沼液抗旱劑重金屬安全性分析及對(duì)大豆葉片Tr和RWC的影響

呂品 王立民 張繼舟 于志民

摘要 [目的] 研究沼液抗旱劑的重金屬安全性及對(duì)大豆抗旱性的影響。[方法] 以東農(nóng)52大豆為材料，通過盆栽試驗(yàn)，研究正常養(yǎng)分環(huán)境條件下，不同土壤水分條件下，大豆開花期噴施不同稀釋倍數(shù)的自研制沼液抗旱劑對(duì)大豆Tr和RWC的影響。[結(jié)果] 牛糞為原料實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵沼液重金屬含量相對(duì)較低，可直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè);在土壤水分含量為25.4%時(shí)（田間持水量的65%），沼液抗旱劑不同稀釋倍數(shù)處理增加大豆開花期葉片RWC分別為8.54%和8.39%;在土壤水分含量為19.5%（田間持水量的50%）時(shí)，與噴施清水對(duì)照處理相比，不同施用濃度沼液抗旱劑均能增加大豆RWC，增加幅度最大為17.16%;不同水分條件下，各處理均能降低大豆葉片的蒸騰速率，其中T1和T2效果最佳。[結(jié)論] 該研究可為探討沼液抗旱劑在干旱環(huán)境下對(duì)大豆生長(zhǎng)代謝效果提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 沼液;大豆;重金屬;葉片相對(duì)含水量

中圖分類號(hào) S181.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2014）34-12219-03

Biogas Slurry Drought Resistance Agents Safety Analysis of Heavy Metals and the Effects on Tr and RWC of Soybean Leaf

LV Pin1，2，WANG Limin1，ZHANG Jizhou1 et al

（1. Institute of Natural Resources and Ecology， ?Heilongjiang Academy of Sciences， National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Wetlands and Ecological Conservation， Harbin，Heilongjiang 150040;2. College of Life Science，Northeast Agricultural University， Harbin， Heilongjiang ?150030）

Abstract [Objective] The research aimed to study the safety and its effects on the drought resistance of soybean leaf of biogas slurry drought resistance agent. [Method] Taken Dongnong 52 soybean as material， pot experiments were carried out to test the effects of homemade biogas slurry drought resistance agents on Tr and RWC of soybean under different soil moisture conditions in soybean flowering period， by spraying different diluted multiples of agents. [Result] The results showed that， the biogas slurry of cow dung in lab condition has relatively low heavy metal content， can be used in agriculture; when soil moisture was 25.4% （65% of field capacity）， biogas slurry products can increase soybean leafs RWC by 8.54% and 8.39% in flowering period; when soil moisture was 19.5% （50% of field capacity）， compared with CK， biogas slurry products can increase soybean RWC by 17.16%; under different soil moisture， T1 and T2 can reduce the transpiration rate of soybean. [Conclusion] This study could provide theoretical references for the effects research of soybean growth by biogas slurry drought resistance agents under arid environment.

Key words Biogas slurry; Soybean; Heavy metals; Relative water content

沼液作為生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其合理高效利用具有較大現(xiàn)實(shí)意義。沼液是沼氣厭氧發(fā)酵后的產(chǎn)物，是一種速效水肥[1-4]，含豐富的水溶性養(yǎng)分，養(yǎng)分可利用率高，能迅速被作物吸收利用[5]。沼液含有的活性較高的黃腐酸、脯氨酸、脫落酸及各種水解酶類能顯著增強(qiáng)植物抗旱性[6-8]。沼液中的Cd、Pb、Cu、As、Cr等重金屬含量依據(jù)發(fā)酵原料不同，含量也有較大差異，因此需依據(jù)其重金屬含量謹(jǐn)慎應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植，以防止因此帶來的重金屬積累和土壤污染。由于沼液有效成分相對(duì)含量較低，因此在應(yīng)用時(shí)，需進(jìn)行調(diào)配，以增加其有效性和附加值，課題組研制的沼液抗旱劑主要添加多種養(yǎng)分、抗蒸騰劑ABA和葉面粘著劑。

大豆開花期是其水分需求最敏感期，該研究以蒸騰速率（Transpiration Rate）和葉片相對(duì)含水量（Relative Water Content）為指標(biāo)，通過研究不同處理在大豆R1期對(duì)葉片相對(duì)含水量和蒸騰速率的影響，探討沼液抗旱劑的抗旱效果。筆者分析不同來源的沼液8種重金屬含量，分析評(píng)價(jià)其應(yīng)用安全性，并在此基礎(chǔ)上研制沼液抗旱調(diào)節(jié)劑。采用盆栽試驗(yàn)，模擬干旱脅迫環(huán)境，以沼液抗旱劑不同施用濃度進(jìn)行對(duì)比研究，以東農(nóng)52為材料，研究不同土壤水分條件及大豆不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)大豆葉片RWC和Tr的影響，為探討沼液抗旱劑在干旱環(huán)境下對(duì)大豆生長(zhǎng)代謝效果提供理論依據(jù)，為沼液抗旱應(yīng)用的安全性和應(yīng)用效果提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1 供試材料。

試驗(yàn)設(shè)在黑龍江省哈爾濱市，在黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所溫室進(jìn)行。

供試植物為東農(nóng)52大豆，于2014年5月15日播種。

供試土壤為草炭土與園土復(fù)混，上盆前施入尿素、磷酸氫二氨及腐熟雞糞。供試土壤肥力情況：pH 6.2，有機(jī)質(zhì)5.5%，堿解氮158 mg/kg，速效磷65 mg/kg，速效鉀197 mg/kg。盆內(nèi)徑19 cm，高22 cm，每盆裝土2.2 kg（風(fēng)干重）。

供試材料沼氣池沼液均取自黑龍江省肇東市小康村，發(fā)酵時(shí)間1年，其中zy2為沼氣池發(fā)酵牛糞沼液，zy3為沼氣池發(fā)酵豬糞沼液，zy4為沼氣池豬糞、牛糞、雞糞、秸稈混合發(fā)酵沼液。沼液原料zy1為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)村能源研究所提供實(shí)驗(yàn)室人工發(fā)酵牛糞沼液，發(fā)酵時(shí)間為3個(gè)月;沼液抗旱劑為自行研制，選用沼液原液濃縮后，復(fù)合氮、磷、鉀、附著劑、ABA。沼液原料及沼液抗旱劑主要性狀見表1。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

處理：T1為沼液抗旱劑100倍稀釋液，T2為沼液抗旱劑200倍稀釋液，T3為沼液原液，CK為清水對(duì)照。R1期（7月14日）7：00各處理每盆葉面噴施20 ml。

水分梯度：水分處理設(shè)2個(gè)水平，分別為W1 25.4%（田間持水量的65%）和W2 19.5%（田間持水量的50%），采用稱重法控制土壤含水量。每天16：30測(cè)土壤水分含量，補(bǔ)充水分到設(shè)定值。

每個(gè)處理5盆，每盆3株，重復(fù)3次，共120盆，隨機(jī)排列。

表1 沼液原料及沼液抗旱劑主要養(yǎng)分指標(biāo)

材料HA∥mg/LN∥g/LP∥g/LK∥g/LpHEC∥mS/cm附著劑∥g/LABA∥mg/L

沼液原料2301.680.280.987.050.87--

沼液抗旱劑65089.7062.5060.287.057.870.2520

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.2.1 重金屬含量。Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Cr、As、Hg全量，采用CEM MARS6微波消解儀（王水-氫氟酸-高氯酸）混合消解，Hg采用原子熒光光譜法測(cè)定，Cd采用石墨爐原子吸收法測(cè)定，其他元素采用ICP-OES法測(cè)定。

1.2.2 葉片相對(duì)含水量（RWC）。采用烘干法測(cè)定。

R1期（7月14日）取成熟完整葉片2片，從葉基部剪下，稱量鮮重（初始鮮重）后迅速將剪口處插入清水中于暗處浸泡24 h后，從水中取出，擦拭掉葉片表面多余水分，稱飽和重。經(jīng)105 ℃，30 min殺青后，80 ℃下烘干至恒重，稱重（干重）并計(jì)算葉片相對(duì)含水量：

葉片相對(duì)含水量（%）=（初始鮮重-干重）/（飽和鮮重-干重）×100%

1.2.3 葉片蒸騰速率。采用美國(guó)LI6400便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定。

每個(gè)處理隨機(jī)選取3株植株，測(cè)定植株頂端5片葉片中完全展開的葉片，R1期（7月14日）起，連續(xù)測(cè)定5 d，每天15：00時(shí)測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液原料重金屬安全性分析

不同來源及發(fā)酵環(huán)境的沼液重金屬含量如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可見，以牛糞為原料的沼液，無論是沼氣池發(fā)酵的zy2還是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵的zy1，沼液中綜合重金屬含量均較低，尤其是Zn、Cu。zy3除Pb和Cr與zy1和zy4基本持平外，其他重金屬含量均較高，zy3為豬糞原料發(fā)酵沼液，可能由于在飼養(yǎng)過程中一些微量元素如Zn、Cu、Fe、As 等能防治畜禽疾病如防止腹瀉，促進(jìn)生長(zhǎng)，所以被廣泛應(yīng)用于飼料添加劑中[9-11]，而且豬為雜食動(dòng)物，這是導(dǎo)致其糞便中重金屬及鹽類均較高的原因。zy4中Zn、Cu和Ni含量稍高，其原因可能是發(fā)酵物料中有雞糞和秸稈的原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，雞飼料中含Zn和Cu分別為150～2 920 mg/kg和18～217 mg/kg干重，而在典型的雞糞中Zn和Cu分別為500 mg/kg和360 mg/kg干重[12]。而Ni偏高可能與原料中有部分秸稈，秸稈來源作物在種植過程中不合理化肥農(nóng)藥施用及廢水灌溉等原因有關(guān)，其溯源尚需進(jìn)一步研究。因此通過對(duì)以上不同原料和發(fā)酵方式的沼液重金屬含量分

析得出，牛糞發(fā)酵的沼液zy1和zy2綜合重金屬含量較低，

表2 不同來源沼液中重金屬含量

mg/L

原料CdPbZnCuNiCrAs

zy10.0050.1370.1030.0240.0630.011-

zy20.0070.1020.1090.0340.0270.0100.008

zy30.0130.1230.5670.1800.0870.0220.021

zy40.0080.1080.4970.0720.1340.0230.017

且zy1為實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵，發(fā)酵周期短，發(fā)酵環(huán)境易于控制，養(yǎng)分指標(biāo)含量穩(wěn)定，適合作為沼液抗旱劑原料。

2.2 沼液抗旱劑對(duì)大豆葉片相對(duì)含水量的影響

葉片相對(duì)含水量是反映植株水分狀況的敏感性指標(biāo)[13]，是與植物抗旱性關(guān)系最密切的指標(biāo)，植物在干旱條件下，葉片相對(duì)含水量越高，其抵抗干旱能力越強(qiáng)。大豆在干旱條件下，RWC的多少，能表示葉片持水能力的強(qiáng)弱，也能反映植物抵抗干旱的能力。由圖1可見，大豆在適宜的水分條件下，CK處理葉片RWC呈現(xiàn)先抑后揚(yáng)的趨勢(shì)，而其他3個(gè)處理均曲線波動(dòng)，T3處理在觀測(cè)后期與CK處理RWC趨于一致，其T1和T2兩個(gè)處理RWC分別高于CK 8.54%和8.39%，即T1和T2處理在適宜水分條件下能顯著增加大豆葉片相對(duì)含水量。其原因由于T1和T2的沼液本身含有的黃腐酸具有一定的成膜性，可減少葉片水分的散失，同時(shí)ABA可引起葉片主孔迅速關(guān)閉，也減少了水分的散失，因此葉片相對(duì)含水量維持在較高的水平。

圖1 適宜水分條件下各處理對(duì)大豆葉片相對(duì)含水量的影響

圖2 半干旱條件下各處理對(duì)大豆葉片相對(duì)含水量的影響

大豆在半干旱條件下，葉片相對(duì)含水量由高到低依次為T1、T2>T3>CK。與適宜水分條件相比，CK處理的RWC明顯減少，T3處理略有減少，而T1和T2在半干旱條件下，葉片相對(duì)含水量分別高于對(duì)照17.16和15.22%，且與適宜水分條件下的RWC差別不大。T3處理在觀測(cè)初期，葉片相對(duì)含水量高于對(duì)照9.21%，在5 d后，與對(duì)照差異不顯著，是由于其含有的黃腐酸、脯氨酸、脫落酸及各種水解酶類在短期內(nèi)能減少水分散失，起到一定的抗旱作用。T1和T2間差異不顯著，但與T3和CK處理差異顯著，葉片相對(duì)含水量比對(duì)照增加17%以上，其含有的沼液成分、養(yǎng)分與ABA協(xié)同作用，能持續(xù)維持葉片的水分含量，減少水分損失，能減少干旱環(huán)境對(duì)植物造成的不利影響，具有較好的抗旱效果。

2.3 沼液抗旱劑對(duì)大豆葉片蒸騰速率的影響

葉面蒸騰是植物消耗水分的主要途徑，正常的葉面蒸騰對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育十分重要，但在過度的無效蒸騰作用下，或干旱年份，植物根系吸收水分減弱，而地上部強(qiáng)烈蒸騰，則不利于植物的生長(zhǎng)與產(chǎn)量。

由圖3、圖4可見，大豆在適宜水分條件下，各處理下Tr均低于CK處理，T3處理Tr呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，T2處理在觀測(cè)期內(nèi)Tr平穩(wěn)，T1在處理初期Tr低于其他處理，4 d后，略高于T2。即水分適宜條件下，各處理均能降低大豆葉片的蒸騰速率，分別降低28.20%、26.92%和18.13%。在半干旱水分條件下，各處理蒸騰速率曲線略有變化，但依然是CK>T3>T1、T2。即無論水分條件是否適宜，T1、T2、T3均能降低葉片的蒸騰速率，分別降低40.42%、41.33%和24.32%，其中T1和T2效果最佳。

圖3 適宜水分條件下各處理對(duì)大豆葉片蒸騰速率的影響

圖4 半干旱條件下各處理對(duì)大豆葉片蒸騰速率的影響

3 結(jié)論

牛糞發(fā)酵沼液綜合重金屬含量較低，相對(duì)而言更適合直接應(yīng)用于沼液產(chǎn)品研發(fā)及農(nóng)業(yè)種植;在大豆開花期內(nèi)，不同水分條件下噴施沼液抗旱劑能提高大豆的葉片相對(duì)含水量，最低提高8%以上;不同水分條件下沼液抗旱劑能降低大豆葉片的蒸騰速率最多達(dá)41.33%。沼液抗旱劑能改善不同水分條件下大豆的水分代謝，提高大豆的抗旱性能，即沼液抗旱劑能增強(qiáng)大豆抵抗干旱能力。

4 討論

沼液合理、安全和多方面的應(yīng)用，將為沼氣工程解決下游污染問題。重金屬污染已成為目前威脅環(huán)境安全的一個(gè)重要問題，該研究在沼液研制抗旱劑中就其重金屬含量和對(duì)植物兩個(gè)水分指標(biāo)（葉片相對(duì)含水量和蒸騰速率）的影響進(jìn)行了研究，能在一定程度上反映沼液應(yīng)用的安全性和其抗旱效果。

沼液原料來源直接關(guān)系沼液中污染物質(zhì)含量，試驗(yàn)選用發(fā)酵原料以小型養(yǎng)殖廠為主，自動(dòng)化程度相對(duì)不高，引起重金屬污染的飼料添加劑與農(nóng)戶養(yǎng)殖及大型養(yǎng)殖廠有一定差別，依據(jù)不同養(yǎng)殖規(guī)模的禽畜糞便發(fā)酵沼液的重金屬污染狀況需進(jìn)一步研究。

水分脅迫條件下，植物抗旱能力除選育抗旱品種外，可通過其他手段緩解干旱危害。植物蒸騰的過程也是植物體內(nèi)養(yǎng)分運(yùn)輸?shù)倪^程，土壤水分含量不足的情況下，植物蒸騰作用有所降低，適當(dāng)降低蒸騰作用，對(duì)植物抵抗干旱有積極的作用，但蒸騰速率過低，對(duì)養(yǎng)分運(yùn)輸和光合作用都有較大影響。因此，既保障植物正常生長(zhǎng)發(fā)育，又減少奢侈蒸騰，是沼液應(yīng)用于抗旱需研究的主要問題，其應(yīng)用于大豆的時(shí)期、方式、濃度均需進(jìn)一步研究。

42卷34期

呂 品等 沼液抗旱劑重金屬安全性分析及對(duì)大豆葉片Tr和RWC的影響

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