环保价值。但草坪草生存于自然界，地理分布范围广泛，生长繁殖常遭受不良环境的影响，如在草坪建植中，草坪植物易受病虫害、和杂草的侵染和威胁，并为制约草坪草生长的主要生物胁迫因素。杂草侵害科导致草坪失败，而病虫害可是草坪的生态和景观性能降低。另一方面，在草坪的养护管理中，由于草坪植物的再生性较强，不断的刈割也会造成管理成本的大大提高。所以，在突出生态景观河经济效益的今天，减轻病虫害、抑制草坪草生长、降低刈割成本是一项非常有意义的工作。利用减轻病虫害、抑制草坪草生长、降低刈割成本等草坪建植技术，可为城市园林生态建设提供技术支撑。

农药的广泛应用，为世界各国的农业生产发展做出了巨大贡献。我国作为农业大国促使了农药工业从无到有直至壮大并形成一个协同发展的体系；农药的使用在促进了我国农业生产发展。抗生素目前在全球达到1×10⁵—2×10⁵吨/年的使用量，成为世界上最为广泛同时也是使用量最大的药物之一。我国每年有成千上万吨的抗生素类药物被用于畜禽养殖业和人的医疗中。而四环素类抗生素由于具备广谱性、质优价廉等特点，已经成为是世界范围内应用最为广泛的抗生素之一。欧共体中四环素类抗生素用量达2300吨。在2003年，世界共生产OTC总量约为16000吨，其中约有65%是由中国生产的。如今，现在的生产和消费OTC仍继续上升。其中以金霉素、四环素和OTC在实际应用过程中使用量最大并且最为广泛。

土壤酶会参与土壤系统中许多重要代谢过程。如；有机质的分解、壤肥力的形成、污染物的降解等等。因此其在土壤碳、氮、磷、硫循环过程中具有重要作用。土壤酶活性还作为土壤中各种生物化学反应过程强度和方向的指标之一。但土壤酶活性也容易受到环境中化学、物理和生物等诸多因素的影响。因此除了考虑其对植株体内和渗漏液中重金属含量的影响外，对土壤酶活性的影响也作为探讨土壤污染的有效生物指标之一。有人通过实验证明堆肥中重金属与农药复合污染物对土壤中各种酶活性产生不同影响。但对于抗生素与堆肥重金属耦合物对土壤酶活性影响的研究还鲜为报道。因此本技术以OTC和堆肥耦合，研究OTC在植物生长的不同时期，测定其对土壤脲酶、过氧化物酶以及多酚氧化酶活性的影响。在农业中OTC广泛使用，但其利用单纯用于病害防治。

发明内容

本发明利用OTC和城市生活垃圾堆肥协同，调控园林造型类艺植土壤酶活性，达到抑制园林艺植造景中的观赏植物生长、降低管理成本的目的。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种采用OTC与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）在自然光下进行，处理组分别为：

125g园土+25g堆肥（Ⅰ）；

150g园土+20mmol/kgOTC（Ⅱ）；

125g园土+25g堆肥+20mmol/kgOTC（Ⅲ）；

充分混匀将其装入塑料容器Φ_上口径=6.8m，Φ_底=4.8cm， h=7.4cm，再套上纸杯；

（2）将每一塑料容器表面分为两部分，其中一半撒上0.25g提前24h浸泡过的高羊茅种子，每天早晚各浇2次水，一次浇4-6ml以满足植物生长所需；前一周使种子处于黑暗处促进种子萌发，在OTC暴露即种子萌发后的第7、21 和35天分别取杯中土样，并对土壤中脲酶及过氧化氢酶活性进行测定分析；

（3）种子萌发后第7天开始进行株高的测量，每7天进行一次测量，直至播种第35天收割进行最后一次株高测量，刈割，烘干生物量，测定地上生物量；室内的温度和相对湿度分别为21-29℃，30-45%，光照强度为700-1000μmol.m^-2.s^-1。

本发明进一步公开了采用OTC与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法在降低土壤酶活性方面的应用。特别是用于园林造型类艺植土壤方面的应用；所述的园林造型类艺植指的是盆栽、盆景。同时也包括在降低刈割成本方面的应用。

本发明更加详细的描述如下：

1 研制材料与方法

1.1供试材料

供试土壤样品取自天津师范大学院内(土壤背景值见表1)。土壤深度为0-20 cm，采集的土壤样品过2 mm筛混匀备用。

选取购自天津市小淀垃圾堆肥处理厂的生活垃圾堆肥作为基质。实验前将垃圾堆肥中的塑料薄膜、砖瓦、石块和玻璃等大块杂物去除。风干后，过2 mm筛，备用。堆肥理化性质为： pH 7.62，有机质含量221.25 g·kg^-1，全氮13.48 g·kg^-1，有效磷0.078 g·kg^-1，C/N是8.37，饱和含水量0.76 mL·g^-1，容重0.85 g·mL^-1；重金属（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）含量分别为1.97、67.00、238.73、172.11和496.38 mg·kg^-1。园林植物选择为：草坪植物选用高羊茅（Festuca arundinacea L.）。

OTC（土霉素）即氧四环素，化学名称为6-甲基-4-（二甲氨基）-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11-二氧代-1,4,4a,5,5a,6,11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。四环素类抗生素，分子式为C₂₂H₂₄N₂O₉，相对分子质量为460。结构式如下：

本实验所用OTC购自大连市吉航制药有限公司，纯度为98%的分析纯。

表1 供试土壤理化性质

1.2实验设计

此实验在室内自然光下进行。实验共设置4个处理，对照组为150g园土（CK）；处理组分别为：125g园土+25g堆肥（Ⅰ）； 150g园土+20mmol/kgOTC（Ⅱ）；3. 125g园土+25g堆肥+20mmol/kgOTC（Ⅲ）；充分混匀将其装入塑料容器（Φ_上口径=6.8m，Φ_底=4.8cm， h=7.4cm），再套上纸杯防止光照对土壤酶活性产生影响，每个测定3次重复。将每一塑料容器表面分为两部分，其中一半撒上0.25g提前24h浸泡过的高羊茅种子，每天早晚各浇2次水，一次浇大约4ml左右以满足植物生长所需；前一周使种子处于黑暗处促进种子萌发，在OTC暴露即种子萌发后的第7、21 和35天分别取杯中土样，并对土壤酶活性进行测定分析。测定地上生物量。室内的温度和相对湿度分别为21-29℃，30-45%，光照强度为700-1000μmol.m^-2.s^-1。

1.3测定方法

取塑料容器中土壤，风干后过65目筛。

采用苯酚钠比色法来测定脲酶活性。将5g风干样土，放到50ml锥形瓶中，加1ml甲苯。15min后向锥形瓶中加入10 ml的浓度为 10%尿素液和20 ml柠檬酸盐缓冲液（pH6.7）。摇匀后在37℃恒温箱中培养24h后过滤。取3ml放于25ml容量瓶中。按绘制标准曲线的显色方法进行比色测定。

高锰酸钾滴定法来测定过氧化氢酶的活性。将2.00g风干样土和40ml蒸馏水共同放于100ml锥形瓶中，然后加入5ml 浓度为0.3%的H₂O₂溶液，在振荡机上振荡20min（120r/min）。最后添加5ml 3N的H₂SO₄。以最终颜色为淡粉红色作为标准，取25ml滤液用0.1N的KMnO₄进行滴定。土壤过氧化氢酶活性以所消耗的KMnO₄的mg数来表示。另外做对照。

其活性单位是0.1N KMnO₄ml/g干土·20min。

结果计算：0.1N KMnO₄ ml/g土·20min=(3.16mg/ml×Vml×2)/2g=3.16V（mg/g）。

邻苯三酚比色法来测定多酚氧化酶的活性。取1g土样，10ml浓度为 1％邻苯三酚溶液放于50ml锥形瓶中。将瓶内含物摇荡后放在30℃下培养2h。取出后同时加入4ml pH =4.5的CHO-H₃PO₄缓冲液和35ml乙醚，摇匀后萃取30min。最后。在波长为430nm的滤光片下与含有溶解的紫色没食子素融合的着色乙醚相进行比色。设无基质的土壤和无土壤的基质作对照。按照绘制的标准曲线显色方法进行比色测定。

1.4 数据处理

文中数据都是3次重复的平均值以及标准差，采用SPSS 11.7软件对所得数据进行比较均值中的单因素ANOVA统计分析。

2 研制结果分析

2.1不同处理组对土壤脲酶活性的影响

表2所示为不同处理组对土壤脲酶活性的影响。从表中可以看出随着时间的增加，对照组和堆肥处理组促进了土壤中脲酶的活性。而OTC处理组和OTC+堆肥处理组对土壤脲酶活性则表现出先促进后抑制的变化趋势。在植物正常生长的7天后，各处理组与对照相比均促进了脲酶的活性但并无显著性差异。植物正常生长的21天后，各处理组下土壤脲酶活性持续增强，但与对照相比，OTC处理组中脲酶活性低于对照组，抑制率为2.1%。植物正常生长的35天后，各处理组与对照相比均有显著性差异，其中堆肥处理组对土壤脲酶活性的激活率为7.16%，而OTC和OTC+堆肥对重金属的抑制率达到了29.96%和9.01%。

表2不同处理组对土壤脲酶活性的影响（mg·kg^-1）

注：同列数据不同字母表示差异显著（P<0.05）。

2.2 不同处理组对土壤过氧化氢酶活性的影响

不同处理组对土壤过氧化氢酶活性的影响见表3。从中可以看出，随着暴露时间的增长，除OTC处理组外，其他两组均对过氧化氢酶产生抑制作用。暴露第21天后，各处理组的过氧化氢酶均达到最大活性。在暴露第35天后，过氧化氢酶活性均有所降低。在暴露的第7天、第21天和第35天，堆肥处理组和OTC+堆肥处理组对过氧化氢酶均有抑制作用，最大抑制率为69.2%，在第35天的OTC+堆肥处理组中达到。OTC处理组相比并无明显差异。

表3 不同处理组对土壤过氧化氢酶活性的影响（mg·kg^-1）

注：同列数据不同字母表示差异显著（P<0.05）。

2.3不同处理组对土壤多酚氧化酶活性的影响

表4为不同处理组对土壤多酚氧化酶活性的影响。从中可以看出，各处理组对土壤多酚氧化酶均呈现抑制作用。暴露第7天后，各处理组与对照相比抑制作用较为显著，最大抑制率在OTC处理组达到。暴露第21天后，除堆肥处理组外，另外两组与对照相比均有显著性差异。最大抑制率在OTC处理组达到，抑制率为15.31%。暴露第35天后，各处理组下的土壤多酚氧化酶活性均趋于平稳，与对照组相比，无显著性差异。

表4不同处理组对土壤多酚氧化酶活性的影响（mg·kg^-1）

注：同列数据不同字母表示差异显著（P<0.05）。

3 研制结论

通过与对照组相比，OTC处理组对脲酶活性表现为先促进后抑制，对多酚氧化酶表现出显著的抑制作用，而对过氧化氢酶的作用并不明显。堆肥+OTC处理组对三种酶均表现出不同的抑制作用，其中对过氧化氢酶的抑制作用最为严重，抑制率达到69.2%。本技术利用OTC和城市生活垃圾堆肥协同，调控园林造型类艺植土壤酶活性，达到抑制园林艺植造景中的观赏植物生长、降低管理成本的目的。

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。需要特别说明是：本发明所用到的试剂均有市售。

实施例1

采用OTC调控生活垃圾堆肥复合重金属形态的方法：

（1）在自然光下进行，处理组分别为：

125g园土+25g堆肥（Ⅰ）；

150g园土+20mmol/kgOTC（Ⅱ）；

125g园土+25g堆肥+20mmol/kgOTC（Ⅲ）；

（3）种子萌发后第7天开始进行株高的测量，每7天进行一次测量，直至播种第35天收割进行最后一次株高测量，刈割，烘干生物量，测定地上生物量；室内的温度和相对湿度分别为21℃，30%，光照强度为700μmol.m^-2.s^-1。

实施例2

采用OTC调控生活垃圾堆肥复合重金属形态的方法：

（1）在自然光下进行，处理组分别为：

125g园土+25g堆肥（Ⅰ）；

150g园土+20mmol/kgOTC（Ⅱ）；

125g园土+25g堆肥+20mmol/kgOTC（Ⅲ）；

（3）种子萌发后第7天开始进行株高的测量，每7天进行一次测量，直至播种第35天收割进行最后一次株高测量，刈割，烘干生物量，测定地上生物量；室内的温度和相对湿度分别为29℃，45%，光照强度为1000μmol.m^-2.s^-1。

Claims

1.一种采用土霉素（OTC）与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）在自然光下进行，处理125g园土+25g堆肥+20mmol/kgOTC；充分混匀将其装入塑料容器Φ上口径=6.8 cm，Φ底=4.8cm， h=7.4cm，再套上纸杯；

堆肥理化性质为： pH 7.62，有机质含量221.25 g·kg^-1，全氮13.48 g·kg^-1，有效磷0.078 g·kg^-1，C/N是8.37，饱和含水量0.76 mL·g^-1，容重0.85 g·mL^-1；重金属Cd、Cr、Cu、Pb、Zn含量分别为1.97、67.00、238.73、172.11和496.38 mg·kg^-1；

（3）种子萌发后第7天开始进行株高的测量，每7天进行一次测量，直至播种第35天收割进行最后一次株高测量，刈割，烘干生物量，测定地上生物量；室内的温度和相对湿度分别为21-29℃，30-45%，光照强度700-1000。

2.权利要求1所述采用OTC与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法在降低土壤酶活性方面的应用。

3.权利要求1所述采用OTC与堆肥协同调控园林土壤酶活性的方法在用于园林造型类艺植土壤方面的应用；所述的园林造型类艺植指的是盆栽、盆景。