河南省植物保護(hù)檢疫站 王 磊 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 王 婧 陳世昌

農(nóng)用薄膜中都會(huì)添加一定量的鄰苯二甲酸酯（Phthalic-AcidEsters，PAEs）作為增塑劑，PAEs是一類對環(huán)境和人體健康有害的有機(jī)污染物，性質(zhì)穩(wěn)定，特別難降解、易遷移，其中的鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸二甲酯（DMP）等6種同系物被列為優(yōu)先控制污染物。PAEs 在自然條件下存留時(shí)間長，非常容易通過土壤、水體、空氣等途徑富集到動(dòng)植物體內(nèi)，然后通過食物鏈進(jìn)入人體。

生物質(zhì)炭（Biochar，BC）是生物質(zhì)原料在無氧或缺氧的條件下，經(jīng)過300～700℃高溫裂解生成的多孔固體顆粒物質(zhì)。BC 具有原料來源廣泛、孔隙度發(fā)達(dá)、安全無毒等優(yōu)點(diǎn)，成為一種新型的多功能材料而備受人們關(guān)注[1]。BC具有單環(huán)和多環(huán)的芳香性物質(zhì)結(jié)構(gòu)，表面有羧基、酚羥基、酸酐等多種官能團(tuán)，性質(zhì)穩(wěn)定，不容易被土壤中的微生物降解，孔隙度高和巨大的比表面積，吸附能力強(qiáng)，對有機(jī)污染物和重金屬具有強(qiáng)烈的吸附作用，可作為新型的土壤修復(fù)劑用于污染土壤的修復(fù)[2]。

黃瓜是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一種主要蔬菜，水分、植物激素、pH 值、溫度對黃瓜種子萌發(fā)影響的研究較多。但土壤中添加生物質(zhì)炭，在DBP 脅迫下，不同土壤pH值對黃瓜種子萌發(fā)的影響研究報(bào)道較少。為此，本試驗(yàn)在土壤中施入1%小麥秸稈炭的情況下，研究在不同土壤pH及DBP脅迫對黃瓜種子萌發(fā)的影響，以期為利用生物質(zhì)炭修復(fù)DBP污染的土壤提供應(yīng)用基礎(chǔ)。

一、材料與方法

（一）供試材料

供試黃瓜（Cucumis sativusL.）種子為山東魯蔬種業(yè)有限責(zé)任公司的品種“津優(yōu)一號”。供試試劑DBP，購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

供試土壤的pH 值為4.6、6.2 和8.1 三個(gè)梯度。不同pH土壤基本理化性質(zhì)見表1。土壤pH 采用玻璃電極法（土水比為1∶2.5）測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸油浴法測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定；速效磷采用氟化銨和鹽酸浸提比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提火焰光度法測定[3]。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

（二）小麥秸稈炭制備

小麥秸稈炭是將小麥秸稈置于馬弗爐中進(jìn)行高溫厭氧裂解而成。pH按生物質(zhì)炭∶水為1∶5攪拌，靜置過濾后用酸度計(jì)測定。元素成分采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定。小麥秸稈炭的基本理化性質(zhì)見表2。

表2 小麥秸稈炭的基本理化性質(zhì)

（三）試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1、污染土壤的制備。按1∶1 比例（質(zhì)量比）稱取DBP，溶于丙酮溶劑中，即配成濃度為10g/L DBP+丙酮溶液。試驗(yàn)時(shí)按設(shè)計(jì)的三個(gè)DBP 污染濃度在供試土壤中添加DBP丙酮溶液，充分拌勻，待丙酮完全揮發(fā)后，即制成污染不同濃度DBP的試驗(yàn)土壤[4]。

2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)土壤pH值分別為8.1、6.2、4.6三個(gè)梯度，土壤污染DBP濃度分別為0mg/kg、24mg/kg、48mg/kg三個(gè)水平，試驗(yàn)共設(shè)以下9個(gè)處理。

處理1（T1）為土壤pH值8.1+DBP 0mg/kg，處理2（T2）為土壤pH 值8.1+DBP 24mg/kg，處理3（T3）為土壤pH 值8.1+DBP 48mg/kg，處理4（T4）為土壤pH值6.2+DBP 0mg/kg，處理5（T5）為土壤pH值6.2+DBP 24mg/kg，處理6（T6）為土壤pH值6.2+DBP 48mg/kg，處理7（T7）為土壤pH值4.6+DBP 0mg/kg，處理8（T8）為土壤pH 值4.6+DBP 24mg/kg，處理9（T9）為土壤pH 值4.6+DBP 48mg/kg。每個(gè)處理3 次重復(fù)。

3、試驗(yàn)方法。每個(gè)處理稱取100g污染土壤，拌入1g小麥生物碳，炭土比為1%，然后放置120mm的培養(yǎng)皿中，用去離子水把土壤水分調(diào)至最大持水量的70%左右。再用鑷子將黃瓜種子均勻地播種到培養(yǎng)皿中，每皿播放10 粒黃瓜種子，蓋好皿蓋，置于恒溫培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)溫度：28±1℃，光照條件：避光暗培養(yǎng)。每隔24h補(bǔ)充適量水分，保持黃瓜種子正常萌發(fā)的水分。每天觀察并記錄種子萌發(fā)和生長的狀況，5d后取出培養(yǎng)皿，用游標(biāo)卡尺測量發(fā)芽后黃瓜根長、芽長，按照下列公式[5]統(tǒng)計(jì)黃瓜種子的發(fā)芽率（GP）和發(fā)芽勢（GE）。

（四）數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用DPS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性測驗(yàn)（P≤0.05），利用Microsoft Office-Excel2010軟件進(jìn)行分析處理。

二、結(jié)果與分析

（一）不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢是衡量種子發(fā)芽整齊度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，發(fā)芽勢高的種子出苗迅速，苗整齊健壯。在添加1%小麥秸稈炭的條件下，不同pH 值土壤對黃瓜種子發(fā)芽勢的影響如圖1 所示。處理4（土壤pH6.2+DBP 0mg/kg）發(fā)芽勢最高，達(dá)到93.33%，處理3（土壤pH8.1+DBP 48mg/kg）發(fā)芽勢最低，只有43.33%。在pH 值8.1 的土壤中，隨著DBP 濃度的增加，黃瓜種子的發(fā)芽勢逐漸降低，DBP高濃度處理（48mg/kg）顯著低于對照，說明在堿性土壤中，高濃度DBP對黃瓜種子發(fā)芽勢有顯著的抑制作用。在pH值6.2的土壤中，隨著DBP濃度的增加，黃瓜種子的發(fā)芽勢也呈下降趨勢，但是不同DBP濃度的處理之間差異不顯著。在pH值4.6土壤中，低濃度DBP對黃瓜種子發(fā)芽勢有促進(jìn)作用，但差異不顯著。污染相同濃度DBP，對黃瓜種子發(fā)芽率的影響依次為土壤pH 值4.6＞pH值6.2＞pH值8.1，說明在酸性環(huán)境中DBP對黃瓜種子的發(fā)芽勢影響較小。

圖1 不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子發(fā)芽勢的影響

（二）不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子發(fā)芽率的影響

種子發(fā)芽率是檢測土壤中對植物生長有抑制作用物質(zhì)一種直接而快速方法，土壤中有害物質(zhì)越多，種子越不容易萌發(fā)，發(fā)芽率越低。在小麥秸稈炭同為1%的情況下，不同土壤pH值對黃瓜種子發(fā)芽率的影響如圖2所示。在pH8.1的條件下，隨著DBP濃度的增加，黃瓜種子的發(fā)芽率逐漸降低，處理3（DBP 濃度為48mg/kg）的黃瓜種子的發(fā)芽率最低，顯著低于不施入DBP 的處理，說明在堿性條件下，高濃度DBP 對黃瓜種子萌發(fā)有顯著地抑制作用；在pH6.2 的情況下，不同濃度DBP 處理的黃瓜種子發(fā)芽率幾乎無差異；在pH4.6的情況下，低濃度DBP處理對黃瓜種子的發(fā)芽率也無影響，高濃度DBP處理可使黃瓜種子的發(fā)芽率降低，但沒有達(dá)到顯著差異。

圖2 不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子發(fā)芽率的影響

未施入DBP 的三個(gè)處理中，土壤pH 值對黃瓜種子的發(fā)芽率并無顯著影響。當(dāng)土壤中DBP濃度為24mg/kg時(shí)，在pH值為8.1 處理黃瓜種子的發(fā)芽率最低，顯著低于pH 值為4.6處理，但與pH 值為6.2 的處理差異不顯著（P＜0.05）。當(dāng)DBP 的濃度為48mg/kg 時(shí)，pH 值6.2 的情況下，發(fā)芽率最高，顯著高于pH值為8.1的處理，但與pH值為4.6的處理差異不顯著。由圖2 還可以看出，不同DBP 濃度污染下，在pH 值為6.2 和4.6 的土壤中，黃瓜種子的發(fā)芽率較為穩(wěn)定，差異均不顯著。

（三）不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子根伸長的影響

在同時(shí)添加1%小麥秸稈炭的情況下，不同土壤pH值對黃瓜種子根伸長的影響見圖3。從圖3可以看出，處理8（土壤pH4.6+DBP 24mg/kg）根最長，達(dá)到4.9cm，處理1（土壤pH8.1+DBP 48mg/kg）根長最短，只有3.6cm。相同土壤pH值的各處理之間，DBP脅迫對黃瓜種子根伸長均沒有顯著影響。當(dāng)土壤pH值為8.1時(shí)，DBP對黃瓜根長有一定的促進(jìn)作用，DBP 濃度為24mg/kg 處理黃瓜根長更長一些，但各處理之間差異均不顯著；在土壤pH值為6.2時(shí)，未添加DBP和高濃度DBP處理的黃瓜根長稍長一些，而24mg/kg處理的黃瓜根長最短，各處理之間差異也不均顯著；當(dāng)土壤的pH 值為4.6 時(shí)，對根伸長的影響與土壤pH 值為8.1 時(shí)一致，不同濃度DBP對黃瓜種子的根伸長均無顯著影響。

圖3 不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子根伸長的影響

在未添加DBP三個(gè)處理中，pH值為8.1時(shí)，黃瓜種子根長略低于其他兩個(gè)pH 值的處理，但差異均不顯著；而當(dāng)DBP 濃度為24mg/kg 時(shí)，pH4.6 時(shí)黃瓜種子的根最長，顯著高于pH值6.2時(shí)的黃瓜種子根長，與pH值8.1時(shí)的黃瓜種子根長差異不顯著；在DBP 濃度為48mg/kg 時(shí)，不同pH 值處理后根長變化均不顯著。

（四）不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子芽長的影響

在每個(gè)處理都加入1%小麥生物質(zhì)碳后，不同土壤pH值對黃瓜芽長的影響如圖4所示。處理4（土壤pH6.2+DBP 0mg/kg）芽最長，達(dá)到12.3cm，處理9（土壤pH4.6+DBP 48mg/kg）芽長最短，只有5.4cm。在土壤pH 值為8.1 的處理中，不同的DBP 濃度對黃瓜種子的芽長無顯著影響；在土壤pH值為6.2 的處理中，對照組的芽長顯著大于DBP 濃度為24mg/kg的處理；在土壤pH值為4.6的處理中，未施入DBP和低濃度DBP脅迫處理黃瓜種子芽較長，而高濃度DBP對黃瓜種子芽伸長有顯著地抑制作用。

圖4 不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子芽伸長的影響

在未添加DBP三個(gè)處理中，pH為6.2時(shí)，黃瓜種子的芽長最長，但三個(gè)pH值之間的差異不顯著（P＞0.05）；在低濃度DBP（24mg/kg）處理中，不同pH值之間差異不顯著；在pH 值為4.6 的土壤中，高濃度DBP（48mg/kg）處理的芽長顯著低于低濃度的兩個(gè)處理。

三、結(jié)論與討論

（一）結(jié)論

從本試驗(yàn)結(jié)果來看，在土壤施入1%小麥秸稈炭條件下，土壤pH4.6 和土壤pH6.2 環(huán)境中黃瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均高于土壤pH8.1的各處理，說明酸性和偏酸性土壤更適宜黃瓜種子的萌發(fā)。在土壤pH4.6處理中，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均高于土壤pH8.1 處理，DBP 脅迫對黃瓜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根伸長影響較小，而高濃度DBP會(huì)顯著抑制種子芽伸長；在土壤pH6.2 處理中，DBP 脅迫使黃瓜種子發(fā)芽勢、芽伸長有所降低，但差異不顯著，對種子發(fā)芽率、根伸長影響差異不顯著；在土壤pH8.1處理中，DBP脅迫降低了黃瓜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率，高濃度DBP抑制作用差異顯著。

（二）討論

本試驗(yàn)中，在酸性土壤中加入小麥秸稈炭后，在低濃度的DBP 處理中，對黃瓜種子的根長和芽長有不同程度的促進(jìn)作用，但高濃度的DBP 則有一定的抑制作用。黃瓜本身喜歡微酸性的環(huán)境，再加入生物質(zhì)炭后，在酸性土壤中，對黃瓜根和芽生長表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用，說明生物質(zhì)炭對土壤的pH 起到了一定緩沖作用。有類似的研究發(fā)現(xiàn)，在水稻的生長過程中，微酸性土壤在一定程度上會(huì)促進(jìn)種子的萌發(fā)[6]。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)也表明黃瓜種子在偏酸性的土壤中發(fā)芽率更高。

生物質(zhì)炭具有獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)、較高的孔隙度、較強(qiáng)的吸附力和穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，施入土壤后大大增強(qiáng)土壤對有機(jī)污染物、重金屬的吸附強(qiáng)度和吸附量。研究表明，生物質(zhì)炭可通過表面吸附、孔隙填充等方法吸附固定土壤中的PAEs[7]。生物質(zhì)炭表面具有豐富的含氧官能團(tuán)，這些含氧官能團(tuán)中π電子能夠與土壤中污染物的π電子結(jié)合，形成穩(wěn)定的π-π鍵電子結(jié)合體，從而將污染物吸附在生物質(zhì)炭表面，生物質(zhì)炭吸附污染物的能力與其官能團(tuán)數(shù)量正相關(guān)。同時(shí)生物質(zhì)炭具有芳香性結(jié)構(gòu)，對具有疏水性基的PAEs 也有較強(qiáng)的吸附能力。另外，生物質(zhì)炭具有較高的孔隙度，能將有機(jī)污染物分子吸附在孔隙中，不易被解吸，重新釋放進(jìn)入土壤中。生物質(zhì)炭的孔隙填充與有機(jī)污染物分子大小緊密相關(guān)，分子越小，越容易進(jìn)入孔隙，吸附強(qiáng)度也越大，而大分子有機(jī)污染物則難以進(jìn)入生物質(zhì)炭孔隙中，吸附能力較弱。

本試驗(yàn)初步研究了在土壤中施入1%的小麥秸稈炭情況下，不同土壤pH以及DBP 脅迫對黃瓜種子萌發(fā)的影響。但在土壤中不施入秸稈炭以及施入不同濃度的小麥秸稈炭情況下，DBP 脅迫對黃瓜種子萌發(fā)以及幼苗生長的影響還不清楚，有待進(jìn)一步研究。