聚乙烯降解產物對小麥葉綠素和植物學性狀的影響

趙萍 唐永金 江世杰

摘要：研究聚乙烯降解產物對作物的影響，為可降解聚乙烯地膜的研制和推廣提供依據(jù)。用ＬＬＤＰＥ和３種不同分子質量（５ ０００、３ ０００和２ ０００ ｕ）聚乙烯模擬聚乙烯降解產物，用０、７、３５、７０、１４０、３５０、７００、１ ０５０和１ ４００ ｇ／ｍ２的用量模擬在土壤中的殘留量，研究小麥中后期葉綠素相對含量和植物學性狀的變化。結果表明，不同聚乙烯降解產物和殘留量對小麥葉綠素相對含量和植物學性狀有不同程度的影響。聚乙烯降解產物使３、４月份小麥葉綠素相對含量有所提高，但ＬＬＤＰＥ使２月份小麥的葉綠素相對含量降低。殘留量與小麥葉綠素相對含量的變化沒有明顯的關系，但多有增加的作用。小麥株高有隨聚乙烯分子質量增加而降低的趨勢，小麥穗長、單株成穗數(shù)和每穗小穗數(shù)均以ＬＬＤＰＥ最小，除ＬＬＤＰＥ對穗長有不利影響外，其余聚乙烯降解產物對所研究的植物學性狀多有改良作用。聚乙烯降解產物除ＬＬＤＰＥ殘留７００～１ ４００ ｇ／ｍ２外，其他降解產物和殘留量對小麥葉綠素相對含量和所研究的植物學性狀多無不良影響。

關鍵詞：聚乙烯降解產物；殘留量；小麥；葉綠素相對含量；植物學性狀

中圖分類號：Ｘ３８４；Ｓ５１２．１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）18－3946-04

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｕｐｏｎ Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ Ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ Ｂｏｔａｎical Ｔｒａｉｔｓ ｏｆ Ｗｈｅａｔ

ＺＨＡＯ Ｐｉｎｇ，ＴＡＮＧ Ｙｏｎｇ－jｉｎ，ＪＩＡＮＧ Ｓｈｉ－jｉｅ

（Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｆｉｌｍ， ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ｃｒｏｐ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ （２ ０００，３ ０００，５ ０００ u ａｎｄ ＬＬＤＰＥ） ａｎｄ ９ ａｍｏｕｎｔs ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（０，７，３５，７０，１４０，３５０，７００，１ ０５０ ａｎｄ １ ４００ ｇ／ｍ２） ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｌａｔｅ－ｍｉｄ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｂｏｔａｎｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ． Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔs ｈａｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｗｈｅａｔ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｂｏｔａｎｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ． Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｉｎ Ｍａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｒｉｌ， ｂｕｔ ＬＬＤＰＥ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｉｎ Ｆｅｂｒｕａｒｙ． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ， ｂｕｔ ｍｏｓｔ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ ｍａｄｅ ｗｈｅａｔ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｔｒｅｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｒｅｄｕｃｅｄ ｗｉｔｈ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ． Ｔｈｅ ｅａｒ ｌｅｎｇｔｈ， ｅａｒ ｎｕｍｂｅｒ ｐｅｒ ｐｌａｎｔ， ａｎｄ ｓｐｉｋｅｌｅｔ ｎｕｍｂｅｒ ｐｅｒ ｅａｒ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｌｅｓｔ ａｔ ＬＬＤＰＥ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｅｘｃｅｐｔ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ＬＬＤＰＥ ｏｎ ｅａｒ ｌｅｎｇｔｈ， ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｔｒａｉｔｓ ｏｆ ｂｏｔａｎｙ． Ｅｘｃｅｐｔ ＬＬＤＰＥ ｗｉｔｈ ７００ ｔｏ １ ４００ ｇ／ｍ２， ｏｔｈｅｒ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ ｈａｄ ｎｏ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｏｔａｎｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ； ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ； ｗｈｅａｔ； ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ； ｂｏｔａｎｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ

農用地膜具有良好的保溫、保濕和減少肥料流失等作用［１，２］，在農業(yè)生產中得到廣泛應用。但隨著地膜的連年使用，地膜殘留量越來越多。農用殘膜的積累會阻礙土壤水分和空氣流動［３-５］，影響土壤耕作和作物根系生長，從而引起作物減產［４，６］。為減少地膜殘留的危害，人們正大力研發(fā)和使用可降解地膜。可降解地膜主要有生物降解地膜、光降解地膜、光／生物降解地膜、植物纖維地膜、液態(tài)噴灑薄膜、多功能農用薄膜等［７］，其中，以聚乙烯（ＰＥ）為原料添加光敏劑的光降解地膜，因強度大、成本低，受到人們的廣泛關注［８－１４］。可降解地膜的降解產物為碎片、粉末和低分子化合物［１５］。人們就可降解地膜碎片對土壤和作物的影響已有研究［１６，１７］，但聚乙烯粉末和低分子化合物對作物有何影響，目前鮮見報道。生產地膜的聚乙烯目前主要以線型低密度聚乙烯（ＬＬＤＰＥ）為主［１８］。試驗用ＬＬＤＰＥ和３種分子質量（５ ０００、３ ０００、２ ０００ ｕ）的聚乙烯來模擬聚乙烯地膜的降解產物，用不同用量模擬殘留量，研究它們對小麥葉綠素相對含量和植物學性狀的影響，為以聚乙烯為原料的可降解地膜的研制和推廣提供依據(jù)。

１材料與方法

１．１試驗材料

聚乙烯：ＬＬＤＰＥ（線型低密度聚乙烯）、分子質量分別為５ ０００、３ ０００、２ ０００ ｕ的聚乙烯。

小麥品種：川麥３０。

土壤：壤土，有機質含量為２２．１00 ｇ／ｋｇ、全氮為１．６４0 ｇ／ｋｇ、全磷為０．８４８ ｇ／ｋｇ、全鉀為１９．１00 ｇ／ｋｇ、堿解氮為９５．２ ｍｇ／ｋｇ、有效磷為２７.0 ｍｇ／ｋｇ、速效鉀為７８．３ ｍｇ／ｋｇ、 ｐＨ ８．０。

１．２試驗方法

盆栽試驗（盆內高２６．０ ｃｍ，內口徑２９．４ ｃｍ），隨機區(qū)組設計，６次重復。每種聚乙烯施用量為０、７、３５、７０、１４０、３５０、７００、１ ０５０和１ ４００ ｇ／ｍ２ ９個水平。

試驗于２０１０年１０月至２０１１年５月在西南科技大學農場進行。根據(jù)距盆口３ ｃｍ處直徑和盆底直徑，計算得到每盆平均土壤面積為０．０６４ ｍ２，按此面積設計各聚乙烯降解產物用量，計算各處理６盆用量。根據(jù)每盆裝土重量，稱取６盆所需土重，按照每１０ ｋｇ干土拌１００ ｇ油枯粉和５０ ｇ復合肥，再拌合相應處理的聚乙烯降解產物，然后定量分裝成６盆（重復）。小麥于２０１０年１０月３０日播種，１１月５日定苗，每盆１５株。播種和生長期間澆水，每盆定量一致，小麥生長期間未施肥，其他管理措施各處理相同。

１．３測定和計算分析方法

葉綠素測定于２０１１年２月１６日、３月１６日和４月１６日進行，每盆隨機選取兩株，用日本產ＳＰＤＡ－５２０葉綠素測定儀測定全展倒二葉葉片尖端１／３處葉綠素相對含量，以兩株平均值進行計算分析。小麥成熟時，計數(shù)每盆成穗數(shù)，每盆測定５穗的株高、穗長和小穗數(shù)，以平均數(shù)計算分析。試驗數(shù)據(jù)采用 Ｅｘｃｅｌ表和ＤＰＳ ９．５０軟件進行計算分析。

２結果與分析

２．１聚乙烯降解產物對小麥葉綠素相對含量的影響

不同聚乙烯降解產物及其用量組合對小麥葉綠素相對含量的影響不同（表１）。２月１６日，分子質量３ ０００ ｕ的聚乙烯７０ ｇ／ｍ２用量的小麥葉綠素相對含量最高，比ＣＫ高１０．６５％；ＬＬＤＰＥ ７ ｇ／ｍ２用量的小麥葉綠素相對含量最低，比ＣＫ低5．82％。３月１６日，ＬＬＤＰＥ ７ ｇ／ｍ２用量的小麥葉綠素相對含量最高，比ＣＫ高１１．５９％； ＬＬＤＰＥ １ ０５０ ｇ／ｍ２用量的小麥葉綠素相對含量最低，比ＣＫ低２．０3％。４月１６日，ＬＬＤＰＥ ７０ ｇ／ｍ２用量的小麥葉綠素相對含量最高，比ＣＫ高１２．３７％；分子質量２ ０００ ｕ的聚乙烯３５ ｇ／ｍ２用量的小麥葉綠素相對含量最低，比ＣＫ低 6．88％。

不同聚乙烯降解產物對不同時期小麥葉綠素相對含量的影響不同。表２表明，聚乙烯降解產物在３～４月使小麥葉綠素相對含量有所提高，但ＬＬＤＰＥ在２月使小麥的葉綠素相對含量降低。聚乙烯降解產物的各種用量能夠提高３月小麥葉綠素相對含量，但在２月和４月對小麥葉綠素相對含量的影響不同用量差異較大。說明小麥葉綠素相對含量的變化與聚乙烯降解產物的用量沒有明顯的關系。

方差分析表明，２月１６日小麥葉綠素相對含量聚乙烯降解產物之間差異極顯著（Ｆ＝８．７４＞Ｆ０．０１＝３．９１），用量之間的差異也極顯著（Ｆ＝２．７８＞Ｆ０．０１＝２．７６）；３月１６日小麥葉綠素相對含量聚乙烯降解產物之間差異極顯著（Ｆ＝４．２０＞Ｆ０．０１＝３．９１），用量之間差異不顯著；４月１６日小麥葉綠素相對含量聚乙烯降解產物之間、用量之間差異均不顯著；３個時期聚乙烯降解產物與用量之間的互作效應均不顯著。

２．２聚乙烯降解產物對小麥植物學性狀的影響

不同聚乙烯降解產物及其用量組合對小麥植物學性狀的影響也不同（表３）。２ ０００ ｕ聚乙烯１ ４００ ｇ／ｍ２用量株高最高，比ＣＫ高３２．８８％，５ ０００ｕ ７００ ｇ／ｍ２用量株高最低，比ＣＫ高２．７７％ ；穗長以５ ０００ ｕ聚乙烯１４０ ｇ／ｍ２用量最長，比ＣＫ長２７．９５％，以ＬＬＤＰＥ １ ４００ ｇ／ｍ２用量最短，比ＣＫ短１4．98％；單株成穗數(shù)以５ ０００ ｕ聚乙烯７ ｇ／ｍ２用量最多，比ＣＫ多１９．７４％ ，以ＬＬＤＰＥ １ ４００ ｇ／ｍ２用量最少，比ＣＫ少9．21％；每穗小穗數(shù)以２ ０００ ｕ聚乙烯１ ４００ ｇ／ｍ２用量最多，比ＣＫ多６０.00％，以ＬＬＤＰＥ １ ０５０ ｇ／ｍ２用量最少，比ＣＫ少20.00％。

不同處理對小麥株高、穗長、單株成穗數(shù)和每穗小穗數(shù)有不同的影響。從表４可見，株高有隨聚乙烯分子質量增加而降低的趨勢，穗長、單株成穗數(shù)和每穗小穗數(shù)均以ＬＬＤＰＥ最差，除ＬＬＤＰＥ的穗長和每穗小穗數(shù)外，各聚乙烯降解產物對所研究的植物學性狀均有促進作用。聚乙烯降解產物不同用量對小麥植物學性狀有不同程度的促進作用，株高和穗長以１ ０５０ ｇ／ｍ２的綜合作用最大（表４）。

方差分析表明，不同聚乙烯降解產物（分子質量）對穗長和每穗小穗數(shù)影響存在極顯著差異；聚乙烯降解產物不同用量對株高和每穗小穗數(shù)影響存在顯著差異；聚乙烯降解產物與其用量的互作對株高有顯著影響，對穗長和每穗小穗數(shù)有極顯著影響。

３小結與討論

研究以不同分子質量聚乙烯模擬聚乙烯可降解地膜的降解產物，以其不同用量模擬聚乙烯殘留量。研究假設１年殘留量為７ ｇ／ｍ２［１９］，分別設計了１、５、１０、２０、５０、１００、１５０和２００年的殘留量。結果表明，不同聚乙烯降解產物與其殘留量組合對小麥中后期的葉綠素相對含量有不同的影響。一般而言，聚乙烯降解產物３～４月使小麥葉綠素相對含量有所提高，但ＬＬＤＰＥ ２月使小麥的葉綠素相對含量降低。殘留量與小麥葉綠素相對含量的變化沒有明顯的關系，但多有增加的作用。小麥株高有隨聚乙烯分子質量增加而降低的趨勢，小麥穗長、單株成穗數(shù)和每穗小穗數(shù)均以ＬＬＤＰＥ最小，除ＬＬＤＰＥ處理的穗長和每穗小穗數(shù)外，各聚乙烯降解產物對所研究的植物學性狀多有促進作用。因此，聚乙烯降解產物除ＬＬＤＰＥ殘留７００～１ ４００ ｇ／ｍ２（１００～２００年殘留量）外，２ ０００、３ ０００、５ ０００ ｕ降解產物７～１ ４００ ｇ／ｍ２（１～２００年殘留量）和ＬＬＤＰＥ ７～３５０ ｇ／ｍ２（１～５０年殘留量）對小麥葉綠素相對含量和植物學性狀多無不良影響。

程桂蓀等［１７］研究表明，地膜光降解后的小殘片在土壤中積累，能夠提高白菜和小麥的產量。試驗收獲前意外受到群鳥危害，不能說明對產量的影響情況，對此還需進一步研究。聚乙烯降解產物對小麥葉綠素相對含量和植物學性狀有促進作用的原因可能是聚乙烯降解產物具有疏松土壤的作用，有利于養(yǎng)分的分解，促進小麥根系生長和吸收；同時防止土壤板結，在一定程度上減少土壤水分蒸發(fā)。在２月中旬的土壤養(yǎng)分和水分測定表明，各聚乙烯降解產物的土壤含水量和一些養(yǎng)分含量均高于對照。

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（責任編輯鄭威）

收稿日期：２０１１－12-10

基金項目：國家“十一五” 科技支撐計劃項目（２００７ＢＡＥ４２Ｂ０４）

作者簡介：趙萍（１９８７－），女，山東定陶人，在讀碩士研究生，研究方向為環(huán)境植物學，（電話）１３５５０８３５０２７（電子信箱）ｚｈａｏｐｉｎｇ０９５＠１２６．ｃｏｍ；

通訊作者，唐永金，教授，主要從事作物栽培生態(tài)學與生態(tài)修復研究，（電子信箱）ｔａｎｇｙｊ７５８＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ。