铅胁迫下生物质炭对小白菜种子萌发及生长的影响

林萱萱 李晓红，2

1.邵阳学院食品与化学工程学院，湖南 邵阳 422000；2.邵阳学院农林生态学院，湖南 邵阳 422000

0 引言

土壤中的重金属会降低土壤水势，升高植物细胞外渗透压，进而抑制植物根系对水分和养分的吸收，还会通过氧化胁迫阻碍植物叶绿素合成，影响植物光合作用，从而影响植物正常的生长发育，使植物生长缓慢，甚至会导致植物死亡［1-3］。铅具有毒性强、难降解等特点，土壤中的铅不仅会通过直接毒害及间接改变土壤理化性质等途径抑制植物的生长发育，还会通过食物链的富集作用，危害人类的身体健康［4］。

在土壤中施用生物质炭可以降低土壤中重金属的生物有效性，从而减少植物对重金属的吸收富集［5-7］。同时，生物质炭可以促进植物的生长发育，其富含的多种酚类物质还可以改变植物种子的酶类活性，促进种子萌发［8］。施用生物质炭还可以增加土壤孔隙度，增强土壤保水保肥能力，其自身含有的氮、磷等有效态养分，可促进植物根系生长，并促进植物根系产生分泌物［9-10］。而植物根系分泌物可调节土壤微生物群落结构，促进土壤能量传递和物质循环，也有利于植物的生长发育［11-12］。

笔者通过盆栽试验，研究铅胁迫下施用生物质炭对小白菜种子萌发及生长的影响，旨在探究生物质炭能否缓解铅对小白菜生长发育的不利影响，为铅污染土壤的修复和小白菜绿色安全生产提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤取自湖南省邵阳市郊区闲置荒田，采集0～20 cm 耕层土壤，土壤类型为红壤土，对土壤理化性质进行检测，土壤pH 值为6.13，有机质质量分数为20.23 g/kg，全氮质量分数为1.25 g/kg，碱解氮质量分数为113.81 mg/kg，全磷质量分数为0.52 g/kg，速效磷质量分数为6.05 mg/kg，全钾质量分数为21.08 g/kg，速效钾质量分数为155.28 mg/kg，肥力中等。土壤采集完成后，将土壤风干粉碎并过孔径为2 mm的网筛。

供试生物质炭以稻秆为原材料，在550～650 ℃无氧条件下裂解制得，购自南京勤丰秸秆科技有限公司。供试小白菜品种为正旺达88，购自青州市新世纪种苗有限公司。试验所用的铅为硝酸铅，购自广东予能实验室设备科技有限公司。

1.2 试验方法

试验于2021 年6 月1 日至8 月14 日在邵阳学院试验基地进行。将采集的土壤风干粉碎过筛后，分为对照土壤与铅污染土壤。铅污染土壤的制备方法：将硝酸铅溶解在水中，均匀喷洒到土壤中，混合均匀后，静置平衡15 d，控制土壤中铅质量分数为400 mg/kg。

将对照土壤、铅污染土壤分别与生物质炭混合，设4个生物质炭添加水平，分别为0、30、40、50 g/kg（生物质炭质量/土壤质量），共8 个处理；将各处理土壤分别装入营养钵（直径21 cm、高26 cm）中，每个处理20盆，每盆播种3粒种子，每个处理播种60粒种子。

1.3 测定指标与方法

在播种第3 天，测算小白菜种子发芽势（播种第3天正常发芽的种子数/试验种子数）；在播种第7 天，测算小白菜种子发芽率（播种第7 天正常发芽的种子数/试验种子数）；在播种第8天进行间苗，每盆仅留1株健壮幼苗；在小白菜生长45 d 后，每个处理随机选取15株，统计叶片数，测量小白菜根长和株高，将小白菜用蒸馏水洗净并吸干水分后称取鲜质量。

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel 软件对试验数据进行整理，使用R软件分析数据，进行方差分析和制图。

2 试验结果与分析

2.1 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜种子发芽势的影响

由图1 可知，在生物质炭施用水平相同时，对照处理小白菜种子发芽势均显著高于铅污染处理小白菜种子发芽势，说明铅胁迫会显著降低小白菜种子发芽势，处理小白菜种子萌发；随着生物质炭施用量的增加，对照处理小白菜种子发芽势增大，说明施用生物质炭可以提高小白菜种子发芽势，促进小白菜种子萌发；随着生物质炭施用量的增加，铅污染处理小白菜种子发芽势增大，生物质炭施用水平为50 g/kg 时，铅污染处理小白菜种子发芽势高于生物质炭施用水平为0 g/kg时对照处理小白菜种子发芽势，说明铅胁迫下施用生物质炭可以提高小白菜种子发芽势，缓解铅胁迫对小白菜种子萌发的抑制作用。

2.2 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜种子发芽率的影响

由图2 可知，生物质炭施用水平相同时，对照处理小白菜种子发芽率均高于铅污染处理小白菜种子发芽率，说明铅胁迫会降低小白菜种子发芽率，抑制种子萌发；随着生物质炭施用量的增加，对照处理小白菜种子发芽率增大，说明施用生物质炭可以提高小白菜种子发芽率，促进小白菜种子萌发；随着生物质炭施用量的增加，铅污染处理小白菜种子发芽率增大，生物质炭施用水平为50 g/kg时，铅污染处理小白菜种子发芽率高于生物质炭施用水平为0 g/kg时对照处理小白菜种子发芽率，说明铅胁迫下施用生物质炭可以提高小白菜种子发芽率，缓解铅胁迫对小白菜种子萌发的抑制作用。

图2 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜种子发芽率的影响

2.3 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜叶片数的影响

由图3 可知，生物质炭施用水平相同时，对照处理小白菜叶片数均多于铅污染处理小白菜叶片数，说明铅胁迫会抑制小白菜叶片生长；随着生物质炭施用量的增加，对照处理小白菜叶片数增多，说明施用生物质炭可以促进小白菜叶片生长；随着生物质炭施用量的增加，铅污染处理小白菜叶片数增多，生物质炭施用水平为50 g/kg时，铅污染处理小白菜叶片数多于生物质炭施用水平为0 g/kg 时对照处理小白菜叶片数，说明铅胁迫下施用生物质炭可以促进小白菜叶片生长，缓解铅胁迫对小白菜叶片生长的抑制作用。

图3 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜叶片数的影响

2.4 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜根长的影响

由图4 可知，生物质炭施用水平相同时，对照处理小白菜根长均显著长于铅污染处理小白菜根长，说明铅胁迫会抑制小白菜根系生长；随着生物质炭施用量的增加，对照处理小白菜根长增长，说明生物质炭可以促进小白菜根系生长；随着生物质炭施用量的增加，铅污染处理小白菜根长增长，生物质炭施用水平为50 g/kg时，铅污染处理小白菜根长长于生物质炭施用水平为0 g/kg 时对照处理小白菜根长，说明铅胁迫下施用生物质炭可以促进小白菜根系生长，缓解铅胁迫对小白菜根系生长的抑制作用。

图4 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜根长的影响

2.5 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜株高的影响

由图5 可知，生物质炭施用水平相同时，对照处理小白菜株高均高于铅污染处理小白菜株高，说明铅胁迫对小白菜的高生长有抑制作用；随着生物质炭施用量的增加，对照处理小白菜株高增高，说明生物质炭对小白菜的高生长有促进作用；随着生物质炭施用量的增加，铅污染处理小白菜株高增高，生物质炭施用水平为50 g/kg时，铅污染处理小白菜株高高于生物质炭施用水平为0 g/kg 时对照处理小白菜株高，说明铅胁迫下施用生物质炭可以促进小白菜高生长，缓解铅胁迫对小白菜高生长的抑制作用。

图5 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜株高的影响

2.6 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜鲜质量的影响

由图6 可知，生物质炭施用水平相同时，对照处理小白菜鲜质量均大于铅污染处理小白菜鲜质量，说明铅胁迫会阻碍小白菜物质积累，抑制小白菜生长；随着生物质炭施用量的增加，对照处理小白菜鲜质量增大，说明施用生物质炭有利于小白菜物质积累，促进小白菜生长；随着生物质炭施用量的增加，铅污染处理小白菜鲜质量增大，生物质炭施用水平为50 g/kg 时，铅污染处理小白菜鲜质量大于生物质炭施用水平为0 g/kg时对照处理小白菜鲜质量，说明铅胁迫下施用生物质炭可以促进小白菜物质积累，缓解铅胁迫对小白菜生长的抑制作用。

图6 铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜鲜质量的影响

3 结论与讨论

铅胁迫不利于植物的生长发育。植物体内含铅量过高，会使细胞外渗透压过高，影响植物对水分和矿质元素的吸收和运输，抑制蛋白质、氨基酸、叶绿素等的合成，影响种子的萌发和植物的光合作用［13-14］。而生物质炭主要通过改善土壤环境促进植物的生长发育，具体表现为通过吸附和螯合等方式固定重金属，降低重金属的生物有效性和毒害作用。例如，在铜、锌污染条件下，小麦的发芽势、发芽率和根长均随生物质炭施用量的增加而增大［15］。同时，生物质炭对根系的促生作用可能是植物发育的关键。植物根系的伸长增加了植物与土壤的接触面积，可促进植物对水分和养分等物质的吸收和利用。生物质炭还可以促进根系分泌物如植物生长素、氨基酸等的释放。植物生长素可促进植物细胞伸长，氨基酸可通过影响土壤微生物活性进而影响土壤养分有效性，从而促进植物对养分的吸收［14］。例如，镉污染条件下水稻的株高随生物质炭施用量的增加而增大［16］；在富硒土壤中施用生物质炭可显著增加小白菜的鲜质量［17］。

此次试验探究了铅胁迫下不同生物质炭施用水平对小白菜种子萌发及生长的影响，发现施用生物质炭可以缓解铅胁迫对小白菜种子发芽势、种子发芽率、叶片数、根长、株高、鲜质量的不利影响，且缓解作用随生物质炭施用量的变化而变化。生物质炭施用水平为50 g/kg 可以有效缓解铅胁迫对小白菜生长发育的不利影响，抵御铅胁迫的效果最佳；施用水平为40 g/kg次之。此次试验可为铅污染土壤的修护和小白菜绿色安全生产提供参考。