不同浓度铬污灌施用阈值研究

肖杨 王欢 张易婵 Kerkula Annal 王海

摘要：为了确定再生水灌溉中Cr（Ⅵ）的含量，设置了11个不同Cr（Ⅵ）浓度梯度（O、5、lO、15、20、30、50、75、100、120、150mg/L），通过无土栽培试验的方法研究了不同浓度污水对小麦萌发和幼苗生长等指标，分析Cr（Ⅵ）对小麦萌发和幼苗生长的影响。结果表明：不同浓度的重金属Cr（Ⅵ）对小麦种子萌发及其幼苗生长影响分两个阶段，低浓度时（小于15mg/L）促进小麦萌发，而浓度大于15mg/L时，则呈现抑制作用，发芽率呈现较强的下滑趋势;cr（Ⅵ）离子浓度为5mg/L时对芽长及苗鲜重均有一定的促进作用，而对根长没有表现出促进作用，且随着Cr（Ⅵ）浓度升高对根及生物量积累的抑制作用不断增强。研究表明，虽然，再生水灌溉中低浓度Cr（Ⅵ）可以促进小麦萌发，但是过高的Cr（Ⅵ）不利于小麦种子的萌发和幼苗的生长，进而会降低小麦的生物量。经过综合评价，再生水灌溉中的Cr（Ⅵ）离子浓度应该控制在低于15mg/L的范围。

关键词：铬;萌发;污灌;抑制系数

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）18-0070-04

1引言

随着化工行业（电镀、印染等）的发展及大量采矿酸性废水排放等，过量铬随被污染的再生灌溉水进入农田生态系统，虽然有研究表明低浓度铬会在一定程度上促进植物生长发育，但高浓度铬会抑制作物生长，对作物种子萌发和幼苗生长造成危害，导致农作物减产等，进而危害人类健康。研究表明：Cr（Ⅵ）对作物的毒性远远超过Cr（Ⅲ），Cr（Ⅵ）离子在土壤中超过一定含量，会引起农作物生长发育受阻，严重时，还会引起农作物大面积死亡，这种毒害影響及其在陆地及水体生态系统中的转移转化，使得铬的毒害作用逐渐受到重视，进而Cr（Ⅵ）的生物指示物和生物标志物也引起了环境科学工作者和毒理学家的极大兴趣。

为了研究再生水利用中Cr（Ⅵ）离子对农作物生长发育的危害，选择以小麦作为试验对象，主要原因是小麦是重要的农作物之一，被广泛种植在我国大部分区域，小麦生产中重金属污染问题已引起国内外学者的高度重视。而水稻对铬的耐受性较高，铬的吸收富集作用较强，一般不会用作铬的生物指示物;玉米种子较大，在萌发过程中，胚乳能为种子萌发提供所需营养，不需要从外界汲取营养;相比较而言，小麦种子更小，在萌发过程更容易从外界吸收营养，实验结果更明显。本试验采用无土栽培（条件便于控制）的方法，通过对比来分析研究在不同浓度Cr（Ⅵ）离子溶液染毒处理小麦种子的条件下小麦种子萌发及幼苗生长发育的变化趋势，得出危害小麦种子萌发和幼苗生长的Cr（Ⅵ）离子浓度的阈值，为重金属铬污染的生物监测提供一定的理论依据。

2材料与方法

本试验以小麦种子为试验对象，用重铬酸钾配置11个不同Cr（Ⅵ）浓度梯度（O、5、10、15、20、30、50、75、100、120与150mg/L）的模拟再生水。重铬酸根作为无机酸根离子更容易进入小麦种子。

2.1种子消毒与催芽

选取籽粒饱满，大小均匀的小麦种子在0.1%的双氧水溶液中浸泡5min。用自来水冲洗数次，再用蒸馏水清洗，将已消毒的小麦种子用蒸馏水浸泡24h催芽，选取50粒于一个培养皿中，均匀摊开，防止种子发霉，共66个培养皿。

2.2染毒处理

配置不同Cr（Ⅵ）为O（蒸馏水空白对照）、5、10、15、20、30、50、75、100、120与150mg/L11个剂量组，每个剂量组平行6次。对小麦进行染毒处理后，置于25℃恒温培养箱中培养，为了避免水分蒸发对浓度的影响，实验中定期加入一定量去离子水。

2.3测量

（1）发芽势和发芽率：每隔24h，记录一次每个培养皿发芽的种子数，7d后记录全部发芽数。发芽以胚根长至种子约为1/2长时为标准，发芽最后1粒种子至24h后不再发芽计发芽率。发芽率=发芽种子总数/50×100%。

（2）芽长、根长：染毒处理后lOd，每个培养皿选取10株测量种子萌发的芽长和根长，求平均值，根长的测定从胚轴与根之间的过度点开始测量。

（3）小麦生物量的测定：10d后，将小麦小心取出（注意理清小麦根），自来水冲冼两遍后，置于滤纸上吸干水分，然后将根部与茎部剪开，分别编号称量，记录小麦苗鲜重和根鲜重，置于65℃烘箱至恒重，分别称重，再通过加和计算总生物量。

（4）抑制指数：比较不同Cr（Ⅵ）浓度对种子萌发的影响，计算抑制指数D]。抑制指数（Restraint index，RI）=（对照数值一处理数值）/对照数值。3数据处理与分析

将所得数据录入Microsoft Office Excel 2007中，求算平均值与标准差，并用SPSSl8.0软件进行统计分析。

4结果与分析

4.1不同Cr（Ⅵ）浓度对小麦种子发芽率的影响

种子发芽率是发芽实验重要参数之一，为了保证研究结果的可靠性，对照种子的发芽率通常应大于80%，本次研究对照试验发芽率为91%（图1）。由图1可知，随着Cr（Ⅵ）离子浓度的增加，小麦种子发芽率表现出先升后下降的趋势，这与以往研究结论基本一致。在低浓度（O～15mg/L）条件下有小幅度上升，在15mg/L时达到最大值后，随着Cr（Ⅵ）浓度的增加呈明显下降趋势。结果表明：小麦种子萌发时，对cr（Ⅵ）离子浓度响应分2个阶段，Cr（Ⅵ）浓度为O至15mg/L时，与对照没有显著差异，对小麦种子的萌发具有一定促进作用;Cr（Ⅵ）浓度为20～150mg/L时，小麦种子的发芽率比对照显著降低（Pd0.05），其中小麦种子的发芽率表现出：Cr（Ⅵ）浓度为20～50mg/L时显著高于75～120mg/L，发芽率在150mg/L时显著最低（P<0.05）。

4.2不同Cr（Ⅵ）离子浓度对小麦芽长、根长的影响

由图2可以看出，当Cr（Ⅵ）离子浓度较低（O～20mg/L）时，小麦根长的影响与对照差异不显著（P<0.05），但随着Cr（Ⅵ）离子浓度的增加，显著抑制了小麦根的生长。同样，Cr（Ⅵ）离子浓度较低时（O～5mg/L）芽的生长与对照差异不显著（P<0.05），但随着Cr（Ⅵ）离子浓度的增加，显著抑制了小麦芽生长。整体上，小麦根的生长对Cr（Ⅵ）离子浓度响应分2个阶段，Cr（Ⅵ）浓度为O～20mg/L时，与对照没有显著差异;Cr（Ⅵ）浓度为30～150mg/L时，小麦根长比对照显著降低（P<0.05），其中小麦根生长表现出：Cr（Ⅵ）浓度为30～75mg/L时显著高于100～120mg/L，150mg/L时根长显著最低（P～0.05）。

4.3不同Cr（Ⅵ）离子浓度对小麦种子幼苗生物量的影响

由图3可以看出不同Cr（Ⅵ）离子浓度对小麦种子苗的生长（苗鲜重）影响不同，在O～5mg/L时比对照有一定促进作用;5～50mg/L时，抑制作用不明显;75～150mg/L，Cr（Ⅵ）离子浓度变化对小麦苗的生长抑制作用逐渐增加。整体上，Cr（Ⅵ）离子浓度对小麦苗的生长是先促进再抑制，这与以往研究结论基本一致。

而Cr（Ⅵ）离子浓度变化对小麦根的生长是一直抑制的过程，并随着Cr（Ⅵ）离子浓度的升高抑制不断增加的过程。特别是当Cr（Ⅵ）离子浓度大于5mg/L时，随着Cr离子浓度的增加，抑制作用增强，根生物量的积累降低。同样，生物量于重变化一直处于被抑制的过程，在Cr（Ⅵ）离子浓度为O至5mg/L时，影响较小，大于5mg/L时，随着Cr（Ⅵ）离子浓度的增加，明显抑制了生物量干重的积累。

4.4不同Cr（Ⅵ）离子浓度对小麦种子萌发的抑制指数

萌发抑制指数可以研究不同Cr（Ⅵ）离子浓度对小麦种子萌发过程的抑制（或促进）的影响。从表1的抑制指数可以看出，Cr（Ⅵ）离子浓度为5mg/L至15mg/L时对发芽率有一定的促进作用;Cr（Ⅵ）离子浓度为5mg/L时对芽长及苗鲜重均有一定的促进作用，而高浓度时表现出抑制作用。低浓度时促进和高浓度时抑制作用可能与种子内源抗氧化酶系统密切相关。低浓度重金属胁迫初期的刺激效应，随着胁迫时间的延长会逐渐转为抑制效应。不同浓度Cr（Ⅵ）离子对根长、根鲜重及生物量干重始终表现出抑制作用，这也说明了根系是最易受重金属毒性影响的部位。总之，虽然再生水灌溉中低浓度Cr（Ⅵ）可以促进小麦萌发但是过高的Cr（Ⅵ）不利于小麦种子的萌发和幼苗的生长，进而会降低小麦的生物量。

5结语

研究表明，随着Cr（Ⅵ）离子浓度的增加，小麦种子发芽率、根长表现出先促进后抑制的趋势。发芽率与根长在5～15mg/L下有小幅度上升，随着Cr（Ⅵ）浓度的增加呈明显下降趋势;Cr（Ⅵ）离子浓度为5mg/L时对芽长及苗鲜重均有一定的促进作用，但随着Cr（Ⅵ）离子浓度的增加，显著抑制了小麦芽的生长。而小麦根鲜重與生物量干重变化一直处于被抑制的过程。整体上，Cr（Ⅵ）离子对芽长的影响的抑制作用最大，而对根长的影响最小。经过综合评价，再生水灌溉中Cr（Ⅵ）离子浓度应该控制在低于15mg/L的范围。