鉛脅迫下生物質炭對小白菜種子萌發(fā)及生長的影響

林萱萱 李曉紅，2

1.邵陽學院食品與化學工程學院，湖南 邵陽 422000；2.邵陽學院農林生態(tài)學院，湖南 邵陽 422000

0 引言

土壤中的重金屬會降低土壤水勢，升高植物細胞外滲透壓，進而抑制植物根系對水分和養(yǎng)分的吸收，還會通過氧化脅迫阻礙植物葉綠素合成，影響植物光合作用，從而影響植物正常的生長發(fā)育，使植物生長緩慢，甚至會導致植物死亡［1-3］。鉛具有毒性強、難降解等特點，土壤中的鉛不僅會通過直接毒害及間接改變土壤理化性質等途徑抑制植物的生長發(fā)育，還會通過食物鏈的富集作用，危害人類的身體健康［4］。

在土壤中施用生物質炭可以降低土壤中重金屬的生物有效性，從而減少植物對重金屬的吸收富集［5-7］。同時，生物質炭可以促進植物的生長發(fā)育，其富含的多種酚類物質還可以改變植物種子的酶類活性，促進種子萌發(fā)［8］。施用生物質炭還可以增加土壤孔隙度，增強土壤保水保肥能力，其自身含有的氮、磷等有效態(tài)養(yǎng)分，可促進植物根系生長，并促進植物根系產生分泌物［9-10］。而植物根系分泌物可調節(jié)土壤微生物群落結構，促進土壤能量傳遞和物質循環(huán)，也有利于植物的生長發(fā)育［11-12］。

筆者通過盆栽試驗，研究鉛脅迫下施用生物質炭對小白菜種子萌發(fā)及生長的影響，旨在探究生物質炭能否緩解鉛對小白菜生長發(fā)育的不利影響，為鉛污染土壤的修復和小白菜綠色安全生產提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤取自湖南省邵陽市郊區(qū)閑置荒田，采集0～20 cm 耕層土壤，土壤類型為紅壤土，對土壤理化性質進行檢測，土壤pH 值為6.13，有機質質量分數(shù)為20.23 g/kg，全氮質量分數(shù)為1.25 g/kg，堿解氮質量分數(shù)為113.81 mg/kg，全磷質量分數(shù)為0.52 g/kg，速效磷質量分數(shù)為6.05 mg/kg，全鉀質量分數(shù)為21.08 g/kg，速效鉀質量分數(shù)為155.28 mg/kg，肥力中等。土壤采集完成后，將土壤風干粉碎并過孔徑為2 mm的網篩。

供試生物質炭以稻稈為原材料，在550～650 ℃無氧條件下裂解制得，購自南京勤豐秸稈科技有限公司。供試小白菜品種為正旺達88，購自青州市新世紀種苗有限公司。試驗所用的鉛為硝酸鉛，購自廣東予能實驗室設備科技有限公司。

1.2 試驗方法

試驗于2021 年6 月1 日至8 月14 日在邵陽學院試驗基地進行。將采集的土壤風干粉碎過篩后，分為對照土壤與鉛污染土壤。鉛污染土壤的制備方法：將硝酸鉛溶解在水中，均勻噴灑到土壤中，混合均勻后，靜置平衡15 d，控制土壤中鉛質量分數(shù)為400 mg/kg。

將對照土壤、鉛污染土壤分別與生物質炭混合，設4個生物質炭添加水平，分別為0、30、40、50 g/kg（生物質炭質量/土壤質量），共8 個處理；將各處理土壤分別裝入營養(yǎng)缽（直徑21 cm、高26 cm）中，每個處理20盆，每盆播種3粒種子，每個處理播種60粒種子。

1.3 測定指標與方法

在播種第3 天，測算小白菜種子發(fā)芽勢（播種第3天正常發(fā)芽的種子數(shù)/試驗種子數(shù)）；在播種第7 天，測算小白菜種子發(fā)芽率（播種第7 天正常發(fā)芽的種子數(shù)/試驗種子數(shù)）；在播種第8天進行間苗，每盆僅留1株健壯幼苗；在小白菜生長45 d 后，每個處理隨機選取15株，統(tǒng)計葉片數(shù)，測量小白菜根長和株高，將小白菜用蒸餾水洗凈并吸干水分后稱取鮮質量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理，使用R軟件分析數(shù)據(jù)，進行方差分析和制圖。

2 試驗結果與分析

2.1 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜種子發(fā)芽勢的影響

由圖1 可知，在生物質炭施用水平相同時，對照處理小白菜種子發(fā)芽勢均顯著高于鉛污染處理小白菜種子發(fā)芽勢，說明鉛脅迫會顯著降低小白菜種子發(fā)芽勢，處理小白菜種子萌發(fā)；隨著生物質炭施用量的增加，對照處理小白菜種子發(fā)芽勢增大，說明施用生物質炭可以提高小白菜種子發(fā)芽勢，促進小白菜種子萌發(fā)；隨著生物質炭施用量的增加，鉛污染處理小白菜種子發(fā)芽勢增大，生物質炭施用水平為50 g/kg 時，鉛污染處理小白菜種子發(fā)芽勢高于生物質炭施用水平為0 g/kg時對照處理小白菜種子發(fā)芽勢，說明鉛脅迫下施用生物質炭可以提高小白菜種子發(fā)芽勢，緩解鉛脅迫對小白菜種子萌發(fā)的抑制作用。

2.2 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜種子發(fā)芽率的影響

由圖2 可知，生物質炭施用水平相同時，對照處理小白菜種子發(fā)芽率均高于鉛污染處理小白菜種子發(fā)芽率，說明鉛脅迫會降低小白菜種子發(fā)芽率，抑制種子萌發(fā)；隨著生物質炭施用量的增加，對照處理小白菜種子發(fā)芽率增大，說明施用生物質炭可以提高小白菜種子發(fā)芽率，促進小白菜種子萌發(fā)；隨著生物質炭施用量的增加，鉛污染處理小白菜種子發(fā)芽率增大，生物質炭施用水平為50 g/kg時，鉛污染處理小白菜種子發(fā)芽率高于生物質炭施用水平為0 g/kg時對照處理小白菜種子發(fā)芽率，說明鉛脅迫下施用生物質炭可以提高小白菜種子發(fā)芽率，緩解鉛脅迫對小白菜種子萌發(fā)的抑制作用。

圖2 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜種子發(fā)芽率的影響

2.3 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜葉片數(shù)的影響

由圖3 可知，生物質炭施用水平相同時，對照處理小白菜葉片數(shù)均多于鉛污染處理小白菜葉片數(shù)，說明鉛脅迫會抑制小白菜葉片生長；隨著生物質炭施用量的增加，對照處理小白菜葉片數(shù)增多，說明施用生物質炭可以促進小白菜葉片生長；隨著生物質炭施用量的增加，鉛污染處理小白菜葉片數(shù)增多，生物質炭施用水平為50 g/kg時，鉛污染處理小白菜葉片數(shù)多于生物質炭施用水平為0 g/kg 時對照處理小白菜葉片數(shù)，說明鉛脅迫下施用生物質炭可以促進小白菜葉片生長，緩解鉛脅迫對小白菜葉片生長的抑制作用。

圖3 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜葉片數(shù)的影響

2.4 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜根長的影響

由圖4 可知，生物質炭施用水平相同時，對照處理小白菜根長均顯著長于鉛污染處理小白菜根長，說明鉛脅迫會抑制小白菜根系生長；隨著生物質炭施用量的增加，對照處理小白菜根長增長，說明生物質炭可以促進小白菜根系生長；隨著生物質炭施用量的增加，鉛污染處理小白菜根長增長，生物質炭施用水平為50 g/kg時，鉛污染處理小白菜根長長于生物質炭施用水平為0 g/kg 時對照處理小白菜根長，說明鉛脅迫下施用生物質炭可以促進小白菜根系生長，緩解鉛脅迫對小白菜根系生長的抑制作用。

圖4 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜根長的影響

2.5 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜株高的影響

由圖5 可知，生物質炭施用水平相同時，對照處理小白菜株高均高于鉛污染處理小白菜株高，說明鉛脅迫對小白菜的高生長有抑制作用；隨著生物質炭施用量的增加，對照處理小白菜株高增高，說明生物質炭對小白菜的高生長有促進作用；隨著生物質炭施用量的增加，鉛污染處理小白菜株高增高，生物質炭施用水平為50 g/kg時，鉛污染處理小白菜株高高于生物質炭施用水平為0 g/kg 時對照處理小白菜株高，說明鉛脅迫下施用生物質炭可以促進小白菜高生長，緩解鉛脅迫對小白菜高生長的抑制作用。

圖5 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜株高的影響

2.6 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜鮮質量的影響

由圖6 可知，生物質炭施用水平相同時，對照處理小白菜鮮質量均大于鉛污染處理小白菜鮮質量，說明鉛脅迫會阻礙小白菜物質積累，抑制小白菜生長；隨著生物質炭施用量的增加，對照處理小白菜鮮質量增大，說明施用生物質炭有利于小白菜物質積累，促進小白菜生長；隨著生物質炭施用量的增加，鉛污染處理小白菜鮮質量增大，生物質炭施用水平為50 g/kg 時，鉛污染處理小白菜鮮質量大于生物質炭施用水平為0 g/kg時對照處理小白菜鮮質量，說明鉛脅迫下施用生物質炭可以促進小白菜物質積累，緩解鉛脅迫對小白菜生長的抑制作用。

圖6 鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜鮮質量的影響

3 結論與討論

鉛脅迫不利于植物的生長發(fā)育。植物體內含鉛量過高，會使細胞外滲透壓過高，影響植物對水分和礦質元素的吸收和運輸，抑制蛋白質、氨基酸、葉綠素等的合成，影響種子的萌發(fā)和植物的光合作用［13-14］。而生物質炭主要通過改善土壤環(huán)境促進植物的生長發(fā)育，具體表現(xiàn)為通過吸附和螯合等方式固定重金屬，降低重金屬的生物有效性和毒害作用。例如，在銅、鋅污染條件下，小麥的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和根長均隨生物質炭施用量的增加而增大［15］。同時，生物質炭對根系的促生作用可能是植物發(fā)育的關鍵。植物根系的伸長增加了植物與土壤的接觸面積，可促進植物對水分和養(yǎng)分等物質的吸收和利用。生物質炭還可以促進根系分泌物如植物生長素、氨基酸等的釋放。植物生長素可促進植物細胞伸長，氨基酸可通過影響土壤微生物活性進而影響土壤養(yǎng)分有效性，從而促進植物對養(yǎng)分的吸收［14］。例如，鎘污染條件下水稻的株高隨生物質炭施用量的增加而增大［16］；在富硒土壤中施用生物質炭可顯著增加小白菜的鮮質量［17］。

此次試驗探究了鉛脅迫下不同生物質炭施用水平對小白菜種子萌發(fā)及生長的影響，發(fā)現(xiàn)施用生物質炭可以緩解鉛脅迫對小白菜種子發(fā)芽勢、種子發(fā)芽率、葉片數(shù)、根長、株高、鮮質量的不利影響，且緩解作用隨生物質炭施用量的變化而變化。生物質炭施用水平為50 g/kg 可以有效緩解鉛脅迫對小白菜生長發(fā)育的不利影響，抵御鉛脅迫的效果最佳；施用水平為40 g/kg次之。此次試驗可為鉛污染土壤的修護和小白菜綠色安全生產提供參考。