不同土壤pH及DBP胁迫对黄瓜种子萌发的影响

河南省植物保护检疫站 王 磊 河南农业职业学院 王 婧 陈世昌

农用薄膜中都会添加一定量的邻苯二甲酸酯（Phthalic-AcidEsters，PAEs）作为增塑剂，PAEs是一类对环境和人体健康有害的有机污染物，性质稳定，特别难降解、易迁移，其中的邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二甲酯（DMP）等6种同系物被列为优先控制污染物。PAEs 在自然条件下存留时间长，非常容易通过土壤、水体、空气等途径富集到动植物体内，然后通过食物链进入人体。

生物质炭（Biochar，BC）是生物质原料在无氧或缺氧的条件下，经过300～700℃高温裂解生成的多孔固体颗粒物质。BC 具有原料来源广泛、孔隙度发达、安全无毒等优点，成为一种新型的多功能材料而备受人们关注[1]。BC具有单环和多环的芳香性物质结构，表面有羧基、酚羟基、酸酐等多种官能团，性质稳定，不容易被土壤中的微生物降解，孔隙度高和巨大的比表面积，吸附能力强，对有机污染物和重金属具有强烈的吸附作用，可作为新型的土壤修复剂用于污染土壤的修复[2]。

黄瓜是设施农业生产中的一种主要蔬菜，水分、植物激素、pH 值、温度对黄瓜种子萌发影响的研究较多。但土壤中添加生物质炭，在DBP 胁迫下，不同土壤pH值对黄瓜种子萌发的影响研究报道较少。为此，本试验在土壤中施入1%小麦秸秆炭的情况下，研究在不同土壤pH及DBP胁迫对黄瓜种子萌发的影响，以期为利用生物质炭修复DBP污染的土壤提供应用基础。

一、材料与方法

（一）供试材料

供试黄瓜（Cucumis sativusL.）种子为山东鲁蔬种业有限责任公司的品种“津优一号”。供试试剂DBP，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

供试土壤的pH 值为4.6、6.2 和8.1 三个梯度。不同pH土壤基本理化性质见表1。土壤pH 采用玻璃电极法（土水比为1∶2.5）测定；土壤有机质采用重铬酸钾-硫酸油浴法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；速效磷采用氟化铵和盐酸浸提比色法测定；速效钾采用醋酸铵浸提火焰光度法测定[3]。

表1 供试土壤基本理化性质

（二）小麦秸秆炭制备

小麦秸秆炭是将小麦秸秆置于马弗炉中进行高温厌氧裂解而成。pH按生物质炭∶水为1∶5搅拌，静置过滤后用酸度计测定。元素成分采用电感耦合等离子发射光谱仪测定。小麦秸秆炭的基本理化性质见表2。

表2 小麦秸秆炭的基本理化性质

（三）试验设计与方法

1、污染土壤的制备。按1∶1 比例（质量比）称取DBP，溶于丙酮溶剂中，即配成浓度为10g/L DBP+丙酮溶液。试验时按设计的三个DBP 污染浓度在供试土壤中添加DBP丙酮溶液，充分拌匀，待丙酮完全挥发后，即制成污染不同浓度DBP的试验土壤[4]。

2、试验设计。试验土壤pH值分别为8.1、6.2、4.6三个梯度，土壤污染DBP浓度分别为0mg/kg、24mg/kg、48mg/kg三个水平，试验共设以下9个处理。

处理1（T1）为土壤pH值8.1+DBP 0mg/kg，处理2（T2）为土壤pH 值8.1+DBP 24mg/kg，处理3（T3）为土壤pH 值8.1+DBP 48mg/kg，处理4（T4）为土壤pH值6.2+DBP 0mg/kg，处理5（T5）为土壤pH值6.2+DBP 24mg/kg，处理6（T6）为土壤pH值6.2+DBP 48mg/kg，处理7（T7）为土壤pH值4.6+DBP 0mg/kg，处理8（T8）为土壤pH 值4.6+DBP 24mg/kg，处理9（T9）为土壤pH 值4.6+DBP 48mg/kg。每个处理3 次重复。

3、试验方法。每个处理称取100g污染土壤，拌入1g小麦生物碳，炭土比为1%，然后放置120mm的培养皿中，用去离子水把土壤水分调至最大持水量的70%左右。再用镊子将黄瓜种子均匀地播种到培养皿中，每皿播放10 粒黄瓜种子，盖好皿盖，置于恒温培养箱中，培养温度：28±1℃，光照条件：避光暗培养。每隔24h补充适量水分，保持黄瓜种子正常萌发的水分。每天观察并记录种子萌发和生长的状况，5d后取出培养皿，用游标卡尺测量发芽后黄瓜根长、芽长，按照下列公式[5]统计黄瓜种子的发芽率（GP）和发芽势（GE）。

（四）数据处理

试验数据运用DPS 软件进行数据分析，采用Duncan 新复极差法进行显著性测验（P≤0.05），利用Microsoft Office-Excel2010软件进行分析处理。

二、结果与分析

（一）不同土壤pH对DBP胁迫下黄瓜种子发芽势的影响

发芽势是衡量种子发芽整齐度的一项重要指标，发芽势高的种子出苗迅速，苗整齐健壮。在添加1%小麦秸秆炭的条件下，不同pH 值土壤对黄瓜种子发芽势的影响如图1 所示。处理4（土壤pH6.2+DBP 0mg/kg）发芽势最高，达到93.33%，处理3（土壤pH8.1+DBP 48mg/kg）发芽势最低，只有43.33%。在pH 值8.1 的土壤中，随着DBP 浓度的增加，黄瓜种子的发芽势逐渐降低，DBP高浓度处理（48mg/kg）显著低于对照，说明在碱性土壤中，高浓度DBP对黄瓜种子发芽势有显著的抑制作用。在pH值6.2的土壤中，随着DBP浓度的增加，黄瓜种子的发芽势也呈下降趋势，但是不同DBP浓度的处理之间差异不显著。在pH值4.6土壤中，低浓度DBP对黄瓜种子发芽势有促进作用，但差异不显著。污染相同浓度DBP，对黄瓜种子发芽率的影响依次为土壤pH 值4.6＞pH值6.2＞pH值8.1，说明在酸性环境中DBP对黄瓜种子的发芽势影响较小。

图1 不同土壤pH对DBP胁迫下黄瓜种子发芽势的影响

（二）不同土壤pH对DBP胁迫下黄瓜种子发芽率的影响

种子发芽率是检测土壤中对植物生长有抑制作用物质一种直接而快速方法，土壤中有害物质越多，种子越不容易萌发，发芽率越低。在小麦秸秆炭同为1%的情况下，不同土壤pH值对黄瓜种子发芽率的影响如图2所示。在pH8.1的条件下，随着DBP浓度的增加，黄瓜种子的发芽率逐渐降低，处理3（DBP 浓度为48mg/kg）的黄瓜种子的发芽率最低，显著低于不施入DBP 的处理，说明在碱性条件下，高浓度DBP 对黄瓜种子萌发有显著地抑制作用；在pH6.2 的情况下，不同浓度DBP 处理的黄瓜种子发芽率几乎无差异；在pH4.6的情况下，低浓度DBP处理对黄瓜种子的发芽率也无影响，高浓度DBP处理可使黄瓜种子的发芽率降低，但没有达到显著差异。

图2 不同土壤pH对DBP胁迫下黄瓜种子发芽率的影响

未施入DBP 的三个处理中，土壤pH 值对黄瓜种子的发芽率并无显著影响。当土壤中DBP浓度为24mg/kg时，在pH值为8.1 处理黄瓜种子的发芽率最低，显著低于pH 值为4.6处理，但与pH 值为6.2 的处理差异不显著（P＜0.05）。当DBP 的浓度为48mg/kg 时，pH 值6.2 的情况下，发芽率最高，显著高于pH值为8.1的处理，但与pH值为4.6的处理差异不显著。由图2 还可以看出，不同DBP 浓度污染下，在pH 值为6.2 和4.6 的土壤中，黄瓜种子的发芽率较为稳定，差异均不显著。

（三）不同土壤pH对DBP胁迫下黄瓜种子根伸长的影响

在同时添加1%小麦秸秆炭的情况下，不同土壤pH值对黄瓜种子根伸长的影响见图3。从图3可以看出，处理8（土壤pH4.6+DBP 24mg/kg）根最长，达到4.9cm，处理1（土壤pH8.1+DBP 48mg/kg）根长最短，只有3.6cm。相同土壤pH值的各处理之间，DBP胁迫对黄瓜种子根伸长均没有显著影响。当土壤pH值为8.1时，DBP对黄瓜根长有一定的促进作用，DBP 浓度为24mg/kg 处理黄瓜根长更长一些，但各处理之间差异均不显著；在土壤pH值为6.2时，未添加DBP和高浓度DBP处理的黄瓜根长稍长一些，而24mg/kg处理的黄瓜根长最短，各处理之间差异也不均显著；当土壤的pH 值为4.6 时，对根伸长的影响与土壤pH 值为8.1 时一致，不同浓度DBP对黄瓜种子的根伸长均无显著影响。

图3 不同土壤pH对DBP胁迫下黄瓜种子根伸长的影响

在未添加DBP三个处理中，pH值为8.1时，黄瓜种子根长略低于其他两个pH 值的处理，但差异均不显著；而当DBP 浓度为24mg/kg 时，pH4.6 时黄瓜种子的根最长，显著高于pH值6.2时的黄瓜种子根长，与pH值8.1时的黄瓜种子根长差异不显著；在DBP 浓度为48mg/kg 时，不同pH 值处理后根长变化均不显著。

（四）不同土壤pH对DBP胁迫下黄瓜种子芽长的影响

在每个处理都加入1%小麦生物质碳后，不同土壤pH值对黄瓜芽长的影响如图4所示。处理4（土壤pH6.2+DBP 0mg/kg）芽最长，达到12.3cm，处理9（土壤pH4.6+DBP 48mg/kg）芽长最短，只有5.4cm。在土壤pH 值为8.1 的处理中，不同的DBP 浓度对黄瓜种子的芽长无显著影响；在土壤pH值为6.2 的处理中，对照组的芽长显著大于DBP 浓度为24mg/kg的处理；在土壤pH值为4.6的处理中，未施入DBP和低浓度DBP胁迫处理黄瓜种子芽较长，而高浓度DBP对黄瓜种子芽伸长有显著地抑制作用。

图4 不同土壤pH对DBP胁迫下黄瓜种子芽伸长的影响

在未添加DBP三个处理中，pH为6.2时，黄瓜种子的芽长最长，但三个pH值之间的差异不显著（P＞0.05）；在低浓度DBP（24mg/kg）处理中，不同pH值之间差异不显著；在pH 值为4.6 的土壤中，高浓度DBP（48mg/kg）处理的芽长显著低于低浓度的两个处理。

三、结论与讨论

（一）结论

从本试验结果来看，在土壤施入1%小麦秸秆炭条件下，土壤pH4.6 和土壤pH6.2 环境中黄瓜种子发芽率和发芽势均高于土壤pH8.1的各处理，说明酸性和偏酸性土壤更适宜黄瓜种子的萌发。在土壤pH4.6处理中，种子发芽率和发芽势均高于土壤pH8.1 处理，DBP 胁迫对黄瓜种子发芽势、发芽率、根伸长影响较小，而高浓度DBP会显著抑制种子芽伸长；在土壤pH6.2 处理中，DBP 胁迫使黄瓜种子发芽势、芽伸长有所降低，但差异不显著，对种子发芽率、根伸长影响差异不显著；在土壤pH8.1处理中，DBP胁迫降低了黄瓜种子发芽势、发芽率，高浓度DBP抑制作用差异显著。

（二）讨论

本试验中，在酸性土壤中加入小麦秸秆炭后，在低浓度的DBP 处理中，对黄瓜种子的根长和芽长有不同程度的促进作用，但高浓度的DBP 则有一定的抑制作用。黄瓜本身喜欢微酸性的环境，再加入生物质炭后，在酸性土壤中，对黄瓜根和芽生长表现出一定的促进作用，说明生物质炭对土壤的pH 起到了一定缓冲作用。有类似的研究发现，在水稻的生长过程中，微酸性土壤在一定程度上会促进种子的萌发[6]。本试验数据也表明黄瓜种子在偏酸性的土壤中发芽率更高。

生物质炭具有独特的物理结构、较高的孔隙度、较强的吸附力和稳定的化学结构，施入土壤后大大增强土壤对有机污染物、重金属的吸附强度和吸附量。研究表明，生物质炭可通过表面吸附、孔隙填充等方法吸附固定土壤中的PAEs[7]。生物质炭表面具有丰富的含氧官能团，这些含氧官能团中π电子能够与土壤中污染物的π电子结合，形成稳定的π-π键电子结合体，从而将污染物吸附在生物质炭表面，生物质炭吸附污染物的能力与其官能团数量正相关。同时生物质炭具有芳香性结构，对具有疏水性基的PAEs 也有较强的吸附能力。另外，生物质炭具有较高的孔隙度，能将有机污染物分子吸附在孔隙中，不易被解吸，重新释放进入土壤中。生物质炭的孔隙填充与有机污染物分子大小紧密相关，分子越小，越容易进入孔隙，吸附强度也越大，而大分子有机污染物则难以进入生物质炭孔隙中，吸附能力较弱。

本试验初步研究了在土壤中施入1%的小麦秸秆炭情况下，不同土壤pH以及DBP 胁迫对黄瓜种子萌发的影响。但在土壤中不施入秸秆炭以及施入不同浓度的小麦秸秆炭情况下，DBP 胁迫对黄瓜种子萌发以及幼苗生长的影响还不清楚，有待进一步研究。