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(fā)和幼苗生長等指標，分析Cr（Ⅵ）對小麥萌發(fā)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(fā)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(fā)，而濃度大于15mg/L時，則呈現(xiàn)抑制作用，發(fā)芽率呈現(xiàn)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(xiàn)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(fā)，但是過高的Cr（Ⅵ）不利于小麥種子的萌發(fā)和幼苗的生長，進而會降低小麥的生物量。經(jīng)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(fā);污灌;抑制系數(shù)

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(yè)（電鍍、印染等）的發(fā)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(tài)系統(tǒng)，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(fā)育，但高濃度鉻會抑制作物生長，對作物種子萌發(fā)和幼苗生長造成危害，導致農作物減產(chǎn)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(fā)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(tài)系統(tǒng)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(huán)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(fā)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(qū)域，小麥生產(chǎn)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(fā)過程中，胚乳能為種子萌發(fā)提供所需營養(yǎng)，不需要從外界汲取營養(yǎng);相比較而言，小麥種子更小，在萌發(fā)過程更容易從外界吸收營養(yǎng)，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(fā)及幼苗生長發(fā)育的變化趨勢，得出危害小麥種子萌發(fā)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(jiān)測提供一定的理論依據(jù)。

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(shù)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(yǎng)皿中，均勻攤開，防止種子發(fā)霉，共66個培養(yǎng)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(yǎng)箱中培養(yǎng)，為了避免水分蒸發(fā)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(fā)芽勢和發(fā)芽率：每隔24h，記錄一次每個培養(yǎng)皿發(fā)芽的種子數(shù)，7d后記錄全部發(fā)芽數(shù)。發(fā)芽以胚根長至種子約為1/2長時為標準，發(fā)芽最后1粒種子至24h后不再發(fā)芽計發(fā)芽率。發(fā)芽率=發(fā)芽種子總數(shù)/50×100%。

（2）芽長、根長：染毒處理后lOd，每個培養(yǎng)皿選取10株測量種子萌發(fā)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(shù)：比較不同Cr（Ⅵ）濃度對種子萌發(fā)的影響，計算抑制指數(shù)D]。抑制指數(shù)（Restraint index，RI）=（對照數(shù)值一處理數(shù)值）/對照數(shù)值。3數(shù)據(jù)處理與分析

將所得數(shù)據(jù)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(tǒng)計分析。

4結果與分析

4.1不同Cr（Ⅵ）濃度對小麥種子發(fā)芽率的影響

種子發(fā)芽率是發(fā)芽實驗重要參數(shù)之一，為了保證研究結果的可靠性，對照種子的發(fā)芽率通常應大于80%，本次研究對照試驗發(fā)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(fā)芽率表現(xiàn)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(fā)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(fā)具有一定促進作用;Cr（Ⅵ）濃度為20～150mg/L時，小麥種子的發(fā)芽率比對照顯著降低（Pd0.05），其中小麥種子的發(fā)芽率表現(xiàn)出：Cr（Ⅵ）濃度為20～50mg/L時顯著高于75～120mg/L，發(fā)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(xiàn)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(fā)的抑制指數(shù)

萌發(fā)抑制指數(shù)可以研究不同Cr（Ⅵ）離子濃度對小麥種子萌發(fā)過程的抑制（或促進）的影響。從表1的抑制指數(shù)可以看出，Cr（Ⅵ）離子濃度為5mg/L至15mg/L時對發(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)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?？傊?，雖然再生水灌溉中低濃度Cr（Ⅵ）可以促進小麥萌發(fā)但是過高的Cr（Ⅵ）不利于小麥種子的萌發(fā)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(fā)芽率、根長表現(xiàn)出先促進后抑制的趨勢。發(fā)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(jīng)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。