富营养水在调节草坪植物抗逆性方面的应用.pdf

本发明公开了富营养水在调节草坪植物抗逆性方面的应用；其中所述的富营养水采用原浓度25％-75％的富营养化水；所述富营养水的TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99；所述的抗逆性评价指标是指：脯氨酸、可溶性糖、丙二醛的含量变化。结果表明：经过稀释后的富营养化水灌溉，草坪植物抵御不利生长环境的能力得到增加；并达到了资源节约和环境保护的目的。

1、  富营养水在调节草坪植物抗逆性方面的应用；其中所述的富营养水采用原浓度25％-75％的富营养化水；所述富营养水的TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99；所述的抗逆性评价指标是指：脯氨酸、可溶性糖、丙二醛的含量变化。

2、  如权利要求1所述的应用，其中利用富营养水调节草坪植物脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量的方法如下：
(1)在自然土壤中以20-40g/平方米均匀播种草坪植物；
(2)播种初期用净水培养，待种子萌发后改用稀释原浓度25％-75％的富营养化水浇灌；
(3)浇灌方法为，早晚各浇水一次，保持基质表面湿润；
(4)第45-60d，开始测定可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量的各项指标，即达到提高草坪植物光合能力的目的。

3、  如权利要求1所述的应用，其中草坪植物为黑麦草或高羊茅。

4、  如权利要求1所述的应用，其中采用稀释的75％富营养化水浇灌时高羊茅丙二醛含量达到最大。

富营养水在调节草坪植物抗逆性方面的应用
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及城市富营养化水体的合理使用方法。更具体的说是富营养富营养化水体在调节草坪植物抗逆性方面的应用。
背景技术
富营养化是指由于人类活动，富营养化水体中的营养物质增加，引起植物过量生长和整个富营养化水体生态平衡的改变，因而造成危害的一种污染现象。随着城市和工业的不断发展，以及农业化肥和含磷洗涤剂的大量使用，大量未经处理的城市生活污水和工农业污水流入湖泊和江河中，使湖泊、江河中的氮磷等营养盐不断积累，富营养化水体生产力提高，促使部分藻类生物以及其它水生生物异常大量繁殖，造成富营养化水溶解氧量和透明度下降，水质恶化，产生异味，富营养化水体功能遭到破坏，进而导致富营养化水体的富营养化进程加速发展。严重的富营养化可造成水生生态结构的破坏，加快湖泊等富营养化水体的老化过程。由于富营养化水体一旦进入富营养阶段就会对人们的生活环境产生很大的负面影响，最终影响经济建设和社会发展。因此如何治理富营养化的富营养化水体，减少其中的营养物质的含量，恢复富营养化水体的综合功能，已成为当前全球性的环境问题研究热点。
人们已经认识到，我国草坪业发展必须走生态环境保护与建设紧密结合的新型草坪生态产业之路，必须很好地解决当今面临的一个突出生态问题：即是坚持发展生态节水型草坪产业(多立安和赵树兰，2003)。我国是一个水资源匮乏的国家，虽然水资源总量较大，居世界第6位，但由于人口众多，人均水资源量仅为2230m³。在世界银行近年来所做连续资源统计的132个国家中居第82位，是世界平均水平的3/10，北方地区人均仅为995.4m³，属于联合国规定的严重缺水地区(张令梅，2004)。20世纪80年代以来，随着经济发展和城市化进程的加快，缺水问题尤为突出，每年影响工业产值2000多亿元，农业生产每年缺水达300亿m³，受旱面积约2万km²(周彤，2002)，造成的粮食减产为250亿至480亿kg(刘凤枝，2006)。草坪养护对水的需求量极大，草坪传统节水方式是通过抗旱品种的选育、草坪经济灌溉量、灌溉时机及灌溉方式的选择等方法(Robert，2006)；目前，草坪节水技术有了新的发展，保水剂的引进在一定程度上促进了草坪的节水能力(郑群英等，2005)，但仍然没有在实质上解决草坪节水的重大问题。针对此问题，许多研究者开始采用生活污水、工业用污水或是经过处理后的再生水对植物进行灌溉。天津纪庄子污水处理厂将处理后的污水用于园林绿化的灌溉用水，收到不错的效果(徐强，2003)，国外研究者发现，处理后的污水灌溉与地下水灌溉植物，在不减少产量的条件下，施肥量可以显著降低(Reboll et al.，2000)。处理水用于灌溉还能增加某些植物的生长(Thomas et al.，2006；周陆波等，2005)。值得注意的是，经处理厂处理后的污水，其重金属浓度虽然控制在安全范围以下，但长期灌溉会造成土壤中重金属积累(Adhikar et al.，2004)，或植物局部微量元素的缺乏(Mujeriego et al.，1996)因此，采用此方法一定要定期做好监测工作。
由于进行污水灌溉的水源大都需要污水处理厂的再处理，考虑到处理环节因素，用再生水灌溉草坪成本仍然较高，而且还会对环境及植物本身造成一些弊端，此法虽然大大缓解了对清水的需求量，但通过查阅文献不难发现，我国的污水灌溉技术应用于园林灌溉的较多，应用于绿地灌溉的较少(王昌俊等，2005)。特别是直接利用富营养化水作为灌溉草坪植物的水源，探究作为草坪绿地灌溉用水源的最适富营养化水及最适浓度，以及采用富营养化水调节草坪植物可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量方面的应用的研究尚未见相关文件的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富营养富营养化水在调节草坪植物抗逆性方面的应用。主要考察采用不同浓度不同水域的富营养化水作为草坪植物的灌溉水对草坪植物可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量的调节作用。最终达到资源节约和保护环境的目的。为实现上述目标，本发明提供了如下的技术方案：
富营养富营养化水在调节草坪植物抗逆性方面的应用；其中所述的富营养富营养化水采用原浓度25％-75％的富营养化水；所述富营养富营养化水水域的TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99；所述的抗逆性是指：脯氨酸、可溶性糖、丙二醛的含量变化。本发明所述的应用，其中利用富营养水调节草坪植物脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量的方法如下：
(1)在自然风干后的土中，均匀播种草坪植物；
(2)播种初期用净水培养，待种子萌发后改用稀释原浓度25％-75％的富营养化水浇灌；控制温度20～25℃，相对湿度40％～65％，光照为自然光；
(3)播种后定期进行除杂，早晚各浇水一次，保持基质表面湿润，第45d开始测定可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量的各项指标。
本发明所述利用富营养水调节草坪植物抗逆性方面的应用，其中草坪植物为黑麦草或高羊茅。
本发明利用富营养水调节草坪植物抗逆性方面的应用，其中采用稀释的25％富营养化水浇灌。
本发明利用富营养水调节草坪植物抗逆性方面的应用，其中采用稀释的50％富营养化水浇灌。
本发明利用富营养水调节草坪植物抗逆性方面的应用，其中采用稀释的75％富营养化水浇灌时高羊茅MDA含量达到最大。
植物体内的可溶性糖、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸含量同样是反映植物受环境因素影响程度的指标。不仅达到节水目的，也能调节可溶性糖、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸含量，实现草坪植物具备强的抗逆性。因此，本发明研究了，直接利用富营养化水作为灌溉草坪植物的水源，分析草坪植物对富营养化水灌溉下的生长、生理生态的适应性响应，探究作为草坪绿地灌溉用水源的最适富营养化水及最适浓度。
本发明所述的富营养富营养化水为：外环线沿线水域、姚村周边水域、卫津河河水、师大主校区生活污水。其中外环沿线水域和卫津河水是市区景观河道的两处代表水域；姚村周边水域紧邻化工厂，附近有工业废水排出；师大主校区生活污水受生活垃圾污染严重。其TN为：9.7mg/L-13.1mg/L；TP为：0.6mg/L-0.9mg/L；pH值为：8.12-8.99。
本发明公开的利用富营养水调节草坪植物抗逆性方面的应用与现有技术相比，所具有的积极效果在于：
(1)本发明采用经过稀释的富营养水直接灌溉，省去了污水处理厂的再处理，从而使再生水灌溉草坪的成本大度的下降，为富营养水的再生利用提供了可靠的方法。
(2)本发明考察了不同浓度，不同水域的富营养化水作为草坪植物的灌溉水源在调节草坪植物可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量方面的可行性，试验结果表明：经过富营养化水灌溉，草坪植物的抗逆活性，抵御不利生长环境的能力增加了。从而解决了草坪植物栽培及管理过程中耗水量大、基质选择不当等诸多限制因素。为富营养化水的进一步治理，合理使用，提供了一种简洁、环保的可行性的好方法。最终达到资源节约和保护环境的目的。
(3)本发明研究了不同区域富营养化水在不同浓度梯度处理下对草坪植物黑麦草、高羊茅生长状况，调节可溶性糖、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸含量方面的变化，实现草坪植物具备强的抗逆性。
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)在自然土壤中以20g/平方米均匀播种草坪植物；
(2)播种初期用净水培养，待种子萌发后改用稀释原浓度75％的富营养化水浇灌；
(3)播种后定期进行除杂，早晚各浇水一次，保持基质表面湿润，第45d开始测定可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量的各项指标。其中所述的富营养富营养化水采用原浓度75％的富营养化水；所述富营养富营养化水水域的TN为：13.1mg/L；TP为：0.9mg/L；pH值为：8.12；所述的抗逆性是指：脯氨酸、可溶性糖、丙二醛的含量变化。具体见实施例2的方法。
实施例2
(1)实验材料
本实验选用我国北方常见的陆生草坪植物多年生黑麦草(Lolium perenne L.)和高羊茅(Festuca arundinacea L.)。通过前一章萌发筛选出使草坪植物发芽率较高，富营养化水富营养化较严重的三处水域作为本实验的灌溉用实验水，分别为：外环线沿线水域、姚村周边水域、师大主校区生活污水。三处水域TN分别为：9.7mg/L、12.3mg/L、13.1mg/L；TP分别为：0.6mg/L、0.9mg/L、0.8mg/L；pH值分别为：8.12、8.99、8.67。参照“国家地表水环境质量标准”(GB3838-2002)，本实验所用水均超出地表V类水标准，达到富营养化水平。对照选用自来水，其TN为：0.16mg/L；TP为：0.01mg/L；pH值为：6.89。
(2)实验方法
将三处富营养化水分别用自来水稀释到原浓度的25％、50％、75％三个处理。以自来水(0％)为对照。将自然风干后的园土装在一次性塑料杯中，每杯约200g，200粒高羊茅种子均匀播种其上。播种初期用净水培养，待种子萌发后改用不同浓度处理的富营养化水浇灌，3次重复。本实验在天津师范大学生态实验室内进行，将一次性塑料杯放置于培养台上，实验期间室内温度为20～25℃，相对湿度为40％～65％，光照为投入室内的自然光，平均光量子密度约为600~800μmol·m^-2·s^-1。播种后定期进行同样的除杂(定期手工去除杂草)和浇水(早晚各浇水一次，保持基质表面湿润)，根据试验目的和内容定期观测并记录数据。试验周期为45d，第45d开始测定各项指标：脯氨酸、可溶性糖、丙二醛(MDA)含量。
(3)指标测定
1)脯氨酸含量测定
参考高俊凤(2008)，称取0.5g叶片剪碎，分别置于大试管中，然后分别加入10ml 3％的黄基水杨酸，沸水提取10min，冷却后吸取2ml于另一干净带塞试管，加入2ml冰醋酸及2ml酸性茚三酮，沸水中加热30min，冷却用4ml甲苯提取，3000r·min^-1离心5min，取上层液于比色皿中，用紫外分光光度法于520nm下测吸光值。
2)丙二醛(MDA)含量的测定
参考张志良和瞿伟菁(2003)的分光光度法测定MDA含量，称取0.3g叶片，用10％TCA加少量石英砂提取，充分研磨定容10ml，匀浆以4000r·min^-1离心10min，取上层液2ml再加入2ml的0.6％TBA，混匀，沸水中煮15min，冷却后离心10min，取上清液于532nm和450nm下测吸光值。
3)可溶性糖含量的测定
采用蒽酮比色法(张义贤和李晓科，2008)。取新鲜叶片0.5g，剪碎放入三角瓶，加入20ml蒸馏水，用塑料薄膜封口，于沸水中提取30min，冷却后过滤并定容至100ml。此为待测液。吸取待测液0.5ml于20ml试管中，加蒸馏水1.5ml，蒽酮乙酸乙酯0.5ml，浓H₂SO₄(比重为1.84)5ml，充分振荡。立即将试管放人沸水中，准确保温1min，取出后自然冷却至室温，在630nm波长下测定光吸收值。在0～100ug/ml范围内作标准曲线。
(4)结果与分析
富营养化水灌溉对黑麦草脯氨酸、MDA、可溶性糖含量的影响：
游离脯氨酸(Proline)是一种广泛存在于植物体内的偶极含氮化合物，是植物细胞中的一种游离氨基酸，具有很高的水溶性，它可以保护细胞膜系统，维持胞内酶的结构，减少胞内蛋白质的降解。在本试验中，黑麦草在三处富营养化水的各个浓度灌溉下，其游离脯氨酸含量分别与对照相比差异不显著(P＞0.05)(表1)，游离脯氨酸含量值稳定在对照的水平，无明显的增加或减少。不同富营养化水稀释为不同浓度后灌溉黑麦草，并未对黑麦草体内游离脯氨酸含量产生梯度差异，各浓度之间差异不显著。
植物为了适应一些逆境条件，会主动积累一些可溶性糖以适应外界条件的变化。可溶性糖具有生成迅速且对代谢活动和酶活性影响小的特点，因此对提高植物抗性具有重要作用，其含量常用来反映植物的抗逆性。实验中，姚村和生活区富营养化水稀释为不同浓度后灌溉黑麦草，对其可溶性糖含量的影响明显(表1)，各浓度下黑麦草体内积累的可溶性糖含量均小于对照，且都达到了显著差异水平，这两处富营养化水灌溉下黑麦草可溶性糖含量的最小值分别为对照的52.6％和49.9％。稀释为各个浓度的外环富营养化水，对黑麦草体内可溶性糖的积累与对照相比差异不显著，不同浓度之间也无显著性差异(P＞0.05)。
植物在逆境胁迫情况下，体内自由基的产生与清除平衡遭到破坏，会导致自由基的积累，由于自由基的毒害会发生脂膜过氧化作用，其产物丙二醛(MDA)会严重损伤细胞膜系统，因此，常通过测定MDA的含量来判断植物受胁迫的程度。实验中，姚村和生活区富营养化水稀释为不同浓度后灌溉黑麦草，对其MDA含量的影响比较明显(表1)，各浓度下黑麦草体内积累的MDA含量均小于对照，且都达到了显著差异水平(P＜0.05)，这两处富营养化水灌溉下黑麦草MDA含量的最小值分别为对照的48.3％和55.3％。稀释为各个浓度的外环富营养化水，对黑麦草体内MDA含量的影响与对照相比差异不显著，不同浓度之间也无显著性差异。
表1 富营养化水灌溉对黑麦草脯氨酸、可溶性糖、MDA含量的影响


表2 富营养化水灌溉对高羊茅脯氨酸、可溶性糖、MDA含量的影响

通常情况下植物在逆境条件下，体内脯氨酸的含量会显著增加，而在本试验中，高羊茅在三处富营养化水的各个浓度灌溉下，其游离脯氨酸含量分别与对照相比差异不显著(表2)。高羊茅体内游离脯氨酸含量随浓度变化影响不大，三处富营养化水都是在稀释为原浓度25％时，使高羊茅游离脯氨酸含量比对照略有增加，稀释为原浓度的50％、75％时比对照略有减小，但均未与对照达到显著性差异水平，且三处富营养化水之间对高羊茅体内游离脯氨酸含量的影响差别不大。
三处富营养化水灌溉高羊茅，对其体内可溶性糖含量的影响，随着稀释浓度的变化呈现出相同的趋势，即都随着稀释浓度的升高可溶性糖含量逐渐增加，但只有姚村水域稀释为75％浓度条件下灌溉高羊茅时，使高羊茅体内可溶性糖含量显著高于对照，比对照高出21.9％。其他各水域的各个浓度处理对高羊茅可溶性糖含量的影响与对照相比未形成显著差异(P＞0.05)。
同一水域稀释为不同浓度的富营养化水灌溉高羊茅，对其体内MDA含量的影响与对照相比差异不显著。三处富营养化水对高羊茅体内MDA含量的影响较为一致，MDA含量都随着稀释浓度的升高呈现出不断增加的趋势，在75％浓度时高羊茅MDA含量达到最大，此时，姚村、外环、生活区水域高羊茅MDA的含量分别比对照高出31.4％、34.9％、19.7％。结论
有研究表明，植物体内游离脯氨酸的大量积累是受逆境胁迫的结果。脯氨酸含量的变化常被作为植物体内氨基酸代谢是否发生障碍的标志，脯氨酸在植物体内的增加，是植物在逆境下的适应性表现。本试验中，不同富营养化水稀释为不同浓度后对黑麦草、高羊茅体内脯氨酸含量的积累影响不明显，未与对照形成显著差异，且游离脯氨酸含量维持在一个较低的水平，基本上不随富营养化水稀释的浓度高低而变化。这可能是因为，经过“稀释”的处理方式使富营养化水中的各种盐含量降低，稀释后的富营养化水各个浓度之间对草坪植物体内细胞的渗透耐性、生物大分子结构的稳定性、细胞酸碱度等方面的影响差异不大，从而未形成游离脯氨酸在体内积累的梯度变化。姚村、生活区水域的不同浓度处理下，使黑麦草MDA及可溶性糖的含量显著低于对照，但各浓度之间差异不显著；三处水域的不同浓度对高羊茅MDA及可溶性糖含量的影响不明显，与对照相比差异不显著。分析其原因可能是因为，植物细胞膜是否受损可反映植物是否受到逆境胁迫，而富营养化水中含有大量的N元素，且主要以NH₄⁺-N和NO₃^--N的形式存在，已有研究表明，植物以NH₄⁺-N为氮源时，NH₄⁺-N容易扩散穿过生物膜，破坏膜结构，引发植物体内的代谢失衡，而以NO₃^--N为主要氮源时，过量的NO₃^--N会储存在液泡中，不会造成毒害作用。因此本试验结果一方面说明经过稀释后的富营养化水未对草坪植物黑麦草、高羊茅生长构成严重的胁迫环境，可溶性糖的防御体系未开启，膜脂过氧化产物未明显增加，黑麦草、高羊茅细胞膜系统的膜结构、膜选择透性未受到严重损伤；另一方面，出现这种结果也有可能是因为，以富营养化水作为灌溉水源，其中的氮元素更多的是以NO₃^--N的形式被植物体吸收，作为其主要氮源，因此未对植物的膜结构造成损伤。
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。