山西省典型土壤施入含四環(huán)素雞糞對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

秦俊梅，胡可，馬祥愛(ài)，郭晉

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷030801；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，北京100193）

目前，抗生素大量用于人和動(dòng)物的疾病治療，同時(shí)，也作為飼料添加劑在畜禽養(yǎng)殖中廣泛應(yīng)用，以提高飼料利用率，促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)［1］。在獸用抗生素中，土霉素（Oxytetracycline，OTC）和四環(huán)素（Tetracycline）等四環(huán)素類(lèi)抗生素是應(yīng)用最廣泛、使用量最大的一類(lèi)抗生素［2］。研究表明，抗生素?cái)z入后除少部分殘留在體內(nèi)，85% 以上以原藥和代謝產(chǎn)物的形式經(jīng)由病人與動(dòng)物的糞尿排出體外，進(jìn)入生態(tài)環(huán)境［3］。隨人類(lèi)排泄物直接進(jìn)入城市廢水，動(dòng)物排泄物作為肥料播散于農(nóng)田，對(duì)農(nóng)田土壤、地表和地下水及生態(tài)系統(tǒng)中各類(lèi)生物產(chǎn)生危害，并誘發(fā)和傳播各類(lèi)抗生素耐藥致細(xì)菌，對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生威脅［4］。

近年來(lái)，有機(jī)肥料中的抗生素對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境和植物生長(zhǎng)的影響逐漸被人們重視。含抗生素的有機(jī)肥料應(yīng)用于農(nóng)田土壤中，對(duì)環(huán)境造成潛在的污染和危害。國(guó)內(nèi)外對(duì)抗生素的研究主要集中在土壤、水體、動(dòng)物性食品和蔬菜中［1，5～10］，畜禽糞便中抗生素的殘留也有一些報(bào)道［11～14］，農(nóng)田土壤施入含抗生素的有機(jī)肥對(duì)植物生長(zhǎng)的影響研究甚少。因此，本文研究了在土壤中施入含四環(huán)素的雞糞對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響，以期為合理使用抗生素及有機(jī)肥料在農(nóng)田中的安全施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 土壤樣本

供試土壤：

（1）石灰性粘壤土，采自山西省太谷縣農(nóng)田耕層（0～20cm）。

（2）石灰性砂壤土，采自山西省五寨縣農(nóng)田耕層（0～20cm）。

土樣風(fēng)干后，分別過(guò)2mm和1mm篩，充分混勻，進(jìn)行土壤盆栽試驗(yàn)和土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定。供試土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physicochemical property of experimental soil

1.1.2 雞糞樣本

供試雞糞采自陵川縣大型養(yǎng)殖場(chǎng)，一種為按照雞標(biāo)準(zhǔn)攝入量在雞飼料中人為加入獸藥四環(huán)素而排出的雞糞，另一種為飼料中未加入四環(huán)素排出的雞糞，樣本為新鮮雞糞，多點(diǎn)取樣，混合取回，一部分糞便樣品將其冷凍干燥測(cè)定四環(huán)素含量，其它糞便樣品自然風(fēng)干待用。含四環(huán)素雞糞的四環(huán)素含量為192.567mg·kg－1。

1.1.3 供試玉米

玉米為高玉4號(hào)（生長(zhǎng)期128天）。

1.1.4 試驗(yàn)藥品

盆栽所用化肥為CO（NH2）2、Ca（H2PO4）2和K2SO4（均為分析純），其施用量分別為CO（NH2）20.15g·kg－1土、Ca（H2PO4）20.05g·kg－1土和K2SO40.1g·kg－1土。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 盆栽方案

盆栽試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，T1－不加雞糞（空白對(duì)照）；T2－添加不含四環(huán)素雞糞6.4g·kg－1；T3－添加含四環(huán)素雞糞6.4g·kg－1；T4－添加不含四環(huán)素雞糞12.8g·kg－1；T5－添加含四環(huán)素雞糞12.8 g·kg－1，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，盆栽采用底部?jī)?nèi)徑14cm、上部?jī)?nèi)徑19cm、高25cm的塑料盆，每盆裝土12.5kg，隨機(jī)排列。

將一定量的雞糞添加到過(guò)1mm篩的石灰性褐土中混勻，再與過(guò)2mm濾篩的石灰性褐土以及化肥混合均勻后裝盆，并以去離子水調(diào)至田間持水量。

1.2.2 盆栽與采樣

2011年4月12日播種，采用直播方式。3葉期間苗，每盆保留1株。盆栽試驗(yàn)期用蒸餾水澆灌（以不滲漏為準(zhǔn)），人工防治蟲(chóng)害，不噴施農(nóng)藥。

8月27日盆栽收割，用不銹鋼剪刀從土面上將玉米剪斷，將莖葉、籽粒分類(lèi)裝入信封。并將土倒出，盡量無(wú)損取出玉米根，然后依次用自來(lái)水、蒸餾水洗凈后裝于信封內(nèi)，同玉米莖、葉、籽粒同時(shí)放入烘箱，烘干后稱(chēng)重。

1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定：pH值采用玻璃電極法（土水比為1∶2.5）；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）；有效（堿解）氮采用堿解擴(kuò)散法；速效磷采用0.5mol·L－1NaHCO3浸提，鉬藍(lán)比色法；速效鉀采用0.25mol·L－1NH4OAc浸提火焰光度計(jì)法；全氮采用半微量開(kāi)氏法；機(jī)械組成采用比重計(jì)法［15］。

采用高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定雞糞中四環(huán)素的含量。

7月5日上午，天氣晴朗，利用 CCM－200 ChlorophyⅡ（Content Meter Opti－Sciences，Inc.）測(cè)定玉米葉片（主莖葉從上向上數(shù)第3片葉子）的葉綠素含量。7月14日上午，晴朗無(wú)云，利用便攜式光合儀CI－310（思愛(ài)迪生態(tài)科學(xué)儀器有限公司）測(cè)定田間玉米葉片（主莖從上向下數(shù)第3片葉子）的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）光合參數(shù)的變化，每個(gè)處理重復(fù)測(cè)定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 DPSV 7 55軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，LSD法進(jìn)行多重比較；采用 Microsoft Excel 2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)不同土壤中玉米生長(zhǎng)的影響

2.1.1 不同處理對(duì)玉米株高和根長(zhǎng)的影響

從表2可以看出，石灰性粘壤土的玉米株高、根長(zhǎng)各處理間達(dá)到顯著水平；石灰性砂壤土的玉米株高處理間不顯著，根長(zhǎng)處理間達(dá)到顯著水平。相同處理的石灰性粘壤土、砂壤土玉米株高和根長(zhǎng)其變化趨勢(shì)相近。石灰性粘壤土、砂壤土玉米株高和根長(zhǎng)最高值均為T(mén)4處理，這與施雞糞量的增大有關(guān)，兩種土壤玉米株高和根長(zhǎng)最低值均為T(mén)1處理。還可以看出，兩種土壤玉米株高、根長(zhǎng)在含四環(huán)素雞糞的處理中均低于不含四環(huán)素雞糞的處理，即含四環(huán)素雞糞在一定程度上抑制了玉米株高和根長(zhǎng)，尤其石灰性粘壤土中玉米根長(zhǎng)隨含四環(huán)素雞糞的增加降低幅度較大，如T4根長(zhǎng)為99.1cm，T5根長(zhǎng)為74.0cm，降低了25.3%?？傮w趨勢(shì)為各處理玉米的株高和根長(zhǎng)是石灰性砂壤土低于石灰性粘壤土。

表2 不同土壤對(duì)玉米株高和根長(zhǎng)多重比較／cmTable 2 Multiple comparison of plant height and root length in different soils

2.1.2 不同處理對(duì)玉米莖葉、根、籽粒干重的影響

從表3可以看出，石灰性粘壤土中玉米的莖葉、根、籽粒重各處理間達(dá)到顯著水平，石灰性砂壤土中玉米的莖葉重處理間達(dá)到顯著水平，根及籽粒重各處理間差異不顯著。相同處理的石灰性粘壤土、砂壤土玉米莖葉、根和籽粒重變化趨勢(shì)相近。石灰性粘壤土、砂壤土玉米莖葉、根、籽粒重最高值均為T(mén)4處理，最低值均為T(mén)1處理。并可看出兩種土壤玉米莖葉、根、籽粒重在含四環(huán)素雞糞的處理中均低于不含四環(huán)素雞糞的處理，說(shuō)明四環(huán)素的存在在一定程度上抑制了玉米莖葉、根、籽粒干重，表現(xiàn)較明顯的是石灰性粘壤土T5處理中玉米的莖葉重明顯低于T4處理，降低了35%?？傮w趨勢(shì)為各處理玉米的莖葉、根和籽粒重是石灰性砂壤土低于石灰性粘壤土。

2.2 不同處理對(duì)不同土壤中玉米光合參數(shù)的影響

2.2.1 不同處理對(duì)玉米凈光合速率的影響

光合作用是植物最基本的生理過(guò)程，各種自然因子，如干旱、淹水、低溫、鹽害等都會(huì)直接或間接地影響光合作用［16］。從表4中可以看出，石灰性粘壤土、砂壤土各處理間玉米的凈光合速率達(dá)到了顯著水平，相同處理兩種土壤的玉米凈光合速率出現(xiàn)了一致趨勢(shì)。石灰性粘壤土、砂壤土玉米凈光合速率最高值均為T(mén)4處理，最低值均為T(mén)1處理。同時(shí)，兩種土壤玉米凈光合速率在含四環(huán)素雞糞的處理中均低于不含四環(huán)素雞糞的處理，如T3＜T2，T5＜T4，說(shuō)明含四環(huán)素的存在對(duì)玉米凈光合速率同樣有抑制作用。各處理玉米的凈光合速率是石灰性砂壤土均低于石灰性粘壤土。

表3 不同土壤對(duì)玉米莖葉、根、籽粒干重多重比較／gTable 3 Multiple comparison of dry weight of cauline leaf，root and grain of corn in different soils

表4 不同土壤對(duì)玉米凈光合速率（Pn）多重比較／μmol·m－2·s－1Table 4 Multiple comparison of corn Pn in different soils

2.2.2 不同處理對(duì)玉米氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔是空氣中CO2進(jìn)入植物體和植物體內(nèi)水分蒸發(fā)的主要通道，它主要控制植物的兩個(gè)生理過(guò)程，即控制光合作用中CO2吸收和蒸騰作用中水分的代謝；與植物葉片的蒸騰和光合性能有著密切的關(guān)系［17］。光合速率與氣孔導(dǎo)度成正相關(guān)，當(dāng)氣孔導(dǎo)度增大時(shí)，葉片光合速率相應(yīng)增加。從表5中可以看出，石灰性粘壤土、砂壤土各處理間玉米的氣孔導(dǎo)度達(dá)到了顯著水平，相同處理兩種土壤的玉米氣孔導(dǎo)度與凈光合速率出現(xiàn)了一致趨勢(shì)，石灰性粘壤土、砂壤土玉米氣孔導(dǎo)度最高值均為T(mén)4處理，最低值均為T(mén)1處理。四環(huán)素的存在同樣對(duì)兩種土壤玉米氣孔導(dǎo)度有抑制作用，如T3＜T2，T5＜T4。各處理玉米的氣孔導(dǎo)度是石灰性砂壤土均低于石灰性粘壤土。

表5 不同土壤對(duì)玉米氣孔導(dǎo)度（Gs）多重比較／mmol·m－2·s－1Table 5 Multiple comparison of corn Gs in different soils

2.2.3 不同處理對(duì)玉米蒸騰速率的影響

由表6可以看出，石灰性粘壤土各處理間玉米的蒸騰速率達(dá)到了顯著水平，砂壤土各處理間差異不顯著。相同處理兩種土壤的玉米蒸騰速率與氣孔導(dǎo)度和凈光合速率出現(xiàn)了一致趨勢(shì)，三者呈正相關(guān)關(guān)系，石灰性粘壤土、砂壤土玉米蒸騰速率最高值均為T(mén)4處理，最低值均為T(mén)1處理。四環(huán)素的存在同樣對(duì)兩種土壤玉米蒸騰速率有抑制作用，如T3＜T2，T5＜T4，其中抑制較明顯的是石灰性粘壤土，各處理玉米的蒸騰速率是石灰性砂壤土均低于石灰性粘壤土。

表6 不同土壤對(duì)玉米蒸騰速率（Tr）多重比較／mmol·m－2·s－1Table 6 Multiple comparison of corn Tr in different soils

2.2.4 不同處理對(duì)玉米蒸騰速率的影響

CO2是植物進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物質(zhì)的原料，大氣中CO2的含量對(duì)植物進(jìn)行光合作用有直接影響。植物胞間CO2濃度越高，氣孔內(nèi)外CO2濃度差越小，氣孔能吸收的CO2越少，光合速率越低。

從表7可以看出，石灰性粘壤土、砂壤土各處理間玉米胞間CO2濃度達(dá)到了顯著水平。兩種土壤各處理間的胞間CO2濃度與凈光速率成負(fù)相關(guān)。石灰性粘壤土、砂壤土玉米胞間CO2濃度最高值均為T(mén)1處理，最低值均為T(mén)4處理。還可看出，四環(huán)素的存在同樣對(duì)兩種土壤玉米胞間CO2濃度有影響作用，如T2＜T3，T4＜T5，其中表現(xiàn)較明顯的是石灰性粘壤土。

表7 不同土壤對(duì)玉米胞間CO2濃度（Ci）多重比較／mmol·m－2·s－1Table 7 Multiple comparison of corn Ci in different soils

2.3 不同處理對(duì)不同土壤中玉米葉綠素的影響

葉綠素是捕獲光能，進(jìn)行光能轉(zhuǎn)換的基本色素，葉綠素的增加有利于植物捕獲較多的光能。從表8可以看出，石灰性粘壤土各處理間玉米葉綠素達(dá)到了顯著水平，砂壤土各處理間差異不顯著。石灰性粘壤土、砂壤土玉米葉綠素含量最高值均為T(mén)4處理，最低值均為T(mén)1處理，還可看出，兩種土壤玉米葉綠素在含四環(huán)素雞糞的處理中均低于不含四環(huán)素雞糞的處理，說(shuō)明含四環(huán)素雞糞的土壤對(duì)玉米葉綠素合成也有一定抑制作用，如T3＜T2，T5＜T4，其抑制作用最為明顯的是石灰性砂壤土。

表8 不同土壤對(duì)玉米葉綠素多重比較（CCI）Table 8 Multiple comparison of corn chlorophyll in different soils

3 結(jié)論與討論

光合作用是植物十分復(fù)雜的生理過(guò)程，葉片凈光合速率與自身因素如葉綠素含量、葉片厚度、葉片成熟度等密切相關(guān)，又受光照強(qiáng)度、氣溫、空氣相對(duì)濕度、土壤含水量等影響［18］。研究結(jié)果表明，除玉米的胞間二氧化碳濃度（Ci）以外，石灰性砂壤土各處理玉米的株高、根長(zhǎng)、莖葉重、根重、籽粒重、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、葉綠素等指標(biāo)均低于石灰性粘壤土，其原因與砂壤土的特性有直接關(guān)系，砂壤土本身礦質(zhì)元素含量低于粘土壤，如鉀、磷等參與糖類(lèi)代謝，缺乏時(shí)便影響糖類(lèi)的轉(zhuǎn)變和運(yùn)輸，所以對(duì)光合作用影響很大，除此之外，還與砂壤土水分含量有關(guān)，砂壤土與粘壤土相比其保水性差，溫度高時(shí)砂壤土其蒸發(fā)較粘壤土快，而氣孔導(dǎo)度的大小，跟水分含量較密切，當(dāng)水分虧缺時(shí)葉片中脫落酸量增加，從而引起氣孔關(guān)閉，導(dǎo)度下降，光合速率也下降［19］，隨著光合速率的下降，砂壤土的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及生長(zhǎng)特性也將受到影響，因此，本試驗(yàn)中凈光合速率與氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率之間呈正相關(guān)，這與張美善等［20］對(duì)西洋參片的研究報(bào)道相吻合，本研究還表明凈光合速率與胞間CO2濃度呈負(fù)相關(guān)，這與翁曉燕等［21］對(duì)水稻的研究結(jié)果一致。

抗生素對(duì)植物生長(zhǎng)造成影響的因素很多，包括抗生素含量、生物降解性以及在土壤、水中的遷移情況等。Royse等研究表明，過(guò)多的抗生素對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響［22，23］。Batchelder還發(fā)現(xiàn)，土壤中的抗生素對(duì)植物造成的影響具有很大的差異性［24］。不同種類(lèi)的抗生素對(duì)不同種類(lèi)的植物產(chǎn)生的影響是截然不同的。有的抗生素在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)一些植物的生長(zhǎng)有刺激作用，有的卻有抑制作用，本文研究證明，石灰性粘壤土、石灰性砂壤土施入含四環(huán)素雞糞對(duì)玉米的株高、根長(zhǎng)、莖葉重、根重、籽粒重、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、葉綠素等指標(biāo)有明顯抑制作用。

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