不同濃度鉻污灌施用閾值研究

肖楊 王歡 張易嬋 Kerkula Annal 王海

摘要：為了確定再生水灌溉中Cr（Ⅵ）的含量，設置了11個不同Cr（Ⅵ）濃度梯度（O、5、lO、15、20、30、50、75、100、120、150mg/L），通過無土栽培試驗的方法研究了不同濃度污水對小麥萌發和幼苗生長等指標，分析Cr（Ⅵ）對小麥萌發和幼苗生長的影響。結果表明：不同濃度的重金屬Cr（Ⅵ）對小麥種子萌發及其幼苗生長影響分兩個階段，低濃度時（小于15mg/L）促進小麥萌發，而濃度大于15mg/L時，則呈現抑制作用，發芽率呈現較強的下滑趨勢;cr（Ⅵ）離子濃度為5mg/L時對芽長及苗鮮重均有一定的促進作用，而對根長沒有表現出促進作用，且隨著Cr（Ⅵ）濃度升高對根及生物量積累的抑制作用不斷增強。研究表明，雖然，再生水灌溉中低濃度Cr（Ⅵ）可以促進小麥萌發，但是過高的Cr（Ⅵ）不利于小麥種子的萌發和幼苗的生長，進而會降低小麥的生物量。經過綜合評價，再生水灌溉中的Cr（Ⅵ）離子濃度應該控制在低于15mg/L的范圍。

關鍵詞：鉻;萌發;污灌;抑制系數

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）18-0070-04

1引言

隨著化工行業（電鍍、印染等）的發展及大量采礦酸性廢水排放等，過量鉻隨被污染的再生灌溉水進入農田生態系統，雖然有研究表明低濃度鉻會在一定程度上促進植物生長發育，但高濃度鉻會抑制作物生長，對作物種子萌發和幼苗生長造成危害，導致農作物減產等，進而危害人類健康。研究表明：Cr（Ⅵ）對作物的毒性遠遠超過Cr（Ⅲ），Cr（Ⅵ）離子在土壤中超過一定含量，會引起農作物生長發育受阻，嚴重時，還會引起農作物大面積死亡，這種毒害影響及其在陸地及水體生態系統中的轉移轉化，使得鉻的毒害作用逐漸受到重視，進而Cr（Ⅵ）的生物指示物和生物標志物也引起了環境科學工作者和毒理學家的極大興趣。

為了研究再生水利用中Cr（Ⅵ）離子對農作物生長發育的危害，選擇以小麥作為試驗對象，主要原因是小麥是重要的農作物之一，被廣泛種植在我國大部分區域，小麥生產中重金屬污染問題已引起國內外學者的高度重視。而水稻對鉻的耐受性較高，鉻的吸收富集作用較強，一般不會用作鉻的生物指示物;玉米種子較大，在萌發過程中，胚乳能為種子萌發提供所需營養，不需要從外界汲取營養;相比較而言，小麥種子更小，在萌發過程更容易從外界吸收營養，實驗結果更明顯。本試驗采用無土栽培（條件便于控制）的方法，通過對比來分析研究在不同濃度Cr（Ⅵ）離子溶液染毒處理小麥種子的條件下小麥種子萌發及幼苗生長發育的變化趨勢，得出危害小麥種子萌發和幼苗生長的Cr（Ⅵ）離子濃度的閾值，為重金屬鉻污染的生物監測提供一定的理論依據。

2材料與方法

本試驗以小麥種子為試驗對象，用重鉻酸鉀配置11個不同Cr（Ⅵ）濃度梯度（O、5、10、15、20、30、50、75、100、120與150mg/L）的模擬再生水。重鉻酸根作為無機酸根離子更容易進入小麥種子。

2.1種子消毒與催芽

選取籽粒飽滿，大小均勻的小麥種子在0.1%的雙氧水溶液中浸泡5min。用自來水沖洗數次，再用蒸餾水清洗，將已消毒的小麥種子用蒸餾水浸泡24h催芽，選取50粒于一個培養皿中，均勻攤開，防止種子發霉，共66個培養皿。

2.2染毒處理

配置不同Cr（Ⅵ）為O（蒸餾水空白對照）、5、10、15、20、30、50、75、100、120與150mg/L11個劑量組，每個劑量組平行6次。對小麥進行染毒處理后，置于25℃恒溫培養箱中培養，為了避免水分蒸發對濃度的影響，實驗中定期加入一定量去離子水。

2.3測量

（1）發芽勢和發芽率：每隔24h，記錄一次每個培養皿發芽的種子數，7d后記錄全部發芽數。發芽以胚根長至種子約為1/2長時為標準，發芽最后1粒種子至24h后不再發芽計發芽率。發芽率=發芽種子總數/50×100%。

（2）芽長、根長：染毒處理后lOd，每個培養皿選取10株測量種子萌發的芽長和根長，求平均值，根長的測定從胚軸與根之間的過度點開始測量。

（3）小麥生物量的測定：10d后，將小麥小心取出（注意理清小麥根），自來水沖冼兩遍后，置于濾紙上吸干水分，然后將根部與莖部剪開，分別編號稱量，記錄小麥苗鮮重和根鮮重，置于65℃烘箱至恒重，分別稱重，再通過加和計算總生物量。

（4）抑制指數：比較不同Cr（Ⅵ）濃度對種子萌發的影響，計算抑制指數D]。抑制指數（Restraint index，RI）=（對照數值一處理數值）/對照數值。3數據處理與分析

將所得數據錄入Microsoft Office Excel 2007中，求算平均值與標準差，并用SPSSl8.0軟件進行統計分析。

4結果與分析

4.1不同Cr（Ⅵ）濃度對小麥種子發芽率的影響

種子發芽率是發芽實驗重要參數之一，為了保證研究結果的可靠性，對照種子的發芽率通常應大于80%，本次研究對照試驗發芽率為91%（圖1）。由圖1可知，隨著Cr（Ⅵ）離子濃度的增加，小麥種子發芽率表現出先升后下降的趨勢，這與以往研究結論基本一致。在低濃度（O～15mg/L）條件下有小幅度上升，在15mg/L時達到最大值后，隨著Cr（Ⅵ）濃度的增加呈明顯下降趨勢。結果表明：小麥種子萌發時，對cr（Ⅵ）離子濃度響應分2個階段，Cr（Ⅵ）濃度為O至15mg/L時，與對照沒有顯著差異，對小麥種子的萌發具有一定促進作用;Cr（Ⅵ）濃度為20～150mg/L時，小麥種子的發芽率比對照顯著降低（Pd0.05），其中小麥種子的發芽率表現出：Cr（Ⅵ）濃度為20～50mg/L時顯著高于75～120mg/L，發芽率在150mg/L時顯著最低（P<0.05）。

4.2不同Cr（Ⅵ）離子濃度對小麥芽長、根長的影響

由圖2可以看出，當Cr（Ⅵ）離子濃度較低（O～20mg/L）時，小麥根長的影響與對照差異不顯著（P<0.05），但隨著Cr（Ⅵ）離子濃度的增加，顯著抑制了小麥根的生長。同樣，Cr（Ⅵ）離子濃度較低時（O～5mg/L）芽的生長與對照差異不顯著（P<0.05），但隨著Cr（Ⅵ）離子濃度的增加，顯著抑制了小麥芽生長。整體上，小麥根的生長對Cr（Ⅵ）離子濃度響應分2個階段，Cr（Ⅵ）濃度為O～20mg/L時，與對照沒有顯著差異;Cr（Ⅵ）濃度為30～150mg/L時，小麥根長比對照顯著降低（P<0.05），其中小麥根生長表現出：Cr（Ⅵ）濃度為30～75mg/L時顯著高于100～120mg/L，150mg/L時根長顯著最低（P～0.05）。

4.3不同Cr（Ⅵ）離子濃度對小麥種子幼苗生物量的影響

由圖3可以看出不同Cr（Ⅵ）離子濃度對小麥種子苗的生長（苗鮮重）影響不同，在O～5mg/L時比對照有一定促進作用;5～50mg/L時，抑制作用不明顯;75～150mg/L，Cr（Ⅵ）離子濃度變化對小麥苗的生長抑制作用逐漸增加。整體上，Cr（Ⅵ）離子濃度對小麥苗的生長是先促進再抑制，這與以往研究結論基本一致。

而Cr（Ⅵ）離子濃度變化對小麥根的生長是一直抑制的過程，并隨著Cr（Ⅵ）離子濃度的升高抑制不斷增加的過程。特別是當Cr（Ⅵ）離子濃度大于5mg/L時，隨著Cr離子濃度的增加，抑制作用增強，根生物量的積累降低。同樣，生物量于重變化一直處于被抑制的過程，在Cr（Ⅵ）離子濃度為O至5mg/L時，影響較小，大于5mg/L時，隨著Cr（Ⅵ）離子濃度的增加，明顯抑制了生物量干重的積累。

4.4不同Cr（Ⅵ）離子濃度對小麥種子萌發的抑制指數

萌發抑制指數可以研究不同Cr（Ⅵ）離子濃度對小麥種子萌發過程的抑制（或促進）的影響。從表1的抑制指數可以看出，Cr（Ⅵ）離子濃度為5mg/L至15mg/L時對發芽率有一定的促進作用;Cr（Ⅵ）離子濃度為5mg/L時對芽長及苗鮮重均有一定的促進作用，而高濃度時表現出抑制作用。低濃度時促進和高濃度時抑制作用可能與種子內源抗氧化酶系統密切相關。低濃度重金屬脅迫初期的刺激效應，隨著脅迫時間的延長會逐漸轉為抑制效應。不同濃度Cr（Ⅵ）離子對根長、根鮮重及生物量干重始終表現出抑制作用，這也說明了根系是最易受重金屬毒性影響的部位。總之，雖然再生水灌溉中低濃度Cr（Ⅵ）可以促進小麥萌發但是過高的Cr（Ⅵ）不利于小麥種子的萌發和幼苗的生長，進而會降低小麥的生物量。

5結語

研究表明，隨著Cr（Ⅵ）離子濃度的增加，小麥種子發芽率、根長表現出先促進后抑制的趨勢。發芽率與根長在5～15mg/L下有小幅度上升，隨著Cr（Ⅵ）濃度的增加呈明顯下降趨勢;Cr（Ⅵ）離子濃度為5mg/L時對芽長及苗鮮重均有一定的促進作用，但隨著Cr（Ⅵ）離子濃度的增加，顯著抑制了小麥芽的生長。而小麥根鮮重與生物量干重變化一直處于被抑制的過程。整體上，Cr（Ⅵ）離子對芽長的影響的抑制作用最大，而對根長的影響最小。經過綜合評價，再生水灌溉中Cr（Ⅵ）離子濃度應該控制在低于15mg/L的范圍。