CN112930928A

CN112930928A - 一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂及使用方法

Info

Publication number: CN112930928A
Application number: CN202110365379.6A
Authority: CN
Inventors: 张巍巍; 方得安; 许佳瑶; 孙子程
Original assignee: Shenyang University
Current assignee: Shenyang University
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明是一种减缓大气臭氧污染对臭氧敏感类植物毒性的制剂及使用方法，属于大气污染监测与植物防护领域。该防护剂由硝酸铵钙、木醋液和水组成。本发明通过植物叶面喷施结合根部施入的方法，减缓植物因大气高浓度臭氧导致的氧化伤害，达到防护臭氧对敏感性植物的毒害作用。制剂的使用方法为：先配制硝酸铵钙水溶液植物根部土壤施入，然后配制木醋液水溶液，采用喷施植物方式。本发明的优点是：安全无毒，环境友好，部分试剂作为常用无机肥料，还有助于植物生长；原位防护，无需繁杂工序，施用运输安全，施用方式简单，可用于城市园林、绿化等环境大面积使用。

Description

一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂及使用方法

技术领域

本发明涉及一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂及使用方法，属于大气污染监测与植物防护领域。

背景技术

近地层臭氧已成为影响我国大中城市夏季空气质量的首要污染物，并且浓度逐年升高。臭氧具有强氧化性，对陆地植被具有很强的毒性作用，例如可以诱发敏感性植物出现叶面损伤、造成进行光合作用的叶面积变小、降低植物净光合速率，抑制植物生长和发育，影响农作物产量和质量。监测数据表明，2013年至2017年，我国31个省会城市第90分位的日最大8小时臭氧平均浓度（MDA 8）从61.6 ppb增加到76.0 ppb，已超过臭氧对植物的危害阀值（40 ppb）。据估计，全球因臭氧污染造成的农作物经济损失高达90.8亿美元，我国长江三角洲地区农业经济损失为14.75亿元人民币。因此，找到一种减缓大气臭氧污染对植物毒害作用的有效制剂以及施用方法，对臭氧浓度升高背景下植物生长和农业生产有重要的意义。

臭氧主要通过气孔进入植物体内，并引发活性累积和爆发。研究表明，通过向叶片外源喷施抗氧化剂（如水杨酸和抗坏血酸、酚类）可以在一定程度上有效防护臭氧对植物的氧化损伤。木醋液的主要成分为酚类和酸类等物质，其中酸类如水杨酸和抗坏血酸等、酚类如类黄酮等是植物体内重要的活性氧清除剂，可以有效清除臭氧进入植物体内产生的活性氧。木醋液中的这类酚类和酸类等物质被植物叶片吸收后，可以直接参与对臭氧和活性氧的解毒，保护叶片叶绿体，还能提高植物维生素C含量，抗氧化酶含量，作为微肥施用可以促进植物根系、茎秆和叶片生长。并且，木醋液对植物病菌的抑菌效果，还可以减弱植物病菌在臭氧造成的叶片损伤部位进行繁殖和侵入。

此外，植物的营养状态影响植物的臭氧敏感性，植物体内氮素水平越高植物对逆境的抵御能力更强。硝酸铵钙（5Ca(NO₃)₂·NH₄NO₃·10H₂O）是一种含氮和速效钙的新型高效复合肥料，易溶水、肥效快，植物可直接吸收，可以快速补氮和补钙，可提高植物对病害的抵抗力。硝酸铵钙中的硝酸根(NO₃ ^-)是植物主要的营养物质，可以作为信号分子调控植物的生长发育和形态建成，还会影响植物对逆境的适应性。臭氧会造成植物叶绿体降解、降低光合酶的活性、引起叶片早衰和提前脱落，而氮素水平的提高可以提高植物叶绿素含量、提高净光合速率，延缓植物的衰老。此外，钙是作物生长发育所必需的营养元素，参与诸多与环境胁迫相关的响应调节过程；在光合作用中Ca²⁺参与了气孔运动等生理过程，能够有效改善植物的光合能力，同时也可以影响气孔运动影响臭氧进入。外源钙盐可以增强植株细胞对逆境的抗性，有效缓解植株光合能力的下降，提高植物的光合性能。硝酸铵钙中的水溶性钙，可以提高植物对大气污染和植物病害的抵抗力。硝酸铵钙是不会引起土壤板结，并且能降低活性铝的浓度，提供的水溶性钙能促使土壤中有益微生物的活动，是一种高效环保绿色肥料。

现有缓解臭氧伤害的方法有喷施EDU（乙烯二脲）、抗坏血酸溶液等方法，存在难以获得或造价高等问题，并且EDU对环境的长期影响尚无全面评估。采用木醋液、配合硝酸铵钙进行大气臭氧伤害防护，对环境与动物无毒无害，可以发挥其协同增效的作用，增强植物对逆境的适应性，对环境保护具有积极作用。木醋液是一种源于生物质且环境友好的、兼具多种功能的植物生长调节物质，具有良好的开发应用前景。

发明内容

本发明提出了一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂及使用方法，其目的是为了降低和缓解大气臭氧污染对植物的氧化损伤问题，提高植物对臭氧胁迫的抵抗能力，减缓臭氧对植物叶片伤害、生长和发育的影响。

本发明的技术原理：使用硝酸铵钙、木醋液水溶液来减缓的毒性原理是：硝酸铵钙中含有的氮素可以提高植物的抗逆性、含有的钙离子可以参与植物气孔运动等生理过程，减少臭氧经由气孔进入植物体内的量。臭氧对植物影响主要是通过产生活性氧物质、引发氧化损伤，木醋液中含有的酚类和酸类物质是植物体内重要的活性氧清除剂，被植物叶片吸收后，可以直接参与对臭氧和活性氧的解毒。因此，采用硝酸铵钙、木醋液水溶液，可以发挥其协同增效的作用，减缓大气臭氧对植物造成的氧化损伤。

具体配置和施入方法：

一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂，由硝酸铵钙、木醋液和水组成。其特征在于按照以下步骤配置防护剂并施用：（1）硝酸铵钙液态肥的制备：称取一定质量的硝酸铵钙肥料，充分溶解于水中，用水定容到1.0 L，得到硝酸铵钙液态肥，常温保存。（2）木醋液的制备：收集廉价生物质材料在热解碳化反应中产生的蒸汽，经冷凝回收得到木醋液，将木醋液配置成一定浓度的稀溶液，避光常温保存。（3）使用时，硝酸铵钙液态肥施入植物根部土壤中，春季至秋季（北方城市5-9月）每15~30天施入1次。木醋液采用叶片喷施方式，春季至秋季（北方城市6-9月）每5~20天喷施1次。

所述的硝酸铵钙液态肥的质量浓度为0.30~2.50%。

所述的硝酸铵钙液态肥采用根部土壤浇灌的施入方式，春季至秋季（北方城市5-9月）每15~30天施入1次。

所述的制备木醋液所使用的廉价生物质材料为玉米芯、作物秸秆及壳斗科树皮中的一种或几种，生物质材料通过热解炭化方式提取，静置48~100小时后，取上清液过滤膜后得到的精制木醋液。木醋液的pH范围为3.0~4.70，主要成分为酚类和酸类。

所述的木醋液需将精制木醋液稀释200~500倍，配置体积分数为0.20~0.50%浓度的木醋液。

所述的木醋液采用叶片喷施方式，春季至秋季（北方城市5-9月）每5~20天喷施1次。

与现有防护大气臭氧对植物伤害的方法相比，本发明的优点如下：

（1）本发明中的制剂——硝酸铵钙是一种肥料，容易获得、价格低廉、肥效长、利用率高、挥发损失小造成资源浪费少；

（2）本发明中的制剂——木醋液是一种农林废弃物炭化利用的副产品，源于生物质且环境友好，无二次污染风险；

（3）本发明中制剂施用方法采用叶面喷施和土壤施入方式，发挥硝酸铵钙和木醋液协同增效的作用；

（4）本发明中的制剂运输安全、施用方便，减缓臭氧伤害的效果较好。

附图说明

图1臭氧敏感性作物大豆叶片症状。

图2 臭氧敏感性作物大豆叶片叶绿素含量。

图3臭氧敏感性树木紫椴叶片丙二醛含量。

图4臭氧敏感性树木紫椴叶片气孔导度。

图5 臭氧敏感性观赏灌木红叶石楠叶片净光合速率。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。

实施例1

在本实施例中，选用对臭氧较为敏感的作物大豆为对象，选取三个实验组：洁净大气处理、高浓度臭氧处理（56.3 nL/L）、高浓度臭氧处理+木醋液与硝酸铵钙处理（木醋液浓度体积分数0.60%，每10天喷施一次；硝酸铵钙水溶液浓度为2.0%，每20天土壤施入1次），在处理60天后测定叶片症状、叶绿素含量。

各个实验组大豆叶片症状结果如图1。洁净大气实验组和高浓度臭氧+木醋液与硝酸铵钙实验组的植物叶片症状不明显，而高浓度臭氧实验组大豆叶片臭氧伤害症状明显。

各个实验组大豆叶绿素含量如图2。由图中可知，与洁净大气实验组相比，高浓度臭氧实验组的大豆叶绿素含量显著下降37.2%，而高浓度臭氧处理+木醋液与硝酸铵钙处理下植株叶绿素含量仅降低5.8%，无显著差别。这说明添加木醋液与硝酸铵钙可以减缓臭氧对大豆叶绿体的伤害，起到防护作用。

实施例2

在本实施例中，选用对臭氧较为敏感的树种——紫椴幼苗为对象，选取三个实验组：洁净大气处理、高浓度臭氧处理（75 nL/L）、高浓度臭氧处理+木醋液与硝酸铵钙处理（木醋液浓度体积分数0.10%，每7天喷施一次；硝酸铵钙水溶液浓度为1.50%，每21天土壤施入1次），在处理42天后结束后测定叶片丙二醛含量和气孔导度。

各个实验组紫椴叶片丙二醛含量如图3。与洁净大气实验组相比，高浓度臭氧实验组紫椴叶片丙二醛含量显著升高52.3%，表明臭氧浓度升高可加剧植物叶片膜脂过氧化程度，而添加木醋液与硝酸铵钙实验组植株丙二醛含量仅略微升高9.1%，明显缓解了臭氧的氧化伤害。

各个实验组紫椴叶片气孔导度变化如图4。结果表明：与洁净大气实验组相比，高浓度臭氧实验组紫椴叶片气孔导度显著升高48.4%，而添加木醋液与硝酸铵钙实验组植株气孔导度仅升高11.1%，有效降低了臭氧经由气孔进入植物体内的通量。

实施例3

在本实施例中，选用对臭氧较为敏感的观赏类灌木-红叶石楠为对象，选取三个实验组：洁净大气处理、高浓度臭氧处理（100 nL/L）、高浓度臭氧处理+木醋液与硝酸铵钙处理（木醋液浓度体积分数1.5%，每15天喷施一次；硝酸铵钙水溶液浓度为2.5%，每15天土壤施入1次），在处理45天后测定叶片净光合含量，如图5。结果表明：

与洁净大气实验组相比，高浓度臭氧实验组红叶石楠叶片净光合速率显著降低42.2%，而添加木醋液与硝酸铵钙实验组植株净光合速率显著仅下降7.9%，比高浓度臭氧实验组升高59.4%，缓解了臭氧对光合作用的抑制作用。

Claims

1.一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂，由硝酸铵钙、木醋液和水组成；其特征在于按照以下步骤配置防护剂并施用：（1）硝酸铵钙液态肥的制备：称取一定质量的硝酸铵钙肥料，充分溶解于水中，用水定容到1.0 L，得到硝酸铵钙液态肥，常温保存；（2）木醋液的制备：收集廉价生物质材料在热解碳化反应中产生的蒸汽，经冷凝回收得到木醋液后精提取，将木醋液配置成一定浓度的稀溶液，避光常温保存；（3）使用时，硝酸铵钙液态肥施入植物根部土壤中，春季至秋季（北方城市5-9月）每15~30天施入1次，木醋液采用叶片喷施方式，春季至秋季（北方城市6-9月）每5~20天喷施1次。

2.根据权利要求书1所述的一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂及使用方法，其特征在于，硝酸铵钙液态肥的质量浓度为0.30~2.50%，采用根部土壤浇灌的施入方式，春季至秋季（北方城市5-9月）每15~30天施入1次。

3.根据权利要求书1所述的一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂及使用方法，其特征在于，制备木醋液所使用的廉价生物质材料为玉米芯、作物秸秆及壳斗科树皮中的一种或几种，生物质材料通过热解炭化方式提取，静置48~100小时后，取上清液过滤膜后得到的精制木醋液；木醋液的pH范围为3.0~4.70，主要成分为酚类和酸类。

4.根据权利要求书1所述的一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂及使用方法，其特征在于，木醋液需将精制木醋液稀释200~500倍，配置体积分数为0.20~0.50%浓度的木醋液。

5.根据权利要求书1所述的一种减缓大气臭氧污染对敏感类植物毒性的防护剂及使用方法，其特征在于，木醋液采用叶片喷施方式，春季至秋季（北方城市5-9月）每5~20天喷施1次。