CN101803516A - 废胶粒为蓄盐层填充土壤以提高草坪植物抗盐能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采用废胶粒为蓄盐层填充土壤提高草坪植物抗盐能力的方法及废胶粒在提高草坪植物高羊茅抗盐性方面的应用。结果表明，废胶粒能在一定程度上提高植物的地下生物量和叶绿素含量；在所设的NaCl浓度范围内，废胶粒的加入明显增加了超氧化物歧化酶(SOD)活性。本发明选用废胶粒作为土壤介质并构建蓄盐层，不仅可改善土壤通气性及土壤水势等物理特性，同时还可增加草坪基质弹性，是其它土壤添加物无法比拟的，废胶粒提高了高羊茅的抗盐性。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及废胶粒的合理、安全使用方法。更具体的说是一种采用废胶粒为蓄盐层填充土壤以提高草坪植物抗盐能力的方法及应用。
背景技术
土壤盐渍化已成为全球性的热点生态问题之一，受到广泛关注。在土壤盐渍化治理措施中，用石膏、有机聚合物、废弃物粉煤灰、沙及各类肥料等外源填充材料，可改良盐土结构，加速排盐，达到促进植物在盐渍化土壤条件下对水分和养分吸收与利用的目的。张凌云和赵庚星的研究表明，施用盐土壤修复材料，土壤含盐量、容重、pH值都有所降低，土壤的孔隙度增加，土壤速效N、P、K含量和土壤有机质含量提高，证明盐土壤修复材料能改善滨海盐渍土的理化性质，达到土壤改良的目的。此外，盐碱地挖出高盐壤土填入沙土，形成“蓄盐层”，采用雨后或大水播种，也是一种常见的盐碱地改良方法——挖坑填沙法。可见，寻找适宜的土壤外源填充材料，用于盐土改良，将是一项十分有意义的工作。
在大多数情况下，盐胁迫往往造成植物的生长受阻和组织伤害。抑制种子萌发是妨碍植物在盐渍地上生长的一个重要问题。盐抑制萌发的主要原因之一是降低水解酶，特别是a-淀粉酶活力，有研究者发现木麻黄的发芽率和生长速率随Nacl浓度的增加而降低。盐胁迫抑制了植物组织和器官的生长，加速了发育进程，使营养生长期缩短，长时间处于盐胁迫下，植物叶片的面积减少。可能是由于盐分影响了细胞延伸的速率或是减少了细胞延伸的时间。
另一方面，随着废旧橡胶的增多，有关废旧橡胶颗粒资源化利用引起国内外广泛关注，如废胶粒可以作为路基或建筑材料加以利用；而用废胶粒作为草坪基质的研究已有报道。国内利用废胶粒填充草坪基质以改善其理化性质和草坪质量特征的研究也取得了积极的进展。
废旧橡胶颗粒有弹性，为了利用这一特性，本发明人多年从事废旧橡胶颗粒用于草坪，以提高抗践踏性为目的的研究，并关系到废旧橡胶颗粒的安全性的问题。例如，《植物研究》，第Vol.27 No.2公开了本发明人“废旧橡胶颗粒填充草坪根带基质及草坪植物生态响应”的研究论文；《生态学杂志》，2007，26(6)：886-891公开了本发明人“废橡胶颗粒浸提液物质释放及其浸种”的研究论文；《生态学报》，29卷第4期公开了本发明人“践踏填充废胶粒基质草坪黑麦草特征物质与光合性能”；《园艺学报》，2009，36(2)：233-238公开了本发明人“草坪基质填充废胶粒对践踏前后黑麦草生物学特性的影响”；公开了专利“废旧橡胶颗粒在防治草坪基质土壤有害线虫中的应用(200710059787)；这些研究主要是涉及废橡胶颗粒对草坪耐践踏性、植物生长和安全应用的影响。随着实验的不断深入，本发明人进一步的研究发现，以废胶粒为压盐层填充土壤可以改善草坪草抗盐性能，而有关此项目的研究尚未见文献报道。
发明内容
本发明将废胶粒填充于草坪基质中，以废胶粒构建土壤“蓄盐层”，探讨废胶粒在草坪NaCl胁迫中的根际调控作用，揭示下根系周围废胶粒蓄盐层对草坪植物生长及生理特征的影响，为废胶粒盐渍化土壤建植高质量草坪提供理论依据。为达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：
(1)废胶粒为蓄盐层填充土壤以提高草坪植物抗盐能力的方法，其特征在于，采用废胶粒为蓄盐层，置于土壤20-30cm的底层，土壤置于其上形成基质蓄盐层，其中土壤与废胶粒的重量比为10∶1；
(2)在蓄盐层基质上播种草坪植物高羊茅；
(3)盐胁迫于播种15d完全出苗后进行，胁迫方式为递进胁迫，即每5天进行一次，每次将含有0.2％-1％NaCl的水溶液加入到蓄盐层基质中，20天后胁迫完毕；
(4)胁迫完毕后，高羊茅继续培养15d，取植株地上部分进行各项生理指标的测定。
本发明进一步公开了废胶粒为蓄盐层填充土壤在提高草坪植物高羊茅抗盐性方面的应用，其中所述含0.2％-1％NaCl土壤与废胶粒的重量比为10∶1。本发明所述的高羊茅抗盐性体现指标包括：提高高羊茅叶绿素含量，提高超氧化物歧化酶活性；增加丙二醛含量和相对电导率
本发明通过盆栽土壤基质填充废胶粒，研究了草坪植物高羊茅对NaCl胁迫的生理响应特征。结果表明，填充胶粒能在一定程度上提高植物的地下生物量和叶绿素含量；当NaCl浓度超过0.4％时，和对照相比，胶粒处理地上生物、地下生物量有所增加。草坪基质中填充胶粒对过氧化物酶(POD)活性没有显著影响，但NaCl浓度高于0.4％时，胶粒处理POD均高于对照；在所设的NaCl浓度范围内，胶粒的加入明显增加了超氧化物歧化酶(SOD)活性，尤其在0.2％NaCl浓度下，SOD活性比对照提高了161.66％。另外，胶粒能显著缓解NaCl胁迫导致的高羊茅叶片丙二醛(MDA)含量和相对电导率的增加，对脯氨酸含量的影响不大。可见，在草坪基质中填充废胶粒，可以减轻盐胁迫对高羊茅的伤害，提高了高羊茅的抗盐性。本发明更加详细的试验方法如下：
1材料与方法
1.1试验材料
废胶粒粒直径为0.5～1mm。草坪植物选用高羊茅(Festuca arundinacea L.)。供试土壤取自于天津师范大学校园内0～20cm表层土壤，土壤质地为砂质粘土，其性质为：pH 7.44，有机质含量4.68％，全氮0.21％，有效磷22.03mg·kg-1，饱和含水量0.58ml·g-1。
1.2试验设计
试验采用高羊茅盆栽的方法，选用塑料容器。土壤与胶粒的比例为10∶1；将胶粒置于容器底层，土壤置于其上，胶粒至于土下20-30cm。每盆高羊茅的播种量为0.5g。试验所用盐胁迫试剂为分析纯NaCl。
盐胁迫于播种15d完全出苗后进行，胁迫方式为递进胁迫，即每5天进行一次，每次将0.4g的NaCl溶于20mL的水中，然后将此盐溶液加入到基质中，20天后胁迫完毕，最后使土壤盐浓度分别达到0、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％和1％共6个处理水平。每一处理分别以不含胶粒的相同盐浓度为对照(CK)；试验4次重复。胁迫完毕后，草坪植物继续培养15d，即播种后第50d，取植株地上部分进行各项生理指标的测定，包括叶绿素、丙二醛、脯氨酸含量、相对电导率及保护酶活性等。刈割地上部分之后再培养75d，植物总培养周期为125d。试验期间平均温度为18℃，平均相对湿度为37.1％；光照为自然入射光。在草坪培养期间，每天定量给水，以保证植物的正常生长，平均给水量为18mL。
1.3指标测定方法
将草坪植物齐基质刈割，根部用蒸馏水冲洗干净，用吸水纸吸干植物表面水分，置于烘箱中105℃条件下杀青30min，80℃烘干至恒重，测量其地上部和地下部的干重；叶绿素、丙二醛和脯氨酸含量参照张志良和瞿伟菁的《植物生理学实验指导》进行测定；相对电导率采用电导率仪法进行测定；POD活性采用愈创木酚法测定；SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)光还原法。
1.4数据处理
数据分析采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0进行两样本的独立数据t检验分析。
2研制结果分析
2.1胶粒对NaCl胁迫下高羊茅生物量的影响
由图1可见，高羊茅地上和地下生物量均随着NaCl胁迫浓度的增加而降低，NaCl浓度越高，降低得越多，说明高浓度的NaCl胁迫明显抑制了高羊茅的生长，尤其抑制了根系的生长。不同的盐浓度胁迫下，胶粒的加入对高羊茅生物量的增加产生了积极的影响，当NaCl胁迫浓度超过0.4％时，胶粒处理的地上生物量均高于同浓度未加胶粒的对照，但两者之间差异并不显著(图1-1)。而对于地下生物量，在盐浓度胁迫范围内，均表现出胶粒处理高于对照，即在0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％和1％NaCl浓度下，分别是对照的126.49％，112.98％，114.72％，105.18％，109.16％和128.92％。可见，草坪基质中加入胶粒可以缓解NaCl胁迫对高羊茅生物量的影响(图1，P＞0.05)。其中图1-1为胶粒对NaCl胁迫下高羊茅地上部生物量的影响(g/皿)；图1-2为胶粒对NaCl胁迫下高羊茅地下部生物量的影响(g/皿)。
2.2胶粒对NaCl胁迫下高羊茅叶绿素含量的影响
从表1中可以看出，当NaCl浓度低于0.6％，叶绿素含量随着NaCl胁迫浓度的增加而降低，但当盐浓度高于0.6％时又出现上升趋势，这可能是地上部在高盐浓度下生长受阻，叶片缩小，叶绿素在叶片中浓缩的结果。基质中加入胶粒以后，叶绿素含量明显增加，在0.2％的盐浓度下，胶粒处理叶绿素含量达到最大值0.9mg·g-1，和对照差异极显著(P＜0.01)；在0.4％和1％盐浓度胁迫下，胶粒处理与对照间叶绿素含量差异显著(P＜0.05)。可见，草坪基质中加入胶粒可以减轻NaCl胁迫对高羊茅叶绿素含量的影响，提高了植物的光合能力。
表1 胶粒对NaCl胁迫下高羊茅叶绿素含量的影响(mg·g-1FW)
2.3胶粒对NaCl胁迫下高羊茅保护酶活性的影响
盐和胶粒处理明显改变了高羊茅叶片POD和SOD活性。在NaCl胁迫下，POD表现为先降低后升高；当盐浓度超过0.4％时，胶粒处理增加了POD活性，但与对照间差异不显著(图2)。与POD活性的变化规律不同，SOD活性在NaCl胁迫下总的趋势为先升高，然后缓慢下降。胶粒显著增加了SOD活性，在0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％和1％的盐浓度下，SOD活性分别比对照增加了28.05％、161.66％、49.11％、42.14％、35.91％和16.29％，在0.2％盐浓度下增幅最大，与对照间差异极显著(P＜0.01)；在0.4％、0.6％和0.8％的盐浓度下，胶粒处理与对照间差异显著(图3，P＜0.05)。
2.4胶粒对NaCl胁迫下高羊茅MDA、脯氨酸和相对电导率的影响
从表2可以看出，在所有NaCl胁迫浓度下，基质中加入胶粒均降低了丙二醛的含量，其中在0.4％、0.6％和1％的盐浓度下，胶粒处理分别比对照降低了14.97％、23.25％和26.38％，差异达到极显著(P＜0.01)，说明胶粒的加入有效缓解了NaCl胁迫下MDA含量的增加，在高盐浓度(1％)缓解作用最为显著。
表2 胶粒对NaCl下高羊茅丙二醛、脯氨酸和相对电导率的影响
脯氨酸是植物应答盐胁迫反应的重要物质。研究表明，基质中加入胶粒后，在0.4％和0.6％盐浓度下，脯氨酸显著增加，和对照相比，0.4％浓度下差异极显著(P＜0.01)，0.6％浓度差异显著(表2，P＜0.05)。
研究发现，对照组相对电导率随着盐浓度的增加基本呈现增加趋势，尤其在高盐浓度下表现最为明显，说明细胞质膜受损伤的程度加重。在基质中加入胶粒后，相对电导率有所降低，尤其在中低浓度表现较为明显，在0.6％的浓度下比对照降低了39.05％，达到显著水平(P＜0.05)，胶粒可以缓解因盐胁迫造成的细胞质膜的损伤(表2)。
3、研制结论
盐土的结构不良，通透性差，大量的可溶性盐，降低了土壤的水势。张凌云等通过采用盐土壤修复材料，可增加土壤的水势，改善土壤的结构和通气性，有利于养分的吸收和转化。2004年，王艳梅提出盐土中放置隔盐层，如沙石、灰渣等，并同时采用换客土的方法，这样可以减少盐通过土壤毛管水分蒸发的返盐量，为植物创造土壤盐分淡化的条件。可见，对于盐土的改良，要有适宜的方法和修复材料。因此，本发明选用废胶粒作为土壤介质并构建蓄盐层，不仅可改善土壤通气性及土壤水势等物理特性，还可增加草坪基质弹性，是其它土壤添加物无法比拟的。
本发明中，高浓度的盐胁迫明显抑制了高羊茅的生长，尤其抑制了根系的生长，这与汤巧香等的研究相一致，Storey等认为盐胁迫对植物生长发育抑制是由于盐胁迫增加了根系下表皮的木栓化作用，从而抑制对水分和无机离子的吸收。在基质中加入胶粒后，地下生物量均高于对照，可能是胶粒起到了蓄盐层的作用，限制了盐分从上层土壤中进入植物体内，减轻盐胁迫对植物带来的伤害。在盐胁迫下，植物吸收不到足够的水分和矿质营养，造成营养不良，致使叶绿素含量降低，本发明的结果也证实了这一点，高羊茅叶绿素含量随着盐浓度的升高而降低。基质中加入胶粒后，叶绿素含量明显高于对照，缓解了盐胁迫造成的叶绿素含量的降低，提高盐胁迫下植物的光合能力。在抗氧化酶系统中，SOD、POD等保护酶是清除活性氧的关键酶，植物往往通过提高SOD和POD的活性来减缓或抵御逆境胁迫的伤害。梁慧敏等研究发现，随盐胁迫浓度的增加，草坪草SOD酶活性迅速提高，在中度盐浓度下达到最大值，之后，随盐浓度的增加，SOD酶活性又开始下降。本发明得出相似的结果，盐胁迫下，高羊茅叶片POD活性表现为先降低后升高，而SOD活性总体变化趋势为先升高后稍微有所降低。而基质中加入胶粒显著增加了各胁迫浓度下SOD活性，从而对保护细胞膜的完整起了积极的作用。MDA作为脂质过氧化作用的产物，是反映细胞膜脂过氧化作用强弱和质膜破坏程度的重要指标；盐分能增加细胞膜透性，加强脂质过氧化作用，最终导致膜系统的破坏，从而抑制生长。本研究和刘延吉等的研究结果相类似，盐浓度越高，MDA含量增加越显著，细胞膜受到的伤害越严重。但胶粒的加入使MDA含量明显下降，可减轻盐胁迫带来的膜脂过氧化。
在盐胁迫条件下，细胞质膜首先受到盐离子胁迫影响而产生胁变，导致质膜受伤，质膜胁变最明显的表现是质膜透性增加；电导率的大小可直接反映细胞膜受伤害的程度，盐能够破坏植物细胞膜结构使组织相对电导率增加。在基质中添加胶粒，可以抑制盐胁迫诱导的高羊茅相对电导率的增加。
附图说明：
图1-1为胶粒对NaCl胁迫下高羊茅地上部生物量的影响(g/皿)；
图1-2为胶粒对NaCl胁迫下高羊茅地下部生物量的影响(g/皿)；
图2为胶粒对NaCl胁迫下高羊茅POD活性的影响；
图3为胶粒对NaCl胁迫下高羊茅SOD活性的影响。
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。
实施例1
(1)采用高羊茅盆栽的方法，将直径为0.5mm的废胶粒为蓄盐层置于容器20cm底层，土壤置于其上形成基质蓄盐层，其中土壤与胶粒的比例为10∶1，每盆高羊茅的播种量为0.5g；
(2)盐胁迫于播种15d完全出苗后进行，胁迫方式为递进胁迫，即每5天进行一次，每次将含有0.2％NaCl的水溶液加入到蓄盐层基质中，20天后胁迫完毕；
(3)胁迫完毕后，高羊茅继续培养15d，取植株地上部分进行各项生理指标的测定；其中试验期间平均温度为18℃，平均相对湿度为37.1％；光照为自然入射光；在草坪培养期间，每天定量给水，以保证植物的正常生长。
(4)胁迫完毕后，高羊茅继续培养15d，取植株地上部分进行各项生理指标的测定。
实施例2
(1)采用高羊茅盆栽的方法，将直径为1mm的废胶粒为蓄盐层置于容器30cm底层，土壤置于其上形成基质，其中土壤与胶粒的比例为10∶1，每盆高羊茅的播种量为0.5g；
(2)盐胁迫于播种15d完全出苗后进行，胁迫方式为递进胁迫，即每5天进行一次，每次将含有0.4％NaCl的水溶液加入到蓄盐层基质中，20天后胁迫完毕；
(3)胁迫完毕后，高羊茅继续培养15d，取植株地上部分进行各项生理指标的测定；其中试验期间平均温度为18℃，平均相对湿度为37.1％；光照为自然入射光；在草坪培养期间，每天定量给水，以保证植物的正常生长。
实施例3
(1)采用高羊茅盆栽的方法，将直径为0.8mm的废胶粒为蓄盐层置于容器30cm底层，土壤置于其上形成基质，其中土壤与胶粒的比例为10∶1，每盆高羊茅的播种量为0.5g；
(2)盐胁迫于播种15d完全出苗后进行，胁迫方式为递进胁迫，即每5天进行一次，每次将含有0.8％NaCl的水溶液加入到蓄盐层基质中，20天后胁迫完毕；
(3)胁迫完毕后，高羊茅继续培养15d，取植株地上部分进行各项生理指标的测定；其中试验期间平均温度为18℃，平均相对湿度为37.1％；光照为自然入射光；在草坪培养期间，每天定量给水，以保证植物的正常生长。
实施例4
(1)采用高羊茅盆栽的方法，将直径为1mm的废胶粒为蓄盐层置于容器30cm底层，土壤置于其上形成基质，其中土壤与胶粒的比例为10∶1，每盆高羊茅的播种量为0.5g；
(2)盐胁迫于播种15d完全出苗后进行，胁迫方式为递进胁迫，即每5天进行一次，每次将含有0.5％NaCl的水溶液加入到蓄盐层基质中，20天后胁迫完毕；
(3)胁迫完毕后，高羊茅继续培养15d，取植株地上部分进行各项生理指标的测定；其中试验期间平均温度为18℃，平均相对湿度为37.1％；光照为自然入射光；在草坪培养期间，每天定量给水，以保证植物的正常生长.
总之，用废胶粒构建盐碱地草坪基质根际盐分蓄积层，使土壤中实际的盐浓度有所降低，限制了盐分从土壤中进入植物体内，使根系能更好地吸收水分，对有效缓解盐逆境导致的氧化伤害，提高高羊茅抗盐性具有重要意义。
本发明公开的废胶粒为压盐层填充土壤改善草坪草抗盐性能的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数等环节实现。本发明的方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (3)
1.一种废胶粒为蓄盐层填充土壤以提高草坪植物抗盐能力的方法，其特征在于
(1)采用废胶粒为蓄盐层，置于土壤20-30cm的底层，土壤置于其上形成基质蓄盐层，其中土壤与废胶粒的重量比为10∶1；
(2)在蓄盐层基质上播种草坪植物高羊茅；
(3)盐胁迫于播种15d完全出苗后进行，胁迫方式为递进胁迫，即每5天进行一次，每次将含有0.2％NaCl的水溶液加入到蓄盐层基质中，20天后胁迫完毕；
(4)胁迫完毕后，高羊茅继续培养15d，取植株地上部分进行各项生理指标的测定。
(5)废胶粒为蓄盐层，可使草坪植物耐受0.2％-1％NaCl盐分下生长；
2.废胶粒为蓄盐层填充土壤在提高草坪植物高羊茅抗盐性方面的应用，其中所述含0.2％-1％NaCl土壤与废胶粒的重量比为10∶1。
3.权利要求2所述应用，其中所述的高羊茅抗盐性体现指标包括：提高高羊茅叶绿素含量，提高超氧化物歧化酶活性；增加丙二醛含量和相对电导率。
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