修復後垃圾堆肥在調節草坪植物抗氧化酶活性方面的應用的製作方法

2023-08-07 10:20:01 2

專利名稱：：修復後垃圾堆肥在調節草坪植物抗氧化酶活性方面的應用的製作方法
技術領域：
：本發明屬於環境保護
技術領域：
，涉及城市生活垃圾堆肥的合理、安全使用方法。更具體的說是修復後垃圾堆肥在調節草坪植物抗氧化酶活性方面的應用。
背景技術：
：隨著我國城市數量增加，城市化進程加快、規模擴大，認可增多及人民生活水平的提高和生活方式的改變，城市生活垃圾產量以年均增長率8%~10%的速度迅猛增加，垃圾的成分構成與特性同時也發生著明顯的變化。將生活垃圾進行堆肥化處理既可解決城市垃圾的出路問題，又可達到再資源化的目的，具有一定的經濟效益和社會效益，並且目前世界各國都把城市固體廢棄物的"無害化、減量化、資源化"的"三化"方針作為綜合解決城市垃圾的原則，從這一發展趨勢上看，採用堆肥法處理城市垃圾符合這一方向，並被視為處理城市生活垃圾的一條值得重視的途徑。垃圾堆肥按處理方法，分為露天堆肥法和機械堆肥。堆肥法操作一般分為4步①預處理，剔出大塊的及無機雜品，將垃圾破碎篩分為勻質狀，勻質垃圾的最佳含水率為45-60%，達不到需要時可摻進汙泥或糞便；②細菌分解(或稱發酵)，在溫度、水分和氧氣適宜條件下，好氧或厭氧微生物迅速繁殖，垃圾開始分解，將各種有機質轉化為無害的肥料；③腐熟，穩定肥質，待完全腐熟即可施用；④貯存或處置，將肥料貯存，肥料另作填埋處置。由於城市生活垃圾有機物料中含有豐富的氮、磷、鉀，經生物高溫發酵技術處理，可將部分有機大分子降解為小分子養分被植物吸收，城市生活垃圾堆肥化利用是一種符合我國國情的化害為利、安全有效、經濟實用的資源化利用途徑。但必須指出的是，生活垃圾堆肥在應用中，最大的限制因素就是生活垃圾堆肥中含有大量的汙染物，若使用不當，將不可避免地造成環境汙染。因此，垃圾堆肥的科學有效、安全環保地利用則是一項十分有意義的工作。另一方面，人們已經認識到，我國草坪業發展必須走生態環境保護與建設緊密結合的新型草坪生態產業之路，必須很好地解決當今面臨的一個突出生態問題即如何堅持發展生態節水型草坪產業(多立安和趙樹蘭，2003)。目前我國無論是草坪產業化生產還是應用於城市中的草坪景觀帶的建植，主要還是以土壤為基質的佔了大部分，這種方法屬亍傳統的草坪建植方法，應用較為廣泛，便於管理，但也存在一些弊端，如草皮培植體系消耗土壤資源現象較為嚴重，在草皮生產中，為保證質量，生產草皮的土壤必須理化性質良好，每完成一次草皮生產過程，大約需要5cm厚的耕層土壤，肥沃的農田即遭到破壞。有人對草皮培植區的土壤特徵進行了研究，結果表明草皮培植已使表層土壤的厚度減少了近10cm，土壤容重明顯增大，土壤孔隙度顯著降低。而草皮基質的研製和供應不足，將會成為城市草坪建植及草坪產業化發展的一個重要的限制因素。為了解決該問題，國內外許多學者展開了替代土壤基質的相關研究，同時也受到了越來越多人的關注。有學者以未修復的生活垃圾堆肥為主體材料組配草皮培植基質，對組配基質生態適宜性展開了研究，證明組配基質適宜草皮培植要求，綜合性能指標優於土壤，節水及雜草控制等應用生態性能良好(DuoandZhao，2000)陳國祥和柳茜(2005)採用地膜為墊底進行培植草皮的研究，形成了有較強彈性、韌性、易運輸的草皮。近些年來，圍繞秸杆用作草坪培植基質的研究越來越多的被人們所關注，陳秋全等(2002)研究了利用秸稈基質進行了草皮培植的生產技術，還有學者將未修復的城市生活垃圾堆肥與大豆秸稈混合形成複合草坪植物培植基質，也收到了不錯的效果(廉菲等，2007)。張萬均等(2001)利用海灣泥、粉煤灰及鹼渣土3種固體廢棄物構配了新型土，以替代土壤進行城市綠化。在替代草皮商用鋪網方面，多立安和趙樹蘭(2000)以纖維網袋、纖維編織袋及窗紗等生活廢棄物製成草皮鋪網，進行了草皮建植研究，初步證明一些廢棄物鋪網達到草皮建植指標要求。但目前關於如何直接利用修復後的垃圾堆肥作為草坪植物的基質，調節草坪植物抗氧化酶活性方面的研究尚未見相關文件的報導。
發明內容本發明的目的在於提供一種修復後垃圾堆肥在調節草坪植物抗氧化酶活性方面的應用。主要考察釆用1:1-3重量份數的水淋洗後所得到堆肥作為草坪植物的基質，探討其對草坪植物超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性含量的調節作用。最終達到資源節約和保護環境的目的。為實現上述目標，本發明的技術方案如下修復後垃圾堆肥在調節草坪植物抗氧化酶活性方面的應用；其中所述修復後的垃圾堆肥是指生活垃圾堆肥以1:1-3重量份數的水淋洗後所得到堆肥基質；所述的抗氧化酶活性是指草坪植物超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性的含量變化。本發明優選的應用方法為在水和堆肥質量比為1:1的淋洗處理後的堆肥基質中播種高羊茅植物，此時淋洗處理後的堆肥基質顯著降低了草坪植物葉片SOD的活性，高羊茅體內MDA積累出現一個峰值，其中SOD活性最低值出現在水和堆肥質量比為2:1的處理中，分別為對照的49.2%和38.2%。高羊茅各淋洗處理之間比較，當水和堆肥質量比為2:1和3:1時的SOD活性均低於1:1的處理。因此本發明選擇水和堆肥質量比為2:1時淋洗後的堆肥基質建植草坪，對草坪植物逆境傷害最小。本發明的試驗結果表明，說明經過淋洗法處理的堆肥對植物生長的脅迫程度遠小於原堆肥，同時保護酶可以維持在一定的活性水平，保證草坪植物正常的生長。在SOD活性較高時，為了清除體內積累的過多H2(D2，從而帶動了POD和CAT活性的升高，使其維持在較高活性水平，在各淋洗處理中POD及CAT的活性變化趨勢也與SOD—致，進而體現了保護酶系統間的協調性和一致性。在植物正常的生長條件下，體內自由基產生和消除的過程即對活性氧清除的能力是決定細胞對脅迫抗性的關鍵，這種保護酶系統防禦能力的變化是幾種酶彼此協調綜合作用的結果。本發明所述的應用，其中修復後垃圾堆肥在調節草坪植物抗氧化酶活性方面的方法如下(1)將垃圾堆肥經過水和堆肥質量比1:1-3淋洗處理，放置一天，備用；(2)在修復後的垃圾堆肥表面以20-40g/平方米均勻播種草坪植物；(3)早晚各澆水一次，保持基質表面溼潤；(4)第30-45d，測定草坪植物超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性的含量變化，即可達到調節草坪植物抗氧化酶活性的目的。其中草坪植物為黑麥草或高羊茅。本發明研究了不同水處理垃圾堆肥對草坪植物黑麥草、高羊茅生長狀況，以及調節草坪植物超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性含量方面的變化，從而實現了草坪植物具備強的抗逆性。具體實施例方式為了簡單和清楚的目的，下文恰當的省略了公知技術的描述，以免那些不必要的細節影響對本技術方案的描述。以下結合實例對本發明做進一步的說明。實施例l(1)將垃圾堆肥經過水和堆肥質量比1:1或2:1淋洗處理，放置一天，備用；(2)在修復後的垃圾堆肥表面以20g/平方米均勻播種黑麥草；(3)澆灌方法為，早晚各澆水一次，保持基質表面溼潤；(4)第30d，測定超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶的含量變化。具體見實施例3的方法。實施例2(1)將垃圾堆肥經過水和堆肥質量比3:1淋洗處理，放置一天，備用；(2)在修復後的垃圾堆肥表面以40g/平方米均勻播種黑麥草；(3)澆灌方法為，早晚各澆水一次，保持基質表面溼潤；(4)第45d，測定超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶的含量變化。具體見實施例3的方法。實施例3(1)試驗材料本試驗選用多年生黑麥草和高羊茅為試驗材料。生活垃圾堆肥來自天津市小澱堆肥廠，其基本理化性質及重金屬含量背景值見表l。表1供試生活垃圾堆肥理化性質測定指標生活垃圾堆肥pH7.62飽和含水量ml/g0.76容重g/ml0.85全氮％5.18全鉀g/kg50.83有效磷mg/kg77.92有機質％12.12Cu(〃g/g)238.73tableseeoriginaldocumentpage7(2)試驗方法將經過不同水和堆肥質量比(1:1，2:1，3:1)淋洗處理後的堆肥基質取出，於實驗室環境中放置一天後，分別取100g放入大號培養皿中，每皿分別播種黑麥草和高羊茅各200粒於堆肥基質表面，採用蒸餾水澆灌，試驗3次重複，以未經淋洗處理的原垃圾堆肥基質作為對照。草坪植物培養在實驗室中靠近窗戶的實驗臺上，光照為投入實驗室內的自然光，光照強度為600-800/rnioHn^s—1，經常更換培養皿的擺放位置以保證每個培養皿處於均勻、一致的光照條件。每天早晚各澆一次蒸餾水，提供草坪植物生長的水分條件。草坪植物生長30天後進行葉片生理指標的測定，包括脯氨酸、丙二醛的含量以及SOD、POD、CAT等保護酶的活性；生長33天後進行草坪植物的收穫，進行株高的測量。試驗期間實驗室內的平均溫度為27.21:，平均溼度為61.3%。(3)指標的測定保護酶活性的測定測定保護酶的活性時粗酶液的提取方法稱取植物組織(葉片)鮮重(FW)0.5g左右於預冷的研缽中，加入預冷的PH7.8的磷酸緩衝液進行冰浴研磨提取勻漿，定容至10ml的離心管中，用德國EPPENDORF公司生產的5810R型冷凍離心機進行4°C下離心(10000r/min，離心20min)，上清液為酶的粗提液，4'C保存備用。超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定採用NBT光還原法。在盛有3ml反應混合液(54ml14.5mmol/Ldl-甲硫氨酸中分別加入3/miol/LEDTA、2.25mmol/LNBT、60/miol/L核黃素溶液各2ml)的試管中，加入的粗酶液(以使抑制達50%左右的酶濃度為佳)，混合後放在透明的試管架上，於光照培養箱中在4000Lx閂光燈下準確照光反應20min,以不加酶液的照光管為光照對照，同時將對照管置於暗處(以緩衝液代替酶液)，用做調零。SOD活性單位是以抑制NBT光化還原的50%為一個酶活性單位，用SHIMADZU產UV-1700型紫外分光光度計在560nm波長下測定吸光度值，計算反應被抑制的百分比。計算公式SOD總活性(U/gFW^(Ack-AE)'V/(l/2Ack'W'Vt);式中，SOD總活性以鮮重酶單位每克表示，Ack為光照對照管的吸光度；AE為樣品管的吸光度；V為樣品液總體積，mL;Vt為測定時樣品用量，mL;W為樣品鮮重，g。過氧化物酶(POD)活性的測定採用愈創木酚法。3mL的反應混合液(PH6.0的磷酸緩衝液50mL，加入愈創木酚28/^L，加熱攪拌，直至愈創木酚溶解，待溶液冷卻後，加入30%過氧化氫19pL，混合均勻，保存於冰箱中)，加入酶液10(^L，立即開啟秒表計時，用SHIMADZU產UV-1700型紫外分光光度計在470nm波長下測量吸光度值，每隔0.5min讀數一次。以每分鐘OD值變化表示酶活性的大小，即以AOD47o/min表示。並以每分鐘AA47o變化0.01為一個過氧化物酶活性單位。過氧化氫酶(CAT)活性的測定採用紫外分光光度法。在試管中加入反應混合液(pH7.8的磷酸緩衝液1.5ml、酶液0.2ml、蒸餾水1.0ml),對照管用緩衝液代替酶液，然後在測定管中加入0.3ml濃度為0.1mol/L的過氧化氫，同時立即計時，採用SHIMADZU產UV-1700型紫外分光光度計迅速在240nrn波長下測量吸光度值，每隔0.5min讀數一次。以每分鐘AA24。變化0.01為一個過氧化氫酶活性單位。數據處理數據分析採用Excel軟體和SPSS14.0統計分析軟體進行。(4)結果與分析淋洗後堆肥基質對草坪植物保護酶活性的影響淋洗處理堆肥對兩種草坪植物體內保護酶活性的影響見表2。SOD是自然界中以氧自由基為底物的酶，其可終止由其啟動的一系列自由基連鎖反應所造成的生物毒損傷，是生物體內最重要的有效用於清除活性氧自由基的酶類。由表2可見，淋洗處理後的堆肥基質顯著降低了草坪植物葉片SOD的活性，與對照相比差異極顯著(pO.Ol)，其中SOD活性最低值出現在水和堆肥質量比為2:1的處理中，分別為對照的49.2%和38.2%。高羊茅各淋洗處理之間比較，當水和堆肥質量比為2:1和3:1時的SOD活性均低於l:l的處理，但差異不顯著。黑麥草SOD活性的響應與高羊茅不同，隨著水和堆肥質量比的升高黑麥草體內SOD的活性也隨之上升，但各不同水和堆肥質量比淋洗處理之間的差異也不顯著。POD是植物體內有效清除11202並在抗逆性中起重要作用的保護酶類之一。草坪植物葉片中POD的活性與對照相比均表現出小於對照水平的趨勢，且差異極顯著(pO.Ol)，但在各淋洗處理之間POD酶的活性水平接近，差異不明顯。CAT是可以有效清除02一經SOD歧化作用產生的H202，達到阻止或減少活性氧自由基對植株生長的抑制作用，並保護膜結構，是植物體幾乎所有組織中普遍存在的、具有催化細胞內H202分解為分子氧和水的功能的抗氧化酶，是生物體內生物氧化過程中一系列抗氧化酶的終端。淋洗處理後堆肥作為基質，兩種草坪植物葉片中CAT活性均小於對照，且差異極顯著(p<0.01)，並且酶活性隨著水和堆肥質量比的升高而降低，酶活性的最低值出現在水和堆肥質量比為3:1的處理中，酶活性僅為對照處理的33.0%和55.3%。各不同水和堆肥質量比淋洗處理之間，CAT的活性水平接近，差異不明顯。表2淋洗處理堆肥對草坪植物保護酶活性的影響tableseeoriginaldocumentpage9(5)技術應用結論當植物處於逆境脅迫中會產生活性氧分子(AOS)，如超氧陰離子自由基((V一)、過氧化氫(H202)、羥基自由基('OH)，如果植物沒有足夠的能力清除這些活性氧分子，活性氧的積累過多就會引起植物的各種大分子發生氧化反應，甚至會導致植物細胞的死亡；並且逆境會影響植物的酶促系統，SOD、POD、CAT是植物體內保護酶系統的三種主要酶，有研究表明植物的抗性及對環境的適應與其保護酶的含量密切相關。因此，膜脂過氧化作用及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)等保護酶被廣泛地用作作物逆境條件下的適應機制指標，其中見有報導關於乾旱及低溫條件下植物膜脂過氧化及體內保護酶活性的研究。另有研究指出，SOD、CAT、POD作為抵禦活性氧傷害的重要保護酶類，參與維持活性氧生成與清除的動態平衡過程，但如果這種動態平衡遭到破壞就可能造成自由基的積累進而造成對細胞膜的破壞。有關單一重金屬對植物抗氧化酶活性的影響已有相關報導。本研究針對生活垃圾堆肥的逆境系統，以不同水和堆肥質量比淋洗處理後的堆肥作為基質培植草坪植物，其體內保護酶的含量均極顯著(p<0.01)低於對照處理，說明經過淋洗法處理的堆肥對植物生長的脅迫程度遠小於原堆肥，同時保護酶可以維持在一定的活性水平，保證草坪植物正常的生長。在植物正常的生長條件下，體內自由基產生和消除的過程即對活性氧清除的能力是決定細胞對脅迫抗性的關鍵，這種保護酶系統防禦能力的變化是幾種酶彼此協調綜合作用的結果。本試驗結果表明，在SOD活性較高時，為了清除體內積累的過多11202，從而帶動了POD和CAT活性的升高，使其維持在較高活性水平，在各淋洗處理中POD及CAT的活性變化趨勢也與SOD—致，進而體現了保護酶系統間的協調性和一致性。在原堆肥基質中草坪植物體內保護酶活性雖然能維持在很高水平，但是草坪植物的生長情況不佳，這是由於酶的活性有一個閾值，由此保護酶對膜系統的保護及維持活性氧代謝平衡就是有一定限度的，當重金屬脅迫程度超過植物的承受閾限時，細胞的正常代謝就會被破壞，植株的生長就會受到抑制或整株死亡。堆肥經水和堆肥質量比為1:1的淋洗處理後，高羊茅體內MDA積累出現一個峰值，這可能是由於少量的淋洗劑打破了原堆肥體系的穩定，水在帶走一些有毒物質的同時使得原本穩定於堆肥顆粒間的物質溶出，造成對植物細胞的傷害，以致造成膜脂過氧化加劇和MDA的積累。而對照中由於植株的生長到後期已經變得瘦弱並開始萎蔫以致細胞活性大大下降，所以其MDA積累反倒小於水和堆肥質量比為1:1的處理。從脯氨酸積累方面來看，也說明經淋洗處理後堆肥基質對草坪植物的脅迫程度顯著降低，能保證其更好地生長。相關分析結果表明，3種保護酶活性及脯氨酸含量均與水和堆肥質量比淋洗處理之間有極顯著(/K0.01)的負相關性。綜合考慮發芽率、株高等生長指標以及保護酶活性等生理指標，選擇水和堆肥質量比為2:1時淋洗後的堆肥基質建植草坪，對草坪植物逆境傷害最小。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。權利要求1、修復後垃圾堆肥在調節草坪植物抗氧化酶活性方面的應用；其中所述修復後的垃圾堆肥是指生活垃圾堆肥以1∶1-3重量份數的水淋洗後得到垃圾堆肥；其中的抗氧化酶活性包括；超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶。2、如權利要求l所述的應用，其中利用修復後的垃圾堆肥調節抗氧化酶活性的方法如下(1)將垃圾堆肥經過水和堆肥質量比1:1-3淋洗處理，放置一天，備用；(2)在修復後的垃圾堆肥表面以20-40g/平方米均勻播種草坪植物；(3)第30-45d，測定超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性含量變化。3、如權利要求1所述的應用，其中所述修復後的垃圾堆肥是指生活垃圾以水和堆肥質量比為2:1淋冼後的堆肥基質。4、如權利要求l所述的應用，其中草坪植物為黑麥草或高羊茅。全文摘要本發明公開了修復後生活垃圾堆肥在調節草坪植物抗氧化酶活性方面的應用；其中所述修復後的垃圾堆肥是指堆肥以1∶1-3重量份數的水淋洗後所得到堆肥基質，其中的抗氧化酶活性包括；超氧化物歧化酶、過氧化物歧化酶、過氧化氫酶。本發明技術效果表明在修復後的垃圾堆肥上種植草坪植物，不僅可以使草坪植物的保護酶系統活性得到增強，而且可使草坪植物抵禦不利生長環境的能力明顯提高。這一技術不僅為淋洗後堆肥基質的科學有效地建植環保草坪找到了出路，而且也可達到減少生活垃圾堆肥造成環境汙染的目的，為修復後的垃圾堆肥應用於草坪建植體系提供了技術支撐。文檔編號C05F9/00GK101595828SQ200910069569公開日2009年12月9日申請日期2009年7月6日優先權日2009年7月6日發明者青劉,多立安,趙樹蘭申請人:天津師範大學