專利名稱：采用稀土鈰提高干旱混合基質草坪植物光合能力的方法
技術領域：
本發明涉及稀土鈰在城市草坪建植技術領域中的應用，特別是涉及采用稀土鈰提高干旱混合基質草坪植物光合能力的方法及應用
背景技術：
草坪作為一個生態系統，它是一個龐大的碳源貯存庫，世界上草地土壤每年可以吸收沉積0.01、. 3Gt碳。因此減少了空氣中CO2，在一定程度上減輕溫室效應。其次，草坪所形成的致密的地表覆蓋層和草根層具有良好的防治土壤侵蝕的作用；草坪還可以減少地表的日溫差，因此可以有效地減輕土壤因“凍脹”而引起的土壤崩落。草坪有巨大飄塵吸附能力，可以有效防止二次揚塵，還可以減少風速，防止起塵等。草坪具有吸附空氣中C02、S02及NO2等有毒害的氣體等。草坪還具有吸附塵埃的能力，因此草坪具有凈化空氣，減少污染的能力。城市草坪是人類文明的產物，它既可以美化環境，草坪特殊的靜怡姿態和明麗的色調給人以回歸自然之感，給人以精神陶冶。城市人工草坪不像天然草地那樣耐旱，尤其是耐渴能力很差。草坪根系較淺，不足以在土壤中吸收足夠的水分，只能靠人工澆灌。在旱季草坪每天要澆一次水，即使在雨季，每月至少也要澆兩次水。一旦缺水會導致草坪生長不良。尤其是在我國北方城市，每年要消耗大量的水，年灌水量大約為O. 6 1. O m3/m2。所以草坪水分管理的高成本往往使得我國北方城市草坪水分不足，使得草坪的質量下降，長期供水不足，草坪就會慢慢的退化，從而導致草坪失去了原有的價值和功能，這個時候人們的選擇只能是放棄草坪。因此，在人類面臨水資源匱乏的今天，水資源的調配與利用將是草坪建植和管理上人們面臨的最大挑戰。稀土元素應用于大田植物，增加種子活力，促進植物生長；增加農作物產量，大量的研究還表明稀土元素有利于增加植物體內抗氧化酶的活性，大大提高植物的抗逆能力。通過長期稀土農用基礎理論研究表明稀土元素可以提高植物的葉綠素含量、增強光合作用，促進根系的發育、增加根系對養分的吸收。稀土還能促進種子萌發、增加種子萌發率、促進幼苗生長。關于稀土元素的應用，現有文獻有關于鈰對酸雨脅迫下大麥種子萌發的影響的報道，還有硝酸鈰對水稻種子活力和萌發期間酶活性的影響報道等文獻，它們均屬于農作物學科，但有關稀土元素(稀土鈰)對草坪植物光合能力的研究尚未見到報道。另外也有文獻有報道“有稀土在草地生產中的作用”，所屬的專業領域為畜牧學科，草地生產專業，涉及到的飼草或牧草與草坪無關。其中的草地指的是能進行放牧、割草發展畜牧業的土地(或地段)，其目的為人們生活提供肉、奶、毛等畜產品的。草坪所屬的專業領域為園藝學科，觀賞園藝專業，指的是用于城市綠化、并為城市提供生態服務的。草坪與草地有著本質的差別的。草坪植物在幼苗期的根系活力較弱，地上部生長緩慢，而草坪植物這種前期生長較弱的特性，往往使草坪植物在生長前期與雜草的競爭中處于劣勢地位，這樣的結果可導致草坪建植失??；另外，這種情況在干旱缺水的環境條件下，草坪植物在生長前期與雜草的競爭中處于劣勢的現象尤為突出；這直接影響到草坪植物的成活率；這也是草坪建植應用在實踐中的最大困難，即草坪建植經歷技術“瓶頸”制約的問題所在。本發明人于2006年12月05日，申請了 “硝酸鈰在草坪建植技術中的應用(2006101298780)”重點公開了硝酸鈰在提高種子活力方面的應用，在此基礎上本發明人又進一步研究了采用稀土鈰提高干旱混合基質草坪植物光合能力方法，以及在不同梯度干旱脅迫條件下對草坪植物光合方面的應用。

發明內容
本發明公開了一種采用稀土鈰提高干旱混合基質草坪植物光合能力的方法，其特征在于按如下的步驟進行
(1)將草坪植物種子播于草坪建植的混合培養基質上，播種密度為35.0g/m2-45. Og/m2,1. 5-2kg混合培養基質土含有稀土鋪200 mg/Kg 800 mg/Kg,播種初期,每盆充分燒水，保證種子能順利萌發和幼苗初期的生長； (2)三個星期以后按照脅迫程度定量給水，以后每一至兩天稱重澆水，以維持在脅迫范圍內；其中所述的脅迫程度定量給水指的是采用稱重法控制正常供水為70 80%(重量)的田間最大持水量，中度脅迫為55 65% (重量)，重度脅迫為35 50% (重量)；
(3)培養的條件為在濕度為68% 78%，白天進行光照，溫度為22 26°C，夜間溫度為 18 22°C，培養 40 60 天，光照強度為 800 μ mo I m 2S 1—900 μ mo I m 2S 1 ；
(4)草坪植物建植過程中按通常草坪植物的管理要求進行；待草坪植物生長到40天至50天，剪取葉片進行測定；其中所述的混合培養基質指的重量份數比為4 :1-2的土壤與城市生活垃圾堆肥。其中的城市生活垃圾堆肥是指將垃圾堆肥去除雜物在105°C條件下烘干至恒重后使用。本發明所述的方法，其中稀土鈰重量為500mg/Kg。本發明所述的的草坪植物種子為多年生黑麥草(Zo7iw Z)或高羊茅(拉 Fes tuca arundinacea. L )。本發明所述的水脅迫指的是中度脅迫為55 65%(重量)，重度脅迫為35 50%
(重量)；
本發明所述的稀土鋪指的是硝酸鋪，Ce (NO3) 3 · 6H20o本發明所述干旱程度的控制采用稱重法。本發明進一步公開了采用稀土鈰聯合混合培養基質種植草坪植物在提高植物光合能力方面的應用，其中的稀土鈰重量為500mg/Kg。本發明更加詳細的步驟如下
水分狀況是影響植物光合作用的重要因素，土壤水分的虧缺程度對光合作用的影響可以通過氣孔導度進行，也可以直接影響到葉肉細胞的光合能力。本實驗研究了鈰在不同梯度干旱脅迫條件下對草坪植物光合及水分利用特征的影響，從光合和水分利用特征方面反映稀土元素鈰對草坪植物抗旱性的影響。I材料與方法
I.I實驗材料
本實驗選用我國北方比較常見多年生黑麥草(Lolium perenne L.)和高羊茅(Festuca arundinacea L )為實驗材料。實驗米用盆栽的方法,盆口直徑為18 cm,高為15cm。草坪植物培養基質重量為每盆2. OKg，其中I. 6Kg園土，城市生活垃圾堆肥O. 4Kg。每盆播種草坪草種O. 9 g。稀土為硝酸鈰，分子式為Ce (NO3) 3·6Η20。其中的城市生活垃圾堆肥是指將垃圾堆肥去除雜物在105°C條件下烘干至恒重后使用。1. 2實驗方法
采用兩因素隨機區組實驗設計，因素之一為干旱脅迫，土壤水分設為三個水平正常供水(Tl)、中度脅迫(T2)、重度脅迫(T3)。土壤田間最大持水量為50. 25%，干旱脅迫強度為，對照為70 80%的田間最大持水量(Max Field Capacity簡稱MFC)，中度為55 65%MFC，重度為35 50% MFC，干旱程度的控制采用稱重法。因素之二為，稀土鈰濃度，設為O、
200,500,800mg.Kg-1四個水平。將3 X 4共12個處理各重復3次。對照為正常供水(Tl)與O mg · Kg—1的處理。1.3實驗地概況與草坪建植
實驗設在天津師范大學六里臺校區的實驗地內進行的，并在實驗地內用竹竿和塑料薄膜溫室，使整個草坪植物的培植實驗在溫室內進行。溫室覆蓋為可活動式塑料薄膜，這樣，晴天可以移開塑料薄膜，以使植物可充分接受陽光。實驗地自然概況為7月份平均溫度為26. 6°C平均相對濕度為76%，8月份平均溫度為25. 6°C，平均相對濕度為77%，9月份平均溫度為20. 9°C平均相對濕度為68%。本實驗從2005年7月26日開始至9月26日進行植物培養。播種初期，每盆充分澆水，保證種子能順利萌發和幼苗初期的生長，三個星期以后按照脅迫程度定量給水。到8月26日達到各種脅迫程度，以后每一至兩天稱重澆水，以維持在脅迫范圍內。第62d開始測定各指標脯氨酸、丙二醛、葉綠素以及保護酶的活性測定。1.4指標測定
采用Li-6400便攜光合儀測量氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、光合速率(Pn)及葉面蒸騰速率(Tr)等指標進行了測定，每個處理先各測2個葉片，每次測量10個數據，三次重復分三個循環測完，每個重復測定15個數據，測定時間為上午9 00-10 :30，測定日天氣晴朗，CO2濃度為400±50 μ mo I CO2Iiior1,光照強度為900±30 μ mo Im-2S^10用下面公式計算水分利用效率水分利用效率=光合速率/蒸騰速率。將植物齊根剪下，分成地上和地下兩部分置于烘箱中80°C烘至恒重，測定生物量。葉綠素含量的測定(蘇正淑，1989)，用無水乙醇和丙酮I :1混合溶液25 mL浸泡，用分光光度計測定630 nm，654 nm的吸光值。2結果與分析
2. I鈰對干旱脅迫下光合特性的影響 (O氣孔導度
氣孔是植物葉片進行氣體交換和進行蒸騰作用的通道，干旱脅迫使得黑麥草葉片的氣孔導度下降(


圖1)，并且隨著干旱程度的增加氣孔導度急劇下降，重度脅迫下O mg.Kg—1處理比對照下降40. 3%，當施加一定量的稀土鈰后，氣孔導度有所增加，隨著脅迫程度的增力口，先上升后下降，中度脅迫下氣孔導度達到最高，500 mg · Kg—1和800 mg · Kg—1的濃度效果最明顯，在各種供水條件下的導度最大，中度脅迫下分別為O. 163細IolH2OnT2S4和O. 171細IolH2OnT2iT1,分別高出對照32. 5%和39. 4% ;重度脅迫嚴重降低了黑麥草葉片的氣孔導度，500 mg · Kg-1處理下氣孔導度最高,但和對照相比也下降了 33.9%。正常供水下，隨著稀土鈰濃度的增加，高羊茅的氣孔導度先增加后減少(
圖1)，500mg -Kg-1鈰濃度處理最大，超過對照92. 3%，而鈰處理后的高羊茅氣孔導度都明顯高于對照，和對照產生明顯差異0°〈0. 05)。在沒有施加外源鈰的情況下，高羊茅氣孔導度在各干旱脅迫下沒有明顯變化，而鈰處理后的高羊茅氣孔導度在同一濃度下，隨著干旱程度的增加逐漸減少。除重度干旱脅迫下800 mg ·ΚΡ的處理外，高羊茅氣孔導度在各干旱脅迫梯度下，經過鈰處理后的導度都明顯高于沒有經過處理的導度。在鈰處理后的高羊茅氣孔導度，以500 mg · Kg—1處理下的氣孔導度最高,在各干旱脅迫下都表現最高的氣孔導度。(2)胞間二氧化碳濃度
黑麥草胞間二氧化碳濃度隨著干旱脅迫的增加而下降(圖2)，但下降不顯著(產>0.05)。不同供水條件下，不同稀土鈰濃度對黑麥草葉片胞間二氧化碳濃度的影響不一致，在正常供水條件下，500 mg · Kg-1處理的黑麥草胞間二氧化碳濃度最低，低于對照
11.4% ;中度脅迫下，800 mg · Kg-1處理的黑麥草胞間二氧化碳濃度最低；重度脅迫下200mg · Kg-1和500 mg · Kg-1最低；0 mg · Kg-1在各供水條件下的黑麥草胞間二氧化碳濃度都是最聞。在沒有施加鈰的處理中，中度干旱脅迫增加了高羊茅胞間二氧化碳濃度(圖2);在正常供水條件下，鈰也增加高羊茅胞間二氧化碳濃度，200 mg · Kg-1處理，濃度最大，高于對照49. 6%。高羊茅在中度脅迫下，各稀土鈰濃度之間氣孔導度沒有明顯變，沒有產生顯著差異0°>0.05)。在重度脅迫下，800 mg· Kg—1鈰處理的高羊茅胞間二氧化碳濃度最低，低于Omg · Kg—1處理的17. 1%,但各濃度處理之間也沒產生明顯差異。(3)凈光合速率
在沒有施加稀土鈰的情況下，黑麥草光合速率隨著干旱程度的增加呈下降趨勢(圖3)，中度和重度分別下降了 10. 7%和33.0%。施加稀土鈰后黑麥草光合速率明顯增加，其中以500 mg · Kg-1稀土鈰處理效果最好，在各供水條件下黑麥草葉片光和速率最大，其次是800mg · Kg—1濃度的稀土鈰處理。正常供水時500 mg · Kg—1稀土鈰處理黑麥草光合速率比對照增加了 31. 2%，中度干旱脅迫比對照增加了 37. 0%，重度脅迫下廣合速率也比O mg · Kg—1的處理高59. 7%。施加稀土鈰后，中度干旱脅迫下光合速率比正常供水下相對應稀土濃度處理的都要高，可見中度的干旱脅迫刺激了黑麥草光合速率的增加。鈰能夠明顯促進高羊茅光合速率的增加(見圖3)，在正常供水條件下，高羊茅隨著鈰濃度的增加，光合速率先上升后下降，在200 mg · Kg—1濃度處理時光合速率增加最明顯，是對照的2倍，其次是500 mg · Kg—1，也比對照增加163. 7%，三種鈰濃度處理所產生的效果均高于對照，且和對照產生明顯的差異。在沒有施加鈰的處理鈰，高羊茅的光合速率隨著干旱程度的增加先減少后增加，可能是在重度脅迫下，高羊茅通過增加光合速率，增加對光能的吸收、有機物質的積累來增加對外界的抵抗能力。綜合考慮，鈰濃度為200 mg · Kg—1和500 mg · Kg-1兩種濃度處理效果最好,在各供水條件下,高羊茅光合速率均相對較高,在中度干旱脅迫下，200 mg · Kg—1和500 mg · Kg—1處理后的光合速率分別高于O mg · Kg—1處理155. 8%和161. 5%。在重度干旱脅迫下，200 mg · Kg—1和500 mg · Kg—1處理后的光合速率分別高于 O mg · Kg-1 處理 80. 0% 和 33. 3%。
(4)葉綠素含量
葉綠素是植物進行光合作用過程中對光能吸收、傳遞和轉化的重要色素，其含量的高低對植物的光合作用有著明顯的影響。黑麥草葉綠素含量變化見表1，葉綠素a在正常供水情況下隨著稀土鈰濃度增加，其含量也增加，500 mg · Kg—1時含量最高，高出對照36. 4%。沒有施加稀土鈰的情況下，葉綠素a含量隨著脅迫程度增加而減少。施加稀土鈰后能明顯緩解干旱脅迫對葉綠素a合成造成的負面影響，相同濃度的稀土鈰處理下的含量沒有明顯變化。葉綠素b的含量隨著干旱脅迫的增加而減少，施加稀土鈰后對因干旱造成葉綠素b的含量減少也有明顯的緩解作用，各稀土鈰濃度下葉綠素b含量變化不大，但稀土鈰為800mg · Kg-1濃度的處理在重度脅迫下急劇下降。葉綠素a/b的比值在干旱脅迫下沒有很大的變化，在沒有施加稀土鈰的情況下，隨著脅迫程度的增加，葉綠素a/b的比值先減少后增加；在正常供水情況下，高濃度稀土鈰降了低葉綠素a/b的比值，可見稀土鈰對葉綠素b合成的促進作用大于葉綠素a，200 mg · Kg—1處理比值最高，各濃度處理下的葉綠素a/b的比值隨著脅迫程度的增加有上升的趨勢，可能是在干旱脅迫下刺激了葉綠素a合成，提高光能的捕獲和轉化以抵抗干旱脅迫的影響。表I鋪對干旱脅迫下黑麥草葉綠素含量的影響(mg · g_1Fff)
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鈰能明顯促進高羊茅葉綠素的增加(見表2)，鈰處理后，葉綠素a明顯的增加，三種鈰濃度處理后的高羊茅葉綠素a含量都和對照產生明顯差異0°〈0. 05)，500 mg · Kg—1濃度下葉綠素a含量最高，超過對照30%。但是，500 mg · Kg—1稀土鈰處理在中度和重度干旱脅迫下葉綠素a含量下降比較快,而200 mg *Kg_1和800 mg *Kg_1兩種鋪濃度處理后的葉綠素a含量表現相對穩定。在沒有施加稀土鈰的情況下，隨著干旱脅迫程度的增加，葉綠素a含量有所增加，重度干旱脅迫下比對照增加了 24.%，可能是干旱脅迫下高羊茅為了抵抗外界的逆境而增加光合作用，增加自己體內的光合產物和能量。在重度干旱脅迫下以200 mg *Kg_1和800 mg · Kg 1兩種鋪用量下葉綠素a含量較聞。葉綠素b含量在各鋪濃度處理及各干旱脅迫下沒有表現出明顯的差異?？側~綠素含量，在正常供水下，以500 mg * Kg-1濃度處理效果最好，超過對照23. 1%，其次是200 mg · Kg—1和800 mg · Kg—1，都和對照產生明顯差異。而800 mg· Kg—1處理下的總葉綠素含量在各干旱脅迫程度下變化不大，含量相對較穩定。鈰處理高羊茅后，葉綠素a比b的比值隨著鈰濃度的增加先增大后減少，正常供水下500 mg -Kg^1的處理比值最高，比對照高30. 3%，而在此濃度下，比值隨著干旱脅迫的增加先減少后增加，呈“V”字型。葉綠素a比b比值仍然是200 mg · Kg-1和800 mg · Kg-1兩種濃度下最穩定，而且比值相對比較高。表2鈰對干旱脅迫下高羊茅葉綠素含量的影響(mg · g_1Fff)
權利要求
1.一種采用稀土鈰提高干旱混合基質草坪植物光合能力的方法，其特征在于按如下的步驟進行 (1)將草坪植物種子播于草坪建植的混合培養基質上，播種密度為35.0g/m2-45. Og/m2,1. 5-2kg混合培養基質土含有稀土鋪200 mg/Kg 800 mg/Kg,播種初期,每盆充分燒水，保證種子能順利萌發和幼苗初期的生長； (2)三個星期以后按照脅迫程度定量給水，以后每一至兩天稱重澆水，以維持在脅迫范圍內；其中所述的脅迫程度定量給水指的是采用稱重法控制正常供水為70 80%(重量)的田間最大持水量，中度脅迫為55 65% (重量)，重度脅迫為35 50% (重量)； (3)培養的條件為在濕度為68% 78%，白天進行光照，溫度為22 26°C，夜間溫度為 18 22°C，培養 40 60 天，光照強度為 800 μ mo I m 2S 1—900 μ mo I m 2S 1 ； (4)草坪植物建植過程中按通常草坪植物的管理要求進行；待草坪植物生長到40天至 50天，剪取葉片進行測定；其中所述的混合培養基質指的重量份數比為4 :1-2的土壤與城市生活垃圾堆肥。
2.權利要求I所述的方法，其中的城市生活垃圾堆肥是指將垃圾堆肥去除雜物在105°C條件下烘干至恒重后使用。
3.權利要求I所述的方法，其中稀土鈰重量為500mg/Kg。
4.權利要求I所述方法在提高草坪植物光合速率方面的應用。
5.權利要求4所述的應用，其中的稀土鈰重量為500mg/Kg。
6.權利要求I所述的方法，其中的草坪植物種子為多年生黑麥草(Zo7iw perenne.L )或高羊茅{Fes tuca arundinacea. L )。
全文摘要
本發明涉及采用稀土鈰提高干旱混合基質草坪植物光合能力的方法，它是將草坪植物種子播于草坪建植的混合培養基質上，1.5-2kg混合培養基質土含有稀土鈰200mg/Kg～800mg/Kg，其中的混合混合培養基質指的重量份數比為4∶1-2的土壤與城市生活垃圾堆肥。本發明施加一定量的稀土鈰能明顯的增加草坪植物的光合速率。這一技術的應用有望在大面的城市草坪建植實現高效、低成本運營模式。
文檔編號A01G1/00GK102612946SQ201210081149
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者多立安, 滕萌, 趙樹蘭 申請人:天津師范大學