不同土壤pH及DBP脅迫對黃瓜種子萌發的影響

河南省植物保護檢疫站 王 磊 河南農業職業學院 王 婧 陳世昌

農用薄膜中都會添加一定量的鄰苯二甲酸酯（Phthalic-AcidEsters，PAEs）作為增塑劑，PAEs是一類對環境和人體健康有害的有機污染物，性質穩定，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種同系物被列為優先控制污染物。PAEs 在自然條件下存留時間長，非常容易通過土壤、水體、空氣等途徑富集到動植物體內，然后通過食物鏈進入人體。

生物質炭（Biochar，BC）是生物質原料在無氧或缺氧的條件下，經過300～700℃高溫裂解生成的多孔固體顆粒物質。BC 具有原料來源廣泛、孔隙度發達、安全無毒等優點，成為一種新型的多功能材料而備受人們關注[1]。BC具有單環和多環的芳香性物質結構，表面有羧基、酚羥基、酸酐等多種官能團，性質穩定，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，對有機污染物和重金屬具有強烈的吸附作用，可作為新型的土壤修復劑用于污染土壤的修復[2]。

黃瓜是設施農業生產中的一種主要蔬菜，水分、植物激素、pH 值、溫度對黃瓜種子萌發影響的研究較多。但土壤中添加生物質炭，在DBP 脅迫下，不同土壤pH值對黃瓜種子萌發的影響研究報道較少。為此，本試驗在土壤中施入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的影響，以期為利用生物質炭修復DBP污染的土壤提供應用基礎。

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有限責任公司的品種“津優一號”。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 三個梯度。不同pH土壤基本理化性質見表1。土壤pH 采用玻璃電極法（土水比為1∶2.5）測定；土壤有機質采用重鉻酸鉀-硫酸油浴法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；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

（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行高溫厭氧裂解而成。pH按生物質炭∶水為1∶5攪拌，靜置過濾后用酸度計測定。元素成分采用電感耦合等離子發射光譜儀測定。小麥秸稈炭的基本理化性質見表2。

表2 小麥秸稈炭的基本理化性質

（三）試驗設計與方法

1、污染土壤的制備。按1∶1 比例（質量比）稱取DBP，溶于丙酮溶劑中，即配成濃度為10g/L DBP+丙酮溶液。試驗時按設計的三個DBP 污染濃度在供試土壤中添加DBP丙酮溶液，充分拌勻，待丙酮完全揮發后，即制成污染不同濃度DBP的試驗土壤[4]。

2、試驗設計。試驗土壤pH值分別為8.1、6.2、4.6三個梯度，土壤污染DBP濃度分別為0mg/kg、24mg/kg、48mg/kg三個水平，試驗共設以下9個處理。

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。每個處理3 次重復。

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

（四）數據處理

試驗數據運用DPS 軟件進行數據分析，采用Duncan 新復極差法進行顯著性測驗（P≤0.05），利用Microsoft Office-Excel2010軟件進行分析處理。

二、結果與分析

（一）不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子發芽勢的影響

發芽勢是衡量種子發芽整齊度的一項重要指標，發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芽勢的影響如圖1 所示。處理4（土壤pH6.2+DBP 0mg/kg）發芽勢最高，達到93.33%，處理3（土壤pH8.1+DBP 48mg/kg）發芽勢最低，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對黃瓜種子發芽勢有促進作用，但差異不顯著。污染相同濃度DBP，對黃瓜種子發芽率的影響依次為土壤pH 值4.6＞pH值6.2＞pH值8.1，說明在酸性環境中DBP對黃瓜種子的發芽勢影響較小。

圖1 不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子發芽勢的影響

（二）不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子發芽率的影響

種子發芽率是檢測土壤中對植物生長有抑制作用物質一種直接而快速方法，土壤中有害物質越多，種子越不容易萌發，發芽率越低。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，黃瓜種子的發芽率逐漸降低，處理3（DBP 濃度為48mg/kg）的黃瓜種子的發芽率最低，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芽率也無影響，高濃度DBP處理可使黃瓜種子的發芽率降低，但沒有達到顯著差異。

圖2 不同土壤pH對DBP脅迫下黃瓜種子發芽率的影響

未施入DBP 的三個處理中，土壤pH 值對黃瓜種子的發芽率并無顯著影響。當土壤中DBP濃度為24mg/kg時，在pH值為8.1 處理黃瓜種子的發芽率最低，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DBP 的濃度為48mg/kg 時，pH 值6.2 的情況下，發芽率最高，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，黃瓜種子的發芽率較為穩定，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。當土壤pH值為8.1時，DBP對黃瓜根長有一定的促進作用，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，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；當土壤的pH 值為4.6 時，對根伸長的影響與土壤pH 值為8.1 時一致，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三個處理中，pH值為8.1時，黃瓜種子根長略低于其他兩個pH 值的處理，但差異均不顯著；而當DBP 濃度為24mg/kg 時，pH4.6 時黃瓜種子的根最長，顯著高于pH值6.2時的黃瓜種子根長，與pH值8.1時的黃瓜種子根長差異不顯著；在DBP 濃度為48mg/kg 時，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

在每個處理都加入1%小麥生物質碳后，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三個處理中，pH為6.2時，黃瓜種子的芽長最長，但三個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處理。

三、結論與討論

（一）結論

從本試驗結果來看，在土壤施入1%小麥秸稈炭條件下，土壤pH4.6 和土壤pH6.2 環境中黃瓜種子發芽率和發芽勢均高于土壤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。在土壤pH4.6處理中，種子發芽率和發芽勢均高于土壤pH8.1 處理，DBP 脅迫對黃瓜種子發芽勢、發芽率、根伸長影響較小，而高濃度DBP會顯著抑制種子芽伸長；在土壤pH6.2 處理中，DBP 脅迫使黃瓜種子發芽勢、芽伸長有所降低，但差異不顯著，對種子發芽率、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芽勢、發芽率，高濃度DBP抑制作用差異顯著。

（二）討論

本試驗中，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境，再加入生物質炭后，在酸性土壤中，對黃瓜根和芽生長表現出一定的促進作用，說明生物質炭對土壤的pH 起到了一定緩沖作用。有類似的研究發現，在水稻的生長過程中，微酸性土壤在一定程度上會促進種子的萌發[6]。本試驗數據也表明黃瓜種子在偏酸性的土壤中發芽率更高。

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

本試驗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以及幼苗生長的影響還不清楚，有待進一步研究。