聚乙烯降解产物对小麦叶绿素和植物学性状的影响

赵萍 唐永金 江世杰

摘要：研究聚乙烯降解产物对作物的影响，为可降解聚乙烯地膜的研制和推广提供依据。用ＬＬＤＰＥ和３种不同分子质量（５ ０００、３ ０００和２ ０００ ｕ）聚乙烯模拟聚乙烯降解产物，用０、７、３５、７０、１４０、３５０、７００、１ ０５０和１ ４００ ｇ／ｍ２的用量模拟在土壤中的残留量，研究小麦中后期叶绿素相对含量和植物学性状的变化。结果表明，不同聚乙烯降解产物和残留量对小麦叶绿素相对含量和植物学性状有不同程度的影响。聚乙烯降解产物使３、４月份小麦叶绿素相对含量有所提高，但ＬＬＤＰＥ使２月份小麦的叶绿素相对含量降低。残留量与小麦叶绿素相对含量的变化没有明显的关系，但多有增加的作用。小麦株高有随聚乙烯分子质量增加而降低的趋势，小麦穗长、单株成穗数和每穗小穗数均以ＬＬＤＰＥ最小，除ＬＬＤＰＥ对穗长有不利影响外，其余聚乙烯降解产物对所研究的植物学性状多有改良作用。聚乙烯降解产物除ＬＬＤＰＥ残留７００～１ ４００ ｇ／ｍ２外，其他降解产物和残留量对小麦叶绿素相对含量和所研究的植物学性状多无不良影响。

关键词：聚乙烯降解产物；残留量；小麦；叶绿素相对含量；植物学性状

中图分类号：Ｘ３８４；Ｓ５１２．１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）18－3946-04

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｕｐｏｎ Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ Ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ Ｂｏｔａｎical Ｔｒａｉｔｓ ｏｆ Ｗｈｅａｔ

ＺＨＡＯ Ｐｉｎｇ，ＴＡＮＧ Ｙｏｎｇ－jｉｎ，ＪＩＡＮＧ Ｓｈｉ－jｉｅ

（Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｆｉｌｍ， ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ｃｒｏｐ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ （２ ０００，３ ０００，５ ０００ u ａｎｄ ＬＬＤＰＥ） ａｎｄ ９ ａｍｏｕｎｔs ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（０，７，３５，７０，１４０，３５０，７００，１ ０５０ ａｎｄ １ ４００ ｇ／ｍ２） ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｌａｔｅ－ｍｉｄ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｂｏｔａｎｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ． Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔs ｈａｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｗｈｅａｔ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｂｏｔａｎｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ． Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｉｎ Ｍａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｒｉｌ， ｂｕｔ ＬＬＤＰＥ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｉｎ Ｆｅｂｒｕａｒｙ． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ， ｂｕｔ ｍｏｓｔ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ ｍａｄｅ ｗｈｅａｔ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｔｒｅｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｒｅｄｕｃｅｄ ｗｉｔｈ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ． Ｔｈｅ ｅａｒ ｌｅｎｇｔｈ， ｅａｒ ｎｕｍｂｅｒ ｐｅｒ ｐｌａｎｔ， ａｎｄ ｓｐｉｋｅｌｅｔ ｎｕｍｂｅｒ ｐｅｒ ｅａｒ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｌｅｓｔ ａｔ ＬＬＤＰＥ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｅｘｃｅｐｔ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ＬＬＤＰＥ ｏｎ ｅａｒ ｌｅｎｇｔｈ， ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｔｒａｉｔｓ ｏｆ ｂｏｔａｎｙ． Ｅｘｃｅｐｔ ＬＬＤＰＥ ｗｉｔｈ ７００ ｔｏ １ ４００ ｇ／ｍ２， ｏｔｈｅｒ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ ｈａｄ ｎｏ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｏｔａｎｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ； ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｍｏｕｎｔ； ｗｈｅａｔ； ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ； ｂｏｔａｎｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ

农用地膜具有良好的保温、保湿和减少肥料流失等作用［１，２］，在农业生产中得到广泛应用。但随着地膜的连年使用，地膜残留量越来越多。农用残膜的积累会阻碍土壤水分和空气流动［３-５］，影响土壤耕作和作物根系生长，从而引起作物减产［４，６］。为减少地膜残留的危害，人们正大力研发和使用可降解地膜。可降解地膜主要有生物降解地膜、光降解地膜、光／生物降解地膜、植物纤维地膜、液态喷洒薄膜、多功能农用薄膜等［７］，其中，以聚乙烯（ＰＥ）为原料添加光敏剂的光降解地膜，因强度大、成本低，受到人们的广泛关注［８－１４］。可降解地膜的降解产物为碎片、粉末和低分子化合物［１５］。人们就可降解地膜碎片对土壤和作物的影响已有研究［１６，１７］，但聚乙烯粉末和低分子化合物对作物有何影响，目前鲜见报道。生产地膜的聚乙烯目前主要以线型低密度聚乙烯（ＬＬＤＰＥ）为主［１８］。试验用ＬＬＤＰＥ和３种分子质量（５ ０００、３ ０００、２ ０００ ｕ）的聚乙烯来模拟聚乙烯地膜的降解产物，用不同用量模拟残留量，研究它们对小麦叶绿素相对含量和植物学性状的影响，为以聚乙烯为原料的可降解地膜的研制和推广提供依据。

１材料与方法

１．１试验材料

聚乙烯：ＬＬＤＰＥ（线型低密度聚乙烯）、分子质量分别为５ ０００、３ ０００、２ ０００ ｕ的聚乙烯。

小麦品种：川麦３０。

土壤：壤土，有机质含量为２２．１00 ｇ／ｋｇ、全氮为１．６４0 ｇ／ｋｇ、全磷为０．８４８ ｇ／ｋｇ、全钾为１９．１00 ｇ／ｋｇ、碱解氮为９５．２ ｍｇ／ｋｇ、有效磷为２７.0 ｍｇ／ｋｇ、速效钾为７８．３ ｍｇ／ｋｇ、 ｐＨ ８．０。

１．２试验方法

盆栽试验（盆内高２６．０ ｃｍ，内口径２９．４ ｃｍ），随机区组设计，６次重复。每种聚乙烯施用量为０、７、３５、７０、１４０、３５０、７００、１ ０５０和１ ４００ ｇ／ｍ２ ９个水平。

试验于２０１０年１０月至２０１１年５月在西南科技大学农场进行。根据距盆口３ ｃｍ处直径和盆底直径，计算得到每盆平均土壤面积为０．０６４ ｍ２，按此面积设计各聚乙烯降解产物用量，计算各处理６盆用量。根据每盆装土重量，称取６盆所需土重，按照每１０ ｋｇ干土拌１００ ｇ油枯粉和５０ ｇ复合肥，再拌合相应处理的聚乙烯降解产物，然后定量分装成６盆（重复）。小麦于２０１０年１０月３０日播种，１１月５日定苗，每盆１５株。播种和生长期间浇水，每盆定量一致，小麦生长期间未施肥，其他管理措施各处理相同。

１．３测定和计算分析方法

叶绿素测定于２０１１年２月１６日、３月１６日和４月１６日进行，每盆随机选取两株，用日本产ＳＰＤＡ－５２０叶绿素测定仪测定全展倒二叶叶片尖端１／３处叶绿素相对含量，以两株平均值进行计算分析。小麦成熟时，计数每盆成穗数，每盆测定５穗的株高、穗长和小穗数，以平均数计算分析。试验数据采用 Ｅｘｃｅｌ表和ＤＰＳ ９．５０软件进行计算分析。

２结果与分析

２．１聚乙烯降解产物对小麦叶绿素相对含量的影响

不同聚乙烯降解产物及其用量组合对小麦叶绿素相对含量的影响不同（表１）。２月１６日，分子质量３ ０００ ｕ的聚乙烯７０ ｇ／ｍ２用量的小麦叶绿素相对含量最高，比ＣＫ高１０．６５％；ＬＬＤＰＥ ７ ｇ／ｍ２用量的小麦叶绿素相对含量最低，比ＣＫ低5．82％。３月１６日，ＬＬＤＰＥ ７ ｇ／ｍ２用量的小麦叶绿素相对含量最高，比ＣＫ高１１．５９％； ＬＬＤＰＥ １ ０５０ ｇ／ｍ２用量的小麦叶绿素相对含量最低，比ＣＫ低２．０3％。４月１６日，ＬＬＤＰＥ ７０ ｇ／ｍ２用量的小麦叶绿素相对含量最高，比ＣＫ高１２．３７％；分子质量２ ０００ ｕ的聚乙烯３５ ｇ／ｍ２用量的小麦叶绿素相对含量最低，比ＣＫ低 6．88％。

不同聚乙烯降解产物对不同时期小麦叶绿素相对含量的影响不同。表２表明，聚乙烯降解产物在３～４月使小麦叶绿素相对含量有所提高，但ＬＬＤＰＥ在２月使小麦的叶绿素相对含量降低。聚乙烯降解产物的各种用量能够提高３月小麦叶绿素相对含量，但在２月和４月对小麦叶绿素相对含量的影响不同用量差异较大。说明小麦叶绿素相对含量的变化与聚乙烯降解产物的用量没有明显的关系。

方差分析表明，２月１６日小麦叶绿素相对含量聚乙烯降解产物之间差异极显著（Ｆ＝８．７４＞Ｆ０．０１＝３．９１），用量之间的差异也极显著（Ｆ＝２．７８＞Ｆ０．０１＝２．７６）；３月１６日小麦叶绿素相对含量聚乙烯降解产物之间差异极显著（Ｆ＝４．２０＞Ｆ０．０１＝３．９１），用量之间差异不显著；４月１６日小麦叶绿素相对含量聚乙烯降解产物之间、用量之间差异均不显著；３个时期聚乙烯降解产物与用量之间的互作效应均不显著。

２．２聚乙烯降解产物对小麦植物学性状的影响

不同聚乙烯降解产物及其用量组合对小麦植物学性状的影响也不同（表３）。２ ０００ ｕ聚乙烯１ ４００ ｇ／ｍ２用量株高最高，比ＣＫ高３２．８８％，５ ０００ｕ ７００ ｇ／ｍ２用量株高最低，比ＣＫ高２．７７％ ；穗长以５ ０００ ｕ聚乙烯１４０ ｇ／ｍ２用量最长，比ＣＫ长２７．９５％，以ＬＬＤＰＥ １ ４００ ｇ／ｍ２用量最短，比ＣＫ短１4．98％；单株成穗数以５ ０００ ｕ聚乙烯７ ｇ／ｍ２用量最多，比ＣＫ多１９．７４％ ，以ＬＬＤＰＥ １ ４００ ｇ／ｍ２用量最少，比ＣＫ少9．21％；每穗小穗数以２ ０００ ｕ聚乙烯１ ４００ ｇ／ｍ２用量最多，比ＣＫ多６０.00％，以ＬＬＤＰＥ １ ０５０ ｇ／ｍ２用量最少，比ＣＫ少20.00％。

不同处理对小麦株高、穗长、单株成穗数和每穗小穗数有不同的影响。从表４可见，株高有随聚乙烯分子质量增加而降低的趋势，穗长、单株成穗数和每穗小穗数均以ＬＬＤＰＥ最差，除ＬＬＤＰＥ的穗长和每穗小穗数外，各聚乙烯降解产物对所研究的植物学性状均有促进作用。聚乙烯降解产物不同用量对小麦植物学性状有不同程度的促进作用，株高和穗长以１ ０５０ ｇ／ｍ２的综合作用最大（表４）。

方差分析表明，不同聚乙烯降解产物（分子质量）对穗长和每穗小穗数影响存在极显著差异；聚乙烯降解产物不同用量对株高和每穗小穗数影响存在显著差异；聚乙烯降解产物与其用量的互作对株高有显著影响，对穗长和每穗小穗数有极显著影响。

３小结与讨论

研究以不同分子质量聚乙烯模拟聚乙烯可降解地膜的降解产物，以其不同用量模拟聚乙烯残留量。研究假设１年残留量为７ ｇ／ｍ２［１９］，分别设计了１、５、１０、２０、５０、１００、１５０和２００年的残留量。结果表明，不同聚乙烯降解产物与其残留量组合对小麦中后期的叶绿素相对含量有不同的影响。一般而言，聚乙烯降解产物３～４月使小麦叶绿素相对含量有所提高，但ＬＬＤＰＥ ２月使小麦的叶绿素相对含量降低。残留量与小麦叶绿素相对含量的变化没有明显的关系，但多有增加的作用。小麦株高有随聚乙烯分子质量增加而降低的趋势，小麦穗长、单株成穗数和每穗小穗数均以ＬＬＤＰＥ最小，除ＬＬＤＰＥ处理的穗长和每穗小穗数外，各聚乙烯降解产物对所研究的植物学性状多有促进作用。因此，聚乙烯降解产物除ＬＬＤＰＥ残留７００～１ ４００ ｇ／ｍ２（１００～２００年残留量）外，２ ０００、３ ０００、５ ０００ ｕ降解产物７～１ ４００ ｇ／ｍ２（１～２００年残留量）和ＬＬＤＰＥ ７～３５０ ｇ／ｍ２（１～５０年残留量）对小麦叶绿素相对含量和植物学性状多无不良影响。

程桂荪等［１７］研究表明，地膜光降解后的小残片在土壤中积累，能够提高白菜和小麦的产量。试验收获前意外受到群鸟危害，不能说明对产量的影响情况，对此还需进一步研究。聚乙烯降解产物对小麦叶绿素相对含量和植物学性状有促进作用的原因可能是聚乙烯降解产物具有疏松土壤的作用，有利于养分的分解，促进小麦根系生长和吸收；同时防止土壤板结，在一定程度上减少土壤水分蒸发。在２月中旬的土壤养分和水分测定表明，各聚乙烯降解产物的土壤含水量和一些养分含量均高于对照。

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（责任编辑郑威）

收稿日期：２０１１－12-10

基金项目：国家“十一五” 科技支撑计划项目（２００７ＢＡＥ４２Ｂ０４）

作者简介：赵萍（１９８７－），女，山东定陶人，在读硕士研究生，研究方向为环境植物学，（电话）１３５５０８３５０２７（电子信箱）ｚｈａｏｐｉｎｇ０９５＠１２６．ｃｏｍ；

通讯作者，唐永金，教授，主要从事作物栽培生态学与生态修复研究，（电子信箱）ｔａｎｇｙｊ７５８＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ。