堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面的应用.pdf

本发明公开了堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面的应用；其中所述的堆肥淋洗液是由垃圾堆肥以1∶1-3重量份数的水淋洗后，加入5-15mmol/LEDTA组成，其中堆肥淋洗液：5-15mmol/LEDTA的重量份数比为1∶0.01-0.03。本发明探讨了在经过不同水和堆肥质量比淋洗处理垃圾堆肥后的淋洗液施加EDTA来培植草坪植物，其水分利用特征的生态响应，以期进一步为草坪植物应用于垃圾堆肥淋洗液培植无土草皮技术中水分利用环节及堆肥淋洗液的植物修复方面提供数据支持。

1、  堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面的应用；其中所述的堆肥淋洗液是由垃圾堆肥以1∶1-3重量份数的水淋洗后，加入5-15mmol/LEDTA组成，其中堆肥淋洗液∶5-15mmol/LEDTA的重量份数比为1∶0.01-0.03。

2、  权利要求1所述的应用，其中所述的草坪植物为黑麦草或高羊茅。

3、  权利要求1所述的应用，其中所述的草坪植物水分利用效率还包括蒸腾速率的影响。

4、  权利要求1所述的堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面方面的使用方法：
(1)在塑料网上以40g/平方米播种黑麦草或高羊茅，浇灌Hoagland营养液；
(2)待种子培养30天后，将营养液全部倒出，用施加含有EDTA的垃圾堆肥淋洗液替代营养液，继续对草坪植物进行无土培养萌发；
(3)早晚各一次来补充由蒸发而散失的垃圾堆肥淋洗液，每周更换一次垃圾堆肥淋洗液；
(4)经垃圾堆肥淋洗液处理7天-60天后对黑麦草或高羊茅进行收获，测定草坪植物光合利用效率的情况。

堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面的应用
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及生活垃圾堆肥淋洗液的利用及淋洗液修复治理方法，更具体的说是生活垃圾堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面的应用。
背景技术
随着我国城市数量增加，城市化进程加快、规模扩大，认可增多及人民生活水平的提高和生活方式的改变，城市生活垃圾产量以年均增长率8％～10％的速度迅猛增加，垃圾的成分构成与特性同时也发生着明显的变化。将生活垃圾进行堆肥化处理既可解决城市垃圾的出路问题，又可达到再资源化的目的，具有一定的经济效益和社会效益，并且目前世界各国都把城市固体废弃物的“无害化、减量化、资源化”的“三化”方针作为综合解决城市垃圾的原则，从这一发展趋势上看，采用堆肥法处理城市垃圾符合这一方向，并被视为处理城市生活垃圾、下水污泥的一条值得重视的途径。有研究表明，将垃圾堆肥施于土壤表层0～20cm，对表层土壤的酸度影响较大，随垃圾堆肥施用量的增加，交换性酸和交换性铝的比值明显降低；使用垃圾堆肥量为90～180t/hm²条件下，连续施用两年以后，土壤容重由1.3～1.27g/cm³降到1.26～1.10g/cm³，并且田间持水量与总孔隙度随堆肥用量的增大而增大，随垃圾堆肥用量的增加，1～0.01mm粒径的土壤颗粒都随之增加，0.01mm以下的物理粘粒随着垃圾堆肥施用量的增加而减少。在生活垃圾转化高效生物有机肥料的肥效研究中指出，垃圾复合肥能提高土壤中速效氮、磷、钾、有机质等的含量，可以提高土壤肥力、改善土壤的理化性质。生活垃圾堆肥有良好的养分供应力，有利于草坪草对养分的吸收和利用，由于垃圾堆肥中含有大量的有机质和微生物，因此对改善土壤肥力、提高养分含量具有重要的作用。
植物水分是决定植物分布与作物生产力的主要因素之一。水分缺乏可引起植物生命活动的各个方面，包括生长发育、形态解剖与生理代谢等的改变，但是它的最主要而直接的影响是对生长发育的改变。生长调节物质对植物的生长发育有广泛的调节作用。
垃圾堆肥淋洗法是对垃圾堆肥进行修复的一种可行处理方式。本发明人在前期研究中发现生活垃圾堆肥淋洗液可以合理利用于培植无土草皮而不影响草坪植物发芽率，并且在最适浓度条件下淋洗液可以提高植株高度、地上生物量和叶绿素含量(多立安等，2007)。在巩宗强等(2002)的研究综述中指出，土壤淋洗法由于需要消耗大量的淋洗液，而且这种方法是将污染物转入淋洗液中，因此对于淋洗液进行再处理和循环利用是十分必要的，并且可以更好的发挥淋洗法的优势。因为经过淋洗处理后会改变堆肥基质体系中团粒之间的作用力，改变其中物质的溶解性和移动性，可能导致一些有毒物质的暴露及活化重金属的溶出，也会对环境造成污染风险，因此如何合理使用淋洗液，特别是经过EDTA处理的淋洗液在对草坪植物培植中的水分利用效率影响方面，未见文献报道。
发明内容
本发明提供了一种堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面的应用，其目的在于综合考虑堆肥淋洗液对草坪植物水分利用效率的影响，揭示堆肥淋洗液对草坪植物其中所述的草坪植物水分利用效率包括：净光合速率和蒸腾速率的影响情况，最终达到堆肥淋洗液在草坪植物领域更广泛的应用提供理论依据。为实现上述目标，本发明提供了如下的技术方案：
堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面的应用；其中所述的堆肥淋洗液是由垃圾堆肥以1∶1-3重量份数的水淋洗后，加入5-15mmol/LEDTA组成，其中堆肥淋洗液：5-15mmol/LEDTA的重量份数比为1∶0.01-0.03。
本发明所述的草坪植物为黑麦草或高羊茅。所述的草坪植物水分利用效率还包括蒸腾速率的影响。
本发明所述的堆肥淋洗液在提高草坪植物水分利用效率方面方面的使用方法：
(1)在塑料网上以40g/平方米播种黑麦草或高羊茅，浇灌Hoagland营养液；
(2)待种子培养30天后，将营养液全部倒出，用施加含有EDTA的垃圾堆肥淋洗液替代营养液，继续对草坪植物进行无土培养萌发；
(3)早晚各一次来补充由蒸发而散失的垃圾堆肥淋洗液，每周更换一次垃圾堆肥淋洗液；
(4)经垃圾堆肥淋洗液处理7天-60天后对黑麦草或高羊茅进行收获，测定草坪植物光合利用效率的情况。
本发明所述的应用，包括不同水和堆肥质量比淋洗液施加5-15mmol/L EDTA对草坪植物净光合速率。
本发明所述的应用，包括不同水和堆肥质量比淋洗液施加5-15mmol/L EDTA对草坪植物蒸腾速率的影响。
本发明考虑草坪植物的生长因素，在淋洗垃圾堆肥后的淋洗液施加EDTA培植草坪植物的处理中应根据不同的草坪植物种类来选择适宜的水和堆肥质量比淋洗处理和EDTA施加浓度。
本发明探讨了在经过不同水和堆肥质量比淋洗处理垃圾堆肥后的淋洗液施加EDTA来培植草坪植物，其净光合速率和蒸腾速率特征的生态响应，以期进一步为草坪植物应用于生活垃圾堆肥淋洗液的植物修复和垃圾堆肥淋洗液培植无土草皮的研究中提供水分利用效率特征参数方面的数据支持。
本发明实验结果表明：在高羊茅施加15mmol/L EDTA、水和堆肥质量比为3∶1的淋洗处理中，其叶片水分利用效率最低，仅为对照的9.38％；黑麦草试验组中，其叶片水分利用效率的最低值出现在10mmol/L EDTA、水和堆肥质量比为2∶1的淋洗处理中，为对照的35.26％。在对照组中，高羊茅的水分利用效率要高于黑麦草，但是在加入不同水和堆肥质量比的淋洗液及不同浓度的EDTA处理之后，黑麦草叶片的水分利用效率要比高羊茅的变化幅度小，表明黑麦草在水分利用效率方面对淋洗液处理后受到的损伤要小于高羊茅，以维持稳定的叶片水分利用效率。
具体实施方式
为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。以下结合实例对本发明做进一步的说明。
实施例1
(1)在塑料网上以40g/平方米播种黑麦草或高羊茅，浇灌Hoagland营养液；
(2)待种子培养30天后，将营养液全部倒出，用施加5mmol/EDTA的垃圾堆肥淋洗液替代营养液，继续对草坪植物进行无土培养萌发；其中堆肥淋洗液：5mmol/LEDTA的重量份数比为1∶0.01。
(3)早晚各一次来补充由蒸发而散失的垃圾堆肥淋洗液，每周更换一次垃圾堆肥淋洗液；
(4)经垃圾堆肥淋洗液处理7天后对黑麦草或高羊茅进行收获，测定草坪植物水分利用效率的情况，试验结果见实施例2。
实施例2
(1)试验材料
本试验选用我国北方比较常见的多年生黑麦草(Lolium perenne L.)和高羊茅(Festuca arundinacea L.)为试验材料。生活垃圾堆肥来自天津市小淀堆肥厂，其基本理化性质见第三章表3.1。Hoagland’s营养液组成：母液1：Ca(NO₃)₂·4H₂O 118g/L；母液2：KNO₃ 50.5g/L；KH₂PO₄ 13.6g/L；母液3：MgSO₄·7H₂O 24.6g/L；母液4：H₃BO₃ 3.09g/L；MnCl₂·4H₂O 0.9g/L；ZnSO₄·7H₂O 1.1g/L；CuSO₄·5H₂O 7.5mg/L；(NH₄)₂MoO₄124mg/L；母液5：EDTA-Na₂ 3.72g/L；FeCl₃·6H₂O 2.70g/L。母液配好后，倒入贴有各自标签的瓶中，放入冰箱中保存备用。营养液现用现配，配制时母液1、2、3分别取10mL，母液4、5分别取1mL，混合然后用蒸馏水定容至1000mL。
(2)试验方法
草坪植物的水培培养
草坪植物在试验前期采用Hoagland’s营养液进行水培培养，以备后续试验使用。用橡皮筋将塑料纱网固定在100ml的烧杯上，将网面用手指下压使得其向烧杯内方凹陷，然后在塑料纱网上覆盖两层医用纱布，作为草坪植物种子的发芽床，向烧杯中加入配制好的Hoagland营养液约85ml，然后在每个烧杯中分别播种高羊茅和黑麦草籽粒饱满的种子约150粒，为配合下一步采用淋洗液替换营养液的处理，每一种草坪植物要设置30个处理，总计60个营养液水培处理。烧杯中营养液的液面处用记号笔画上记号，在草坪植物的培养期间每日早晚各添加一次蒸馏水至画记号处，以此来补充由于正常蒸发而散失的水分。利用营养液对草坪植物的初期建植培养在实验室内自然光条件下进行，光照强度为600～800μmol·m^-2·s^-1。烧杯放置于实验室中靠近窗户的实验台上，并且经常更换烧杯的摆放位置以保证每个烧杯是在均匀、一致的光照条件下生长，每星期更换一次营养液，营养液水培培养30天，培养期间环境的平均温度为24.5℃，平均湿度为56.5％。
淋洗装置的设计及形态指标的测定
在草坪植物水培培养期间同时进行不同水和堆肥质量比淋洗处理垃圾堆肥的试验。淋洗装置采用高15cm，内径11cm的PVC管，在底部装100g沙子，上置500g堆肥，用四层医用纱布将PVC管底部封住，以支撑管中的沙子和堆肥，并且在管的下方分别配备有接收淋洗液的容器。堆肥和沙子在PVC管中的高度约为7cm，整个淋洗试验在实验室内自然光条件下进行。第一次滴加相当于堆肥饱和持水量60％的自来水，平衡一夜，然后进行不同水和堆肥质量比下的淋洗处理，水质量∶堆肥质量为1∶1、2∶1、3∶1，即自来水的量取500g、1000g、1500g；连续进行三天的淋洗试验，然后分别收集不同水和堆肥质量比淋洗处理后得到的淋洗液，将各自三天得到的淋洗液混合均匀。淋洗试验期间实验室内的平均温度为27.8℃，平均湿度为42.6％。
在三种不同水和堆肥质量比条件下淋洗处理垃圾堆肥得到的淋洗液中分别施加5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L的EDTA，成为两因素随机区组试验，试验设置3次重复。在草坪植物利用营养液水培培养30天后，将营养液全部倒出，用施加EDTA后的淋洗液替代营养液加入到烧杯中继续对草坪植物进行无土培养，以继续使用营养液进行培养的处理作为空白对照。在进行淋洗液施加EDTA处理7天后对草坪植物开始进行收获，对其地上部进行株高的测量；地下部分进行最长须根长的测量，然后将草坪植物置于80℃的烘箱中烘干至恒重，测定其干重。
(3)指标测定
在草坪植物培养第34天，即用施加了EDTA后的淋洗液替代营养液培植草坪植物的第4天进行光合指标的测定。采用美国LI-COR公司产Li-6400便携光合测定系统(Portable Photosynthesis System)，利用仪器自身发射出的红蓝光控制不同强度的光合有效辐射，进行叶面蒸腾速率(Tr)等指标进行了测定。水分利用效率用公式“水分利用效率＝净光合速率/蒸腾速率”计算(郑国琦等，2002)。
数据处理：数据分析采用EXCEL和SPSS 14.0分析软件进行处理。
(4)结果与分析
不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对草坪植物叶面蒸腾速率的影响
不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA处理下对两种草坪植物蒸腾速率的影响见表1～3，两种草坪植物中除高光合有效辐射条件下高羊茅施加5mmol/L EDTA的处理外，其余都是在对照组中有蒸腾速率的最大值，并且蒸腾速率值也都是随着EDTA施加浓度的升高而随之降低。5mmol/L EDTA处理中，高羊茅试验组在水和堆肥质量比为2∶1、光合有效辐射为1500μmol·m^-2·s^-1时有最大值，然后随着光强的增加高羊茅叶片的蒸腾速率又降低；在低浓度EDTA处理中，水和堆肥质量比为1∶1的处理高羊茅的叶面蒸腾速率最低，与另外两种淋洗处理之间差异显著(p＜0.05)，随着EDTA施加浓度的升高，各不同水和堆肥质量比淋洗处理之间的差异不明显。在黑麦草试验组中，水和堆肥质量比为2∶1的处理中随着光照强度的升高，黑麦草叶片蒸腾速率也一直升高，但当EDTA施加浓度升高时，黑麦草水和堆肥质量比为2∶1的处理蒸腾速率下降的最快，以3∶1的水和堆肥质量比淋洗处理下的黑麦草叶片蒸腾速率维持最为稳定；在低浓度EDTA处理时，水和堆肥质量比为1∶1的处理，黑麦草叶面蒸腾速率值显著(p＜0.05)低于另外两种条件的淋洗处理，中等浓度EDTA处理时，水和堆肥质量比1∶1和2∶1的淋洗处理中黑麦草叶面蒸腾速率值显著(p＜0.05)低于3∶1的淋洗处理，高浓度EDTA处理时，各不同水和堆肥质量比淋洗处理之间的差异均不明显。
表1不同水和堆肥质量比淋洗液施加5mmol/L EDTA对草坪植物蒸腾速率(mmol·m^-2·s^-1)的影响

表2不同水和堆肥质量比淋洗液施加10mmol/L EDTA对草坪植物蒸腾速率(mmol·m^-2·s^-1)的影

表3不同水和堆肥质量比淋洗液施加15mmol/L EDTA对草坪植物蒸腾速率(mmol·m^-2·s^-1)的影响


不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对草坪植物水分利用效率的影响
不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对草坪植物水分利用效率的影响见表4。淋洗液施加EDTA的处理降低了高羊茅的水分利用效率，水分利用率的值均低于对照组。在高羊茅试验组中，淋洗液施加5mmol/L EDTA处理下高羊茅的水分利用效率最高，且随着水和堆肥质量比的升高，高羊茅叶片的水分利用效率随之降低，且与水和堆肥质量比为2∶1和3∶1的淋洗处理间有显著(p＜0.05)差异；在黑麦草试验组中，低浓度EDTA处理，黑麦草叶片水分利用效率随着水和堆肥质量比的升高而升高，并且各水和堆肥质量比淋洗处理间有显著(p＜0.05)差异，高浓度EDTA处理，不同水和堆肥质量比淋洗处理之间及与对照间的黑麦草叶片水分利用效率差异均不明显。
表4不同水和堆肥质量比淋洗液施加EDTA对草坪植物水分利用率(％)的影响

结论
考虑草坪植物的生长及光合生理指标等因素，在淋洗垃圾堆肥后的淋洗液施加EDTA培植草坪植物的处理中应根据不同的草坪植物种类来选择适宜的水和堆肥质量比淋洗处理和EDTA施加浓度。水分利用效率是由植物的净光合速率和蒸腾速率决定的，即消耗单位重量的水植物所固定的营养物质量；在高羊茅施加15mmol/L EDTA、水和堆肥质量比为3∶1的淋洗处理中，其叶片水分利用效率最低，仅为对照的9.38％；黑麦草试验组中，其叶片水分利用效率的最低值出现在10mmol/L EDTA、水和堆肥质量比为2∶1的淋洗处理中，为对照的35.26％。在对照组中，高羊茅的水分利用效率要高于黑麦草，但是在加入不同水和堆肥质量比的淋洗液及不同浓度的EDTA处理之后，黑麦草叶片的水分利用效率要比高羊茅的变化幅度小，表明黑麦草在光合生理方面对淋洗液处理后受到的损伤要小于高羊茅，以维持稳定的叶片水分利用效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。