李陽，黃梅，沈飛,*，郭海艷，王卿

1. 四川農(nóng)業(yè)大學 生態(tài)環(huán)境研究所，成都 611130 2. 四川農(nóng)業(yè)大學 環(huán)境學院，成都 611130

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生物炭早期植物毒性評估培養(yǎng)方法研究

李陽1,2，黃梅1,2，沈飛1,2,*，郭海艷1,2，王卿1,2

1. 四川農(nóng)業(yè)大學 生態(tài)環(huán)境研究所，成都 611130 2. 四川農(nóng)業(yè)大學 環(huán)境學院，成都 611130

為更加科學地評估生物炭潛在植物毒性，采用生物炭(B)、生物炭+土壤(B+S)、生物炭水浸提液+土壤(AE+S)、生物炭+石英砂(B+Q)、生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q) 5種不同的培養(yǎng)方法進行早期植物毒性效應(yīng)實驗。比較分析不同培養(yǎng)方法中西紅柿種子發(fā)芽率、根長、芽長對生物炭的響應(yīng)。結(jié)果表明：在5種培養(yǎng)方法中，隨生物炭劑量增加，西紅柿種子發(fā)芽率、根長、芽長呈現(xiàn)先增后降的變化趨勢。雖在低劑量生物炭處理下(10.0 g·kg-1)，種子萌發(fā)表現(xiàn)出促進作用。但隨劑量增加，除B+S和AE+S外，均表現(xiàn)出一定的抑制作用，且當劑量為160.0 g·kg-1時，抑制作用達到最大。對比有土和無土培養(yǎng)方法中種子萌發(fā)情況發(fā)現(xiàn)，在高劑量下，無土培養(yǎng)方法中種子發(fā)芽率，根、芽生長所受抑制作用顯著高于有土培養(yǎng)方法。無土方法中，尤其AE+Q方法中，高劑量生物炭對種子發(fā)芽率、根長、芽長表現(xiàn)出最大的抑制作用，其中發(fā)芽率抑制率為91.1%，根長抑制率為77.7%，芽長抑制率為93.7%。綜合比較分析，生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q)的培養(yǎng)方法干擾因子少，可提高毒性響應(yīng)靈敏度。因此，在生物炭早期植物毒性效應(yīng)評估中，該法可作為推薦的培養(yǎng)方法。

生物炭；西紅柿；早期植物毒性；種子萌發(fā)；培養(yǎng)方法

Received 17 December 2015 accepted 18 February 2016

近10年，土壤退化及污染問題日益嚴峻，大氣中CO2濃度不斷增加，導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，使生物炭在土壤中的應(yīng)用備受關(guān)注。生物炭是生物質(zhì)在缺氧、無氧條件下高溫(<700 ℃)熱解獲得的固體富碳產(chǎn)物。一般而言，其具有高pH、CEC，富含營養(yǎng)，多孔，吸附、穩(wěn)定性強等特點[1]，施用到土壤中能有效改良土壤理化性質(zhì)，修復(fù)污染土壤，固碳并緩解溫室效應(yīng)等[2-4]。然而，生物質(zhì)在熱解的過程中會濃縮原材料中含有的重金屬組分，例如：Koppolu等[5]研究發(fā)現(xiàn)炭中的各類重金屬元素含量為原材料的4～6倍。此外，生物質(zhì)不完全燃燒和熱解制得生物炭的過程中會產(chǎn)生焦油、多環(huán)芳烴(PAHs)等有機污染物。這些潛在的污染物會隨生物炭長期、不可逆的還田進入到土壤中，并不斷累積，對土壤環(huán)境產(chǎn)生潛在危害。因此，有必要對生物炭的生態(tài)毒性效應(yīng)，尤其是植物毒性效應(yīng)進行科學的評估。

目前，越來越多的研究開始關(guān)注生物炭還田對土壤植物的影響[6-8]。有研究表明生物炭作為一種改良劑，其具有提高土壤pH，改善土壤持水保肥等作用，可促進植物的生長，增加作物產(chǎn)量[7, 9]；但也有研究提出，由于生物炭中含有重金屬、持久性自由基、有機污染物等，尤其在長期施用后，累積的污染物會潛在抑制植物種子萌發(fā)、幼苗生長等[10-11]。通過分析現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，除生物炭自身的性質(zhì)差異之外，各研究中所采用的植物培養(yǎng)方法差別較大，這是導(dǎo)致植物生長對生物炭響應(yīng)不一致的重要原因之一。目前生物炭對植物影響研究中培養(yǎng)方法主要有2種，一是直接將生物炭與土壤混合用以培養(yǎng)植物，但由于生物炭和土壤混合后形成生物炭-土壤-植物體系復(fù)雜，使之難以區(qū)分體系中各部分對植物生長的影響，可能影響毒性效應(yīng)評價[9]。近年，生物炭與石英砂或者模擬土壤等無土介質(zhì)混合體系，因簡化了生物炭和土壤混合形成的復(fù)雜體系，被視為能簡單、快速評估生物炭還田潛在生態(tài)毒性的重要方法[6-7, 10], 但隨著生物炭劑量的改變，各處理培養(yǎng)介質(zhì)物理性質(zhì)(如：培養(yǎng)介質(zhì)孔隙度、持水性、張弛強度)存在明顯差異，也可能影響植物響應(yīng)，干擾生物炭潛在植物毒性的評估。因此，有必要對現(xiàn)有評估方法中的植物培養(yǎng)方法進行對比分析以及改良，以便更為合理評價生物炭潛在植物毒性效應(yīng)。

本研究選擇植物生態(tài)毒性評估常用模式植物—西紅柿作為植物毒性效應(yīng)觀察對象[12]，以典型原料以及熱解工藝獲得的生物炭(玉米秸稈快速熱解制備生物油后獲得的生物炭)作為供試對象，在現(xiàn)有植物毒性評估培養(yǎng)方法(純生物炭、生物炭+土壤、生物炭+石英砂)基礎(chǔ)上，增加了生物炭水浸提液分別與土壤和石英砂混合的植物培養(yǎng)方法。通過比較不同培養(yǎng)方法下西紅柿種子萌發(fā)對生物炭響應(yīng)的差異，經(jīng)綜合分析，篩選出較適合的植物培養(yǎng)方法用于生物炭早期植物毒性評估。

1 材料與方法 (Materials and methods)

1.1 實驗材料

供試生物炭為玉米秸稈在500 ℃快速熱解制備生物油工藝中獲得，由山東易能生物能源有限公司提供。供試土壤，采自黑龍江省加格達奇地區(qū)長期無農(nóng)耕區(qū)(可視為潔凈土壤)，其具體物理化學性質(zhì)如表1所示。生物炭和土壤均先于陰涼處風干。風干土壤過20目篩后待用。生物炭與高純水按固液比1:3(w/w)混合，于磁力攪拌器上攪拌(25 ℃，200 r·min-1) 10 h后真空抽濾，得到生物炭水浸提液(AE)備用(抽濾后計算溶液回收率，供劑量計算使用)。供試植物西紅柿(陜西大紅寶，購于北京綠亨種子科技公司)。

實驗用氫氧化鈉、硫酸、丙酮、環(huán)己烷、次氯酸鈉等試劑均為分析純，購自成都市科龍化工試劑廠。

1.2 生物炭理化性質(zhì)的測定

按1:20(w/w)的固液比將生物炭和去離子水混合攪拌，靜置30 min后用于測定生物炭pH，電導(dǎo)率(EC)；C、N、H的元素質(zhì)量分數(shù)通過元素分析儀(Vario MICRO，Elementar)測定，O的質(zhì)量分數(shù)通過差減法得到；灰分的測定參照標準方法ASTME 870-82.4；其他組分含量的測定參照傳統(tǒng)土壤測定方法[13]。采用比表面分析儀(NOVA 2200E，Quantachrome)測定生物炭比表面積；利用傅立葉變換紅外光譜儀(6700型II，賽默飛)測定生物炭在400～4 000 cm-1的紅外光譜；生物炭的表觀特征通過電鏡掃描儀(SU1510, Hitachi)測定；通過X-射線衍射儀(Nicolet I-2, Thermo-Nicole, USA)對生物炭結(jié)構(gòu)進行分析。按1:10 (w/w)的固液比將生物炭和去離子水混合攪拌，經(jīng)抽濾得到浸提液，取一定量浸提液用N2蒸發(fā)裝置蒸干，并用丙酮+環(huán)己烷 (1:1，V/V)進行溶解，所得液體過0.22 μm有機濾膜后，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析生物炭中水溶性的PAHs含量。

1.3 生物炭水浸提液理化性質(zhì)的測定

生物炭水浸提液pH、EC直接用pH計和電導(dǎo)儀測定；氮、磷和金屬元素含量的測定參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[14]。

1.4 土壤理化性質(zhì)測定

供試土壤基本理化性質(zhì)測定方法參照《土壤農(nóng)化分析》[13]。

1.5 萌發(fā)實驗

設(shè)置生物炭施用劑量為0.0，10.0，80.0，160.0 g·kg-1，按以下5種培養(yǎng)方法進行實驗。純生物炭(B)：在250 mL燒杯底部平鋪濾紙，將不同質(zhì)量生物炭(0.0 g，1.0 g，8.0 g，16.0 g)均勻鋪于濾紙上；生物炭+土壤(B+S)，生物炭+石英砂(B+Q)：不同質(zhì)量生物炭與100.0 g土壤或石英砂混合均勻后裝于250 mL燒杯中；生物炭水浸提液+土壤(AE+S)，生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q)：經(jīng)計算，向呈有100.0 g土壤或石英砂的各燒杯中加入生物炭水浸提液0.0，30.0，240.0，480.0 mL·kg-1(對等生物炭劑量為0.0，10.0，80.0，160.0 g·kg-1)，于通風櫥中室溫下將水分風干。向各個處理加去離子水，調(diào)節(jié)含水量一致后待用。

萌發(fā)實驗中，挑選籽粒飽滿，大小一致的西紅柿種子，用1% NaClO浸泡30 min，先后用自來水和去離子水各沖洗3次，將種子于去離子水中浸泡1 h后濾紙拭干表面水分待用。將20粒種子均勻地鋪于各個燒杯中，置于培養(yǎng)箱中(250.5) ℃黑暗培養(yǎng)。每個處理3個重復(fù)。

1.6 測量指標及方法

本研究中，當對照組種子發(fā)芽率>65%時，結(jié)束萌發(fā)實驗，并以初生根長>5 mm作為發(fā)芽標準統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，用直尺測定各處理已萌發(fā)種子根長、芽長。其中發(fā)芽率、根長抑制率和芽長抑制率等按公式1～3計算。

(1)

(1)

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表1 供試土壤理化性質(zhì)

表2 生物炭特性

圖1 生物炭電鏡掃描圖Fig. 1 SEM image of biochar

圖2 生物炭的紅外光譜圖Fig. 2 FT-IR spectra of the employed biochar

圖3 生物炭X-射線衍射圖譜Fig. 3 XRD pattern of the employed biochar

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS20.0統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，Duncan多重比較判斷處理間的差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果(Results)

2.1 生物炭的物理化學性質(zhì)

由圖1可看到，供試生物炭表面出現(xiàn)碎渣，且呈直徑約15 μm的多孔結(jié)構(gòu)，但孔發(fā)育不豐富。由生物炭紅外光譜(圖2)可見，該生物炭在波數(shù)778，1 104，1 384，1 628，3 426 cm-1處存在5個主要吸收峰，主要是由(CH2)n- (n>4)、C-O、-CH3、酸性官能團芳香環(huán)中C=O以及酚式羥基-OH的振動產(chǎn)生。分析生物炭X-射線衍射圖譜(圖3)，未發(fā)現(xiàn)明顯的礦物峰。由表2可知供試生物炭灰分含量為42.6%，CEC為46.1 cmol·kg-1。BET-N2僅為47.1 m2·g-1，與掃描電鏡呈現(xiàn)孔不豐富的情況相符合。對其元素組成進行分析發(fā)現(xiàn)，生物炭中C、H、N、O質(zhì)量分數(shù)分別為29.8%、2.1%、0.5%、23.9%。相應(yīng)的(O+N)/C，O/C分別為0.82，0.80。由表3可知生物炭和其水浸提液pH均接近于中性，EC分別為1 156.0和5 200.0 μS·cm-1。生物炭和水浸提液中均含有植物生長所需的N、P、K、Na、Ca等營養(yǎng)物質(zhì)，其中K的含量最高分別為16 464.6 mg·kg-1和2 645.3 μg·mL-1。此外，生物炭和其水浸提液中還含有不同濃度的Zn、Cu、Cr、Cd、Pb等重金屬和多環(huán)芳烴(PAHs) (見圖4)。

表3 生物炭和生物炭水浸提液pH、電導(dǎo)率(EC)和化學組分分析

注：*生物炭中TN參考表1中N的質(zhì)量分數(shù)；n.d.表示未檢測到。

Note: * the composition of TN is the same as N composition (shown in Table 1); n.d. represents the element was not detected.

圖4 生物炭中PAHs含量Fig. 4 PAHs concentrations of biochar

圖5 不同培養(yǎng)方法對介質(zhì)厚度的影響注：B，B+S，AE+S，B+Q，AE+Q 表示生物炭，生物炭+土壤，生物炭水浸提液+土壤，生物炭+石英砂，生物炭水浸提液+石英砂5種培養(yǎng)方法。Fig. 5 Thickness of cultivation media of different methodsNote: B, B+S, AE+S, B+Q，AE+Q stand for biochar only, biochar plus soil, aqueous extract of biochar plus soil, biochar plus quarzt sands, aqueous extract of biochar plus quartz sands.

圖6 不同培養(yǎng)方法對西紅柿種子發(fā)芽率的影響注：小寫字母表示處理間在P<0.05水平下差異顯著。Fig. 6 Effect of biochar on tomato seed germination rate in different cultivation methodsNote: Different lowercases meant that differences between different treatments were significant at P<0.05.

2.2 生物炭劑量對不同培養(yǎng)方法介質(zhì)厚度的影響

圖5為5種不同植物培養(yǎng)方法中培養(yǎng)介質(zhì)厚度的變化。由圖可明顯看出加入不同劑量生物炭(0.0、10.0、80.0、160.0 g·kg-1)的 B、B+S和B+Q中，由于生物炭的疏松性，培養(yǎng)介質(zhì)厚度會隨著生物炭施用量的增加出現(xiàn)不同程度增大，其中純生物炭(B)厚度變化最為明顯。而在AE+S和AE+Q中，生物炭水浸提液加入到石英砂和土壤中，其培養(yǎng)介質(zhì)的厚度變化不明顯。由此可以看出，培養(yǎng)介質(zhì)厚度的增大，其孔隙度、疏松度相應(yīng)增加，持水保肥能力也隨之發(fā)生改變，且持水能力的不同也會導(dǎo)致生物炭中潛在毒物的溶出存在差異，這些因素均可影響植物對不同劑量生物炭的響應(yīng)。此外，在有生物炭直接添加的B、B+Q、B+S等方法中，植物對生物炭中污染物的響應(yīng)也會受到根系可及性的限制，在一定程度上也會影響對生物炭植物毒性的判斷。

2.3 不同培養(yǎng)方法對西紅柿種子發(fā)芽率的影響

植物種子萌發(fā)實驗是生物毒性快速檢測的重要方法之一，其常用于生物炭中潛在植物毒性評估。本研究選擇B、B+S、B+Q、AE+S、AE+Q 5種培養(yǎng)方法，用于比較生物炭劑量對西紅柿種子發(fā)芽率的影響，結(jié)果如圖6所示。不同劑量生物炭處理下，5種培養(yǎng)方法中西紅柿種子發(fā)芽率在低劑量組均表現(xiàn)出促進作用，在10.0 g·kg-1達到最大值后出現(xiàn)不同程度的下降。在B+S、AE+S這2個有土培養(yǎng)方法中，西紅柿種子在中高劑量(80.0，160.0 g·kg-1)處理下發(fā)芽率雖較低劑量有所下降，但較對照差異不顯著(P>0.05)。在160.0 g·kg-1生物炭劑量組中，發(fā)芽率分別為82.5%、75.0%。而無土培養(yǎng)方法(B、B+Q、AE+Q)中，當生物炭劑量在80.0～160.0 g·kg-1范圍變化時，西紅柿種子發(fā)芽率顯著下降(P <0.05)，在最高劑量處理下發(fā)芽率分別為30.0%、60.0%、6.7%，發(fā)芽抑制率分別為66.0%、20.0%、91.1%。由此可見，在無土培養(yǎng)方法中，生物炭對西紅柿種子萌發(fā)的抑制作用明顯大于有土培養(yǎng)方法。而且在3種無土介質(zhì)中，西紅柿種子在AE+Q培養(yǎng)下種子發(fā)芽率受到的抑制作用最為嚴重。

圖7 不同培養(yǎng)方法對西紅柿根長抑制率的影響注：小寫字母表示處理間在P<0.05水平下差異顯著。Fig. 7 Effect of biochar on root length of tomato seed in different cultivation methodsNote: Different lowercases meant that differences between different treatments were significant at P<0.05.

圖8 不同培養(yǎng)方法對西紅柿芽長抑制率的影響注：小寫字母表示處理間在P<0.05水平下差異顯著。Fig. 8 Effect of biochar on shoot length of tomato seed in different cultivation methodsNote: Different lowercases meant that differences between different treatments were significant at P<0.05.

2.4 不同培養(yǎng)方法對西紅柿種子根長抑制率的影響

圖7為5種培養(yǎng)方法中不同生物炭施用劑量對西紅柿種子萌發(fā)階段根長抑制率的影響。由圖可知，在同一劑量處理下，不同培養(yǎng)方法中西紅柿根長抑制率存在差異。在10.0 g·kg-1處理下，除B方法之外，各培養(yǎng)方法中西紅柿種子的根長抑制率均為負值，即促進了西紅柿的根生長。但隨著生物炭劑量的增加，根長抑制率不斷的增大。無土培養(yǎng)方法(B、B+Q、AE+Q)中，當生物炭劑量在80.0～160.0 g·kg-1范圍變化時，西紅柿種子根長受了明顯的抑制(P <0.05)。在160.0 g·kg-1抑制率達到最大值，分別為82.2%、18.8%、77.7%。與之不同，有土培養(yǎng)方法B+S、AE+S中，生物炭處理下種子根長抑制率均低于15.0%。研究中根長抑制率最大值在B (160.0 g·kg-1)，AE+Q (160.0 g·kg-1)處理中出現(xiàn)，這2個處理的根長抑制率差異不顯著(P>0.05)?？梢?，不同劑量的生物炭對西紅柿種子根生長的抑制在無土介質(zhì)培養(yǎng)下表現(xiàn)得更為明顯，特別是在B，AE+Q方法中。

2.5 不同培養(yǎng)方法對西紅柿種子芽長抑制率的影響

如圖8所示，當生物炭劑量為10.0 g·kg-1，5種方法中西紅柿種子芽長抑制率均為負值，且隨著生物炭劑量的增大，抑制率不斷增加。當生物炭劑量為160.0 g·kg-1時各處理芽長抑制率均呈正值。這些表明各培養(yǎng)方法中西紅柿種子芽長均表現(xiàn)出了低劑量促進，高劑量抑制的現(xiàn)象。這與發(fā)芽率和根長抑制率變化趨勢相似。當生物炭劑量為80.0、160.0 g·kg-1，無土介質(zhì)(B、B+Q、AE+Q)培養(yǎng)下種子芽長抑制率均顯著高于10.0 g·kg-1(P<0.05)，同時也顯著高于同劑量組的有土培養(yǎng)方法(B+S、AE+S)中的西紅柿種子芽長抑制率。比較5個培養(yǎng)方法，在生物炭劑量為160.0 g·kg-1時，最大抑制率為93.7%，出現(xiàn)在AE+Q組?？梢?，無土培養(yǎng)方法中西紅柿種子對生物炭的響應(yīng)較有土條件介質(zhì)更為敏感，尤其在AE+Q培養(yǎng)方法中。

3 討論(Discussion)

本研究生物炭為玉米秸稈快速熱解制備，由生物炭理化性質(zhì)分析可知，該生物炭呈中性，炭中SiO2和碳酸鹽含量很低，表面存在少量大孔，且含羰基、酚羥基、甲基等官能團。因此，具有一定表面吸附能力[15]。由元素分析可推測該生物炭在快速熱解的過程中含氧官能團被大量揮發(fā)，導(dǎo)致極性官能團較少，親水性較低[15]。此外，供試生物炭含有植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，也存在重金屬、PAHs等潛在污染物。將該生物炭中的重金屬以及PAHs含量與GB15618-2008中二級土壤農(nóng)用類標準進行比較發(fā)現(xiàn)，各重金屬含量均低于相應(yīng)的標準，而PAHs中萘(Na)、苯并[a]蒽(BaA)和(Ch)含量(分別為1 137.1 ng·g-1、453.2 ng·g-1、853.1 ng·g-1)均高于相應(yīng)標準[16]。存在潛在污染或者抑制植物生長的可能性。此外，通過西紅柿種子萌發(fā)實驗，在本文選擇的5種生物炭植物毒性評估培養(yǎng)方法中，不同劑量生物炭處理下，西紅柿種子發(fā)芽率，根、芽生長整體表現(xiàn)出低劑量促進、高劑量抑制的現(xiàn)象(見圖6～8)。這也進一步說明，所選擇生物炭客觀呈現(xiàn)早期植物毒性(即：生物炭對植物有毒性的陽性反應(yīng))，可滿足培養(yǎng)方法篩選的需求。

通過對有土培養(yǎng)方法(B+S和AE+S)和無土培養(yǎng)方法(B、B+Q、AE+Q)的種子萌發(fā)情況進行比較發(fā)現(xiàn)，有土培養(yǎng)方法中，高劑量生物炭對西紅柿種子根長、芽長、發(fā)芽率的抑制程度顯著低于(P<0.05)無土方法。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因可能在于土壤自身含有部分營養(yǎng)物質(zhì)，其有利于植物生長，在一定程度上會遮蔽毒性效應(yīng)的顯現(xiàn)[17]。此外，采用有土培方式還會因供試土壤來源不同，理化性質(zhì)、微生物組成差異，以及土壤中潛在污染物等，給生物炭植物毒性的合理判斷帶來干擾，也降低了其重復(fù)性[10]。因此，無土培養(yǎng)方法具有更高的靈敏性、可重復(fù)性等特點，更適合用于生物炭早期植物毒性評估?，F(xiàn)在很多研究者傾向選用無土培養(yǎng)方法研究生物炭對植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[6-8]。

進一步對比3種無土培養(yǎng)方法，即：B、B+Q、AE+Q，雖然種子萌發(fā)的各指標在高劑量(160.0 g·kg-1)處理下均呈現(xiàn)出顯著的抑制作用，但是抑制程度存在差異。其中發(fā)芽抑制率大小為AE+Q(91.1%)>B(66.0%)>B+Q(20.0%)，根長抑制率B(82.2%)>AE+Q(77.7%)>B+Q(18.8%)，芽長抑制率AE+Q(93.7%)>B+Q(89.5%)>B(86.7%)。可見，AE+Q中高劑量生物炭對西紅柿種子萌發(fā)表現(xiàn)出相對更強的抑制作用，即該方法測試靈敏度相對較高。這一方面可能是生物炭疏松多孔，其直接添加后，會導(dǎo)致培養(yǎng)介質(zhì)的孔隙度增加、抗張強度降低，持水、透氣性發(fā)生改變，進而影響種子萌發(fā)[18]；另一方面，可能是生物炭表面存一些官能團和孔結(jié)構(gòu)，其對重金屬、PAHs等有一定吸附固定能力[19]。此外，以生物炭水浸提液代替生物炭進行早期植物毒性研究，可較好地避免因生物炭中污染物溶出率及根系對污染物可及性差異所產(chǎn)生的干擾。而且，通過生物炭水浸提液+石英砂的培養(yǎng)方法，可以有效地避免由于介質(zhì)厚度的變化對植物生長所產(chǎn)生的影響，更加靈敏地反映出生物炭早期植物毒性。

表4 不同培養(yǎng)方法優(yōu)點和缺點比較

注：+ 代表相對優(yōu)勢，- 代表相對劣勢。

Note: + represents advantages, and - represents disadvantages.

通過對本文選用的5種培養(yǎng)方法，在生物炭早期植物毒性評估的簡捷性、靈敏性、可重復(fù)性以及干擾因素方面進行綜合比較分析(見表4)可知，生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q)的培養(yǎng)方法可保證培養(yǎng)介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)一致，各處理中供試生物炭污染物溶出率相同。此外，該方法能避免供試土壤理化性質(zhì)的差異對結(jié)果可重復(fù)性的影響。雖在操作方面增加了生物炭水浸提步驟，在一定程度上降低了簡捷性，但該方法重復(fù)性、靈敏性相對較高，干擾因子較少。因此，認為采用生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q)的培養(yǎng)方法更適合用于評估生物炭早期植物毒性。另外，雖該方法在5種培養(yǎng)方法中靈敏度最高，但鑒于浸提過程存在污染物可浸提組分復(fù)雜及回收率等問題，在日后的此類研究工作中，建議加強對生物炭浸提方法改進與優(yōu)化。

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Investigations on Cultivation Methods for Assessing the Early Phytotoxicity of Biochar

Li Yang1,2, Huang Mei1,2, Shen Fei1,2,*, Guo Haiyan1,2, Wang Qing1,2

1. Institute of Ecological and Environmental Sciences, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China 2. School of Environment, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China

In order to select a reasonable cultivation method for assessing the early phytotoxicity of biochar, 5 cultivation methods, including biochar only (B), biochar plus soil (B+S), aqueous extract of biochar plus soil (AE+S), biochar plus quartz sands (B+Q) and aqueous extract of biochar plus quartz sands (AE+Q), were investigated in this work. We evaluate the responses of germination rate, root length and shoot length of tomato seed to biochar dosage. Results indicated that almost similar responses of seed germination can be observed in these 5 methods, in which germination rate, root length and shoot length displayed an increase at lower dosages and a decrease at higher dosages. Although germination rate, root growth and shoot growth were all stimulated by biochar at low dosage (10.0 g·kg-1), they were inhibited with increasing dosages (except for B+S and AE+S), and the maximum inhibition effects were observed at biochar dosage of 160.0 g·kg-1. In contrast to the cultivation methods with soil, more significant inhibition on the germination rate, root growth and shoot growth can be observed at high biochar dosages in the soilless cultivation methods. Especially, the highest inhibition on germination rate, root length and shoot length were recorded as 91.1%, 77.7%, and 93.7% in AE+Q. Moreover, AE+Q method can be characterized by higher sensitivity, because some interferences from soil and biochar itself can be avoided greatly. Based on a comprehensive comparison, the aqueous extract of biochar plus quartz sands (AE+Q) can be recommended as a reasonable cultivation method for assessing the early phytotoxicity of biochar.

biochar; tomato; early phytotoxicity; seed germination; cultivation method

教育部長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃(IRT13083)；四川省教育廳重點項目(No. 16ZA0043)

李陽(1990-)，女，碩士研究生，研究方向為固體廢棄物資源化利用，E-mail: yangli922@yahoo.com

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: fishensjtu@gmail.com

10.7524/AJE.1673-5897.20151217001

2015-12-17 錄用日期：2016-02-18

1673-5897(2016)4-168-08

X171.5

A

簡介：沈飛(1980- )，男，安徽蚌埠人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事生物質(zhì)能源及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)方面的教學與科研工作。

李陽, 黃梅, 沈飛, 等. 生物炭早期植物毒性評估培養(yǎng)方法研究[J]. 生態(tài)毒理學報，2016, 11(4): 168-175

Li Y, Huang M, Shen F, et al. Investigations on cultivation methods for assessing the early phytotoxicity of biochar [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(4): 168-175 (in Chinese)