廢膠粒為蓄鹽層填充土壤以提高草坪植物抗鹽能力的方法
2023-05-30 15:57:21
專利名稱：：廢膠粒為蓄鹽層填充土壤以提高草坪植物抗鹽能力的方法
技術領域：
：本發明屬於環境保護
技術領域：
，涉及廢膠粒的合理、安全使用方法。更具體的說是一種採用廢膠粒為蓄鹽層填充土壤以提高草坪植物抗鹽能力的方法及應用。
背景技術：
：土壤鹽漬化已成為全球性的熱點生態問題之一，受到廣泛關注。在土壤鹽漬化治理措施中，用石膏、有機聚合物、廢棄物粉煤灰、沙及各類肥料等外源填充材料，可改良鹽土結構，加速排鹽，達到促進植物在鹽漬化土壤條件下對水分和養分吸收與利用的目的。張凌雲和趙庚星的研究表明，施用鹽土壤修復材料，土壤含鹽量、容重、PH值都有所降低，土壤的孔隙度增加，土壤速效N、P、K含量和土壤有機質含量提高，證明鹽土壤修復材料能改善濱海鹽漬土的理化性質，達到土壤改良的目的。此外，鹽鹼地挖出高鹽壤土填入沙土，形成「蓄鹽層」，採用雨後或大水播種，也是一種常見的鹽鹼地改良方法——挖坑填沙法。可見，尋找適宜的土壤外源填充材料，用於鹽土改良，將是一項十分有意義的工作。在大多數情況下，鹽脅迫往往造成植物的生長受阻和組織傷害。抑制種子萌發是妨礙植物在鹽漬地上生長的一個重要問題。鹽抑制萌發的主要原因之一是降低水解酶，特別是a-澱粉酶活力，有研究者發現木麻黃的發芽率和生長速率隨Nacl濃度的增加而降低。鹽脅迫抑制了植物組織和器官的生長，加速了發育進程，使營養生長期縮短，長時間處於鹽脅迫下，植物葉片的面積減少。可能是由於鹽分影響了細胞延伸的速率或是減少了細胞延伸的時間。另一方面，隨著廢舊橡膠的增多，有關廢舊橡膠顆粒資源化利用引起國內外廣泛關注，如廢膠粒可以作為路基或建築材料加以利用；而用廢膠粒作為草坪基質的研究已有報導。國內利用廢膠粒填充草坪基質以改善其理化性質和草坪質量特徵的研究也取得了積極的進展。廢舊橡膠顆粒有彈性，為了利用這一特性，本發明人多年從事廢舊橡膠顆粒用於草坪，以提高抗踐踏性為目的的研究，並關係到廢舊橡膠顆粒的安全性的問題。例如，《植物研究》，第Vol.27No.2公開了本發明人「廢舊橡膠顆粒填充草坪根帶基質及草坪植物生態響應」的研究論文；《生態學雜誌》，2007，26(6)886-891公開了本發明人「廢橡膠顆粒浸提液物質釋放及其浸種」的研究論文；《生態學報》，29卷第4期公開了本發明人「踐踏填充廢膠粒基質草坪黑麥草特徵物質與光合性能」;《園藝學報》，2009，36(2)233-238公開了本發明人「草坪基質填充廢膠粒對踐踏前後黑麥草生物學特性的影響」；公開了專利「廢舊橡膠顆粒在防治草坪基質土壤有害線蟲中的應用(200710059787)；這些研究主要是涉及廢橡膠顆粒對草坪耐踐踏性、植物生長和安全應用的影響。隨著實驗的不斷深入，本發明人進一步的研究發現，以廢膠粒為壓鹽層填充土壤可以改善草坪草抗鹽性能，而有關此項目的研究尚未見文獻報導。
發明內容本發明將廢膠粒填充於草坪基質中，以廢膠粒構建土壤「蓄鹽層」，探討廢膠粒在草坪NaCl脅迫中的根際調控作用，揭示下根系周圍廢膠粒蓄鹽層對草坪植物生長及生理特徵的影響，為廢膠粒鹽漬化土壤建植高質量草坪提供理論依據。為達到上述目的，本發明提供如下的技術方案(1)廢膠粒為蓄鹽層填充土壤以提高草坪植物抗鹽能力的方法，其特徵在於，採用廢膠粒為蓄鹽層，置於土壤20-30cm的底層，土壤置於其上形成基質蓄鹽層，其中土壤與廢膠粒的重量比為101；(2)在蓄鹽層基質上播種草坪植物高羊茅；(3)鹽脅迫於播種15d完全出苗後進行，脅迫方式為遞進脅迫，即每5天進行一次，每次將含有0.2%-1%NaCl的水溶液加入到蓄鹽層基質中，20天後脅迫完畢；(4)脅迫完畢後，高羊茅繼續培養15d，取植株地上部分進行各項生理指標的測定。本發明進一步公開了廢膠粒為蓄鹽層填充土壤在提高草坪植物高羊茅抗鹽性方面的應用，其中所述含0.2%-l%NaCl土壤與廢膠粒的重量比為101。本發明所述的高羊茅抗鹽性體現指標包括提高高羊茅葉綠素含量，提高超氧化物歧化酶活性；增加丙二醛含量和相對電導率本發明通過盆栽土壤基質填充廢膠粒，研究了草坪植物高羊茅對NaCl脅迫的生理響應特徵。結果表明，填充膠粒能在一定程度上提高植物的地下生物量和葉綠素含量；當NaCl濃度超過0.4%時，和對照相比，膠粒處理地上生物、地下生物量有所增加。草坪基質中填充膠粒對過氧化物酶(POD)活性沒有顯著影響，但NaCl濃度高於0.4%時，膠粒處理POD均高於對照；在所設的NaCl濃度範圍內，膠粒的加入明顯增加了超氧化物歧化酶(SOD)活性，尤其在0.2%NaCl濃度下，SOD活性比對照提高了161.66%。另外，膠粒能顯著緩解NaCl脅迫導致的高羊茅葉片丙二醛(MDA)含量和相對電導率的增加，對脯氨酸含量的影響不大。可見，在草坪基質中填充廢膠粒，可以減輕鹽脅迫對高羊茅的傷害，提高了高羊茅的抗鹽性。本發明更加詳細的試驗方法如下1材料與方法1.1試驗材料廢膠粒粒直徑為0.51mm。草坪植物選用高羊茅(FestucaarundinaceaL.)。供試土壤取自於天津師範大學校園內020cm表層土壤，土壤質地為砂質粘土，其性質為pH7.44，有機質含量4.68%，全氮0.21%，有效磷22.03mg.kg-1，飽和含水量0.58ml.g—1。1.2試驗設計試驗採用高羊茅盆栽的方法，選用塑料容器。土壤與膠粒的比例為101;將膠粒置於容器底層，土壤置於其上，膠粒至於土下20-30cm。每盆高羊茅的播種量為0.5g。試驗所用鹽脅迫試劑為分析純NaCl。鹽脅迫於播種15d完全出苗後進行，脅迫方式為遞進脅迫，即每5天進行一次，每次將0.4g的NaCl溶於20mL的水中，然後將此鹽溶液加入到基質中，20天後脅迫完畢，最後使土壤鹽濃度分別達到0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和共6個處理水平。每一處理分別以不含膠粒的相同鹽濃度為對照(CK)；試驗4次重複。脅迫完畢後，草坪植物繼續培養15d，即播種後第50d，取植株地上部分進行各項生理指標的測定，包括葉綠素、丙二醛、脯氨酸含量、相對電導率及保護酶活性等。刈割地上部分之後再培養75d，植物總培養周期為125d。試驗期間平均溫度為18°C，平均相對溼度為37.1%;光照為自然入射光。在草坪培養期間，每天定量給水，以保證植物的正常生長，平均給水量為18mL。1.3指標測定方法將草坪植物齊基質刈割，根部用蒸餾水衝洗乾淨，用吸水紙吸乾植物表面水分，置於烘箱中105°C條件下殺青30min，8(TC烘乾至恆重，測量其地上部和地下部的乾重；葉綠素、丙二醛和脯氨酸含量參照張志良和瞿偉菁的《植物生理學實驗指導》進行測定；相對電導率採用電導率儀法進行測定；POD活性採用愈創木酚法測定；SOD活性採用氮藍四唑(NBT)光還原法。1.4數據處理數據分析採用MicrosoftExcel2003和SPSS13.0進行兩樣本的獨立數據t檢驗分析。2研製結果分析2.1膠粒對NaCl脅迫下高羊茅生物量的影響由圖1可見，高羊茅地上和地下生物量均隨著NaCl脅迫濃度的增加而降低，NaCl濃度越高，降低得越多，說明高濃度的NaCl脅迫明顯抑制了高羊茅的生長，尤其抑制了根系的生長。不同的鹽濃度脅迫下，膠粒的加入對高羊茅生物量的增加產生了積極的影響，當NaCl脅迫濃度超過0.4%時，膠粒處理的地上生物量均高於同濃度未加膠粒的對照，但兩者之間差異並不顯著(圖1-1)。而對於地下生物量，在鹽濃度脅迫範圍內，均表現出膠粒處理高於對照，即在0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1%NaCl濃度下，分別是對照的126.49%,112.98%,114.72%,105.18%,109.16%和128.92%。可見，草坪基質中加入膠粒可以緩解NaCl脅迫對高羊茅生物量的影響(圖1，P>0.05)。其中圖1-1為膠粒對NaCl脅迫下高羊茅地上部生物量的影響(g/皿)；圖1-2為膠粒對NaCl脅迫下高羊茅地下部生物量的影響(g/皿)。2.2膠粒對NaCl脅迫下高羊茅葉綠素含量的影響從表1中可以看出，當NaCl濃度低於0.6%，葉綠素含量隨著NaCl脅迫濃度的增加而降低，但當鹽濃度高於0.6%時又出現上升趨勢，這可能是地上部在高鹽濃度下生長受阻，葉片縮小，葉綠素在葉片中濃縮的結果。基質中加入膠粒以後，葉綠素含量明顯增加，在0.2%的鹽濃度下，膠粒處理葉綠素含量達到最大值0.9mg·g-1,和對照差異極顯著(P<0.01)；在0.4%和鹽濃度脅迫下，膠粒處理與對照間葉綠素含量差異顯著(P<0.05)。可見，草坪基質中加入膠粒可以減輕NaCl脅迫對高羊茅葉綠素含量的影響，提高了植物的光合能力。表1膠粒對NaCl脅迫下高羊茅葉綠素含量的影響(mg·g^Fff)tableseeoriginaldocumentpage62.3膠粒對NaCl脅迫下高羊茅保護酶活性的影響鹽和膠粒處理明顯改變了高羊茅葉片POD和SOD活性。在NaCl脅迫下，POD表現為先降低後升高；當鹽濃度超過0.4%時，膠粒處理增加了POD活性，但與對照間差異不顯著(圖2)。與POD活性的變化規律不同，SOD活性在NaCl脅迫下總的趨勢為先升高，然後緩慢下降。膠粒顯著增加了300活性，在0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1%的鹽濃度下，SOD活性分別比對照增加了28.05%、161.66%,49.11%,42.14%,35.91%和16.29%,在0.2%鹽濃度下增幅最大，與對照間差異極顯著(P<0.01)；在0.4%、0.6%和0.8%的鹽濃度下，膠粒處理與對照間差異顯著(圖3，P<0.05)。2.4膠粒對NaCl脅迫下高羊茅MDA、脯氨酸和相對電導率的影響從表2可以看出，在所有NaCl脅迫濃度下，基質中加入膠粒均降低了丙二醛的含量，其中在0.4%、0.6%和的鹽濃度下，膠粒處理分別比對照降低了14.97%,23.25%和26.38%，差異達到極顯著(P<0.01)，說明膠粒的加入有效緩解了NaCl脅迫下MDA含量的增加，在高鹽濃度(1%)緩解作用最為顯著。表2膠粒對NaCl下高羊茅丙二醛、脯氨酸和相對電導率的影響tableseeoriginaldocumentpage6tableseeoriginaldocumentpage7脯氨酸是植物應答鹽脅迫反應的重要物質。研究表明，基質中加入膠粒後，在0.4%和0.6%鹽濃度下，脯氨酸顯著增加，和對照相比，0.4%濃度下差異極顯著(P<0.01)，0.6%濃度差異顯著(表2，P<0.05)。研究發現，對照組相對電導率隨著鹽濃度的增加基本呈現增加趨勢，尤其在高鹽濃度下表現最為明顯，說明細胞質膜受損傷的程度加重。在基質中加入膠粒後，相對電導率有所降低，尤其在中低濃度表現較為明顯，在0.6%的濃度下比對照降低了39.05%，達到顯著水平(P<0.05)，膠粒可以緩解因鹽脅迫造成的細胞質膜的損傷(表2)。3、研製結論鹽土的結構不良，通透性差，大量的可溶性鹽，降低了土壤的水勢。張凌雲等通過採用鹽土壤修復材料，可增加土壤的水勢，改善土壤的結構和通氣性，有利於養分的吸收和轉化。2004年，王豔梅提出鹽土中放置隔鹽層，如沙石、灰渣等，並同時採用換客土的方法，這樣可以減少鹽通過土壤毛管水分蒸發的返鹽量，為植物創造土壤鹽分淡化的條件。可見，對於鹽土的改良，要有適宜的方法和修復材料。因此，本發明選用廢膠粒作為土壤介質並構建蓄鹽層，不僅可改善土壤通氣性及土壤水勢等物理特性，還可增加草坪基質彈性，是其它土壤添加物無法比擬的。本發明中，高濃度的鹽脅迫明顯抑制了高羊茅的生長，尤其抑制了根系的生長，這與湯巧香等的研究相一致，Storey等認為鹽脅迫對植物生長發育抑制是由於鹽脅迫增加了根系下表皮的木栓化作用，從而抑制對水分和無機離子的吸收。在基質中加入膠粒後，地下生物量均高於對照，可能是膠粒起到了蓄鹽層的作用，限制了鹽分從上層土壤中進入植物體內，減輕鹽脅迫對植物帶來的傷害。在鹽脅迫下，植物吸收不到足夠的水分和礦質營養，造成營養不良，致使葉綠素含量降低，本發明的結果也證實了這一點，高羊茅葉綠素含量隨著鹽濃度的升高而降低。基質中加入膠粒後，葉綠素含量明顯高於對照，緩解了鹽脅迫造成的葉綠素含量的降低，提高鹽脅迫下植物的光合能力。在抗氧化酶系統中，S0D、P0D等保護酶是清除活性氧的關鍵酶，植物往往通過提高SOD和POD的活性來減緩或抵禦逆境脅迫的傷害。梁慧敏等研究發現，隨鹽脅迫濃度的增加，草坪草SOD酶活性迅速提高，在中度鹽濃度下達到最大值，之後，隨鹽濃度的增加，SOD酶活性又開始下降。本發明得出相似的結果，鹽脅迫下，高羊茅葉片POD活性表現為先降低後升高，而SOD活性總體變化趨勢為先升高後稍微有所降低。而基質中加入膠粒顯著增加了各脅迫濃度下SOD活性，從而對保護細胞膜的完整起了積極的作用。MDA作為脂質過氧化作用的產物，是反映細胞膜脂過氧化作用強弱和質膜破壞程度的重要指標；鹽分能增加細胞膜透性，加強脂質過氧化作用，最終導致膜系統的破壞，從而抑制生長。本研究和劉延吉等的研究結果相類似，鹽濃度越高，MDA含量增加越顯著，細胞膜受到的傷害越嚴重。但膠粒的加入使MDA含量明顯下降，可減輕鹽脅迫帶來的膜脂過氧化。在鹽脅迫條件下，細胞質膜首先受到鹽離子脅迫影響而產生脅變，導致質膜受傷，質膜脅變最明顯的表現是質膜透性增加；電導率的大小可直接反映細胞膜受傷害的程度，鹽能夠破壞植物細胞膜結構使組織相對電導率增加。在基質中添加膠粒，可以抑制鹽脅迫誘導的高羊茅相對電導率的增加。圖1-1為膠粒對NaCl脅迫下高羊茅地上部生物量的影響(g/皿)；圖1-2為膠粒對NaCl脅迫下高羊茅地下部生物量的影響(g/皿)；圖2為膠粒對NaCl脅迫下高羊茅POD活性的影響；圖3為膠粒對NaCl脅迫下高羊茅SOD活性的影響。具體實施例方式為了更充分的解釋本發明的實施，提供下述製備方法實施實例。這些實施實例僅僅是解釋、而不是限制本發明的範圍。實施例1(1)採用高羊茅盆栽的方法，將直徑為0.5mm的廢膠粒為蓄鹽層置於容器20cm底層，土壤置於其上形成基質蓄鹽層，其中土壤與膠粒的比例為101，每盆高羊茅的播種量為0.5g；(2)鹽脅迫於播種15d完全出苗後進行，脅迫方式為遞進脅迫，即每5天進行一次，每次將含有0.2%NaCl的水溶液加入到蓄鹽層基質中，20天後脅迫完畢；(3)脅迫完畢後，高羊茅繼續培養15d，取植株地上部分進行各項生理指標的測定；其中試驗期間平均溫度為18°C，平均相對溼度為37.；光照為自然入射光；在草坪培養期間，每天定量給水，以保證植物的正常生長。(4)脅迫完畢後，高羊茅繼續培養15d，取植株地上部分進行各項生理指標的測定。實施例2(1)採用高羊茅盆栽的方法，將直徑為1mm的廢膠粒為蓄鹽層置於容器30cm底層，土壤置於其上形成基質，其中土壤與膠粒的比例為101，每盆高羊茅的播種量為0.5g;(2)鹽脅迫於播種15d完全出苗後進行，脅迫方式為遞進脅迫，即每5天進行一次，每次將含有0.4%NaCl的水溶液加入到蓄鹽層基質中，20天後脅迫完畢；(3)脅迫完畢後，高羊茅繼續培養15d，取植株地上部分進行各項生理指標的測定；其中試驗期間平均溫度為18°C，平均相對溼度為37.；光照為自然入射光；在草坪培養期間，每天定量給水，以保證植物的正常生長。實施例3(1)採用高羊茅盆栽的方法，將直徑為0.8mm的廢膠粒為蓄鹽層置於容器30cm底層，土壤置於其上形成基質，其中土壤與膠粒的比例為101，每盆高羊茅的播種量為o.5g；(2)鹽脅迫於播種15d完全出苗後進行，脅迫方式為遞進脅迫，即每5天進行一次，每次將含有0.8%NaCl的水溶液加入到蓄鹽層基質中，20天後脅迫完畢；(3)脅迫完畢後，高羊茅繼續培養15d，取植株地上部分進行各項生理指標的測定；其中試驗期間平均溫度為18°C，平均相對溼度為37.；光照為自然入射光；在草坪培養期間，每天定量給水，以保證植物的正常生長。實施例4(1)採用高羊茅盆栽的方法，將直徑為Imm的廢膠粒為蓄鹽層置於容器30cm底層，土壤置於其上形成基質，其中土壤與膠粒的比例為101，每盆高羊茅的播種量為0.5g;(2)鹽脅迫於播種15d完全出苗後進行，脅迫方式為遞進脅迫，即每5天進行一次，每次將含有0.5%NaCl的水溶液加入到蓄鹽層基質中，20天後脅迫完畢；(3)脅迫完畢後，高羊茅繼續培養15d，取植株地上部分進行各項生理指標的測定；其中試驗期間平均溫度為18°C，平均相對溼度為37.；光照為自然入射光；在草坪培養期間，每天定量給水，以保證植物的正常生長.總之，用廢膠粒構建鹽鹼地草坪基質根際鹽分蓄積層，使土壤中實際的鹽濃度有所降低，限制了鹽分從土壤中進入植物體內，使根系能更好地吸收水分，對有效緩解鹽逆境導致的氧化傷害，提高高羊茅抗鹽性具有重要意義。本發明公開的廢膠粒為壓鹽層填充土壤改善草坪草抗鹽性能的方法，本領域技術人員可通過借鑑本文內容，適當改變原料、工藝參數等環節實現。本發明的方法已通過較佳實施例子進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本
發明內容、精神和範圍內對本文所述的方法進行改動或適當變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、範圍和內容中。權利要求一種廢膠粒為蓄鹽層填充土壤以提高草坪植物抗鹽能力的方法，其特徵在於(1)採用廢膠粒為蓄鹽層，置於土壤20-30cm的底層，土壤置於其上形成基質蓄鹽層，其中土壤與廢膠粒的重量比為10∶1；(2)在蓄鹽層基質上播種草坪植物高羊茅；(3)鹽脅迫於播種15d完全出苗後進行，脅迫方式為遞進脅迫，即每5天進行一次，每次將含有0.2％NaCl的水溶液加入到蓄鹽層基質中，20天後脅迫完畢；(4)脅迫完畢後，高羊茅繼續培養15d，取植株地上部分進行各項生理指標的測定。(5)廢膠粒為蓄鹽層，可使草坪植物耐受0.2％-1％NaCl鹽分下生長；2.廢膠粒為蓄鹽層填充土壤在提高草坪植物高羊茅抗鹽性方面的應用，其中所述含0.2%-1%NaCl土壤與廢膠粒的重量比為101。3.權利要求2所述應用，其中所述的高羊茅抗鹽性體現指標包括提高高羊茅葉綠素含量，提高超氧化物歧化酶活性；增加丙二醛含量和相對電導率。全文摘要本發明涉及採用廢膠粒為蓄鹽層填充土壤提高草坪植物抗鹽能力的方法及廢膠粒在提高草坪植物高羊茅抗鹽性方面的應用。結果表明，廢膠粒能在一定程度上提高植物的地下生物量和葉綠素含量；在所設的NaCl濃度範圍內，廢膠粒的加入明顯增加了超氧化物歧化酶(SOD)活性。本發明選用廢膠粒作為土壤介質並構建蓄鹽層，不僅可改善土壤通氣性及土壤水勢等物理特性，同時還可增加草坪基質彈性，是其它土壤添加物無法比擬的，廢膠粒提高了高羊茅的抗鹽性。文檔編號A01B79/00GK101803516SQ20101013359公開日2010年8月18日申請日期2010年3月29日優先權日2010年3月29日發明者多立安,趙樹蘭申請人:天津師範大學