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污水灌溉对小麦生物学性状的影响

2020-09-05 来源:华拓网
江西农业学报2013,25(1O):13—16 Acta Agricuhurae Jiangxi 污水灌溉对小麦生物学性状的影响 王显妍,张永清 ,刘佳梅,曹春霞,李潇 (山西师范大学城市与环境科学学院,山西I临汾041000) 摘要:试验用不同浓度的临汾市污水浇灌旱地晋麦79号和水地临优2069号2个小麦品种,通过盆栽试验,研究在不 同浓度污水处理下,小麦幼苗早期生长发育及部分生理指标的变化,结果表明:低浓度污水浇灌的小麦幼苗株高、根长、根 数上比对照增加,鲜重和干重高于对照,而高浓度污水则相反。随着污水浓度的增大,小麦叶片内MDA含量不断升高, SOD活性逐渐降低。旱地晋麦79号的POD活性表现为随污水浓度的增大而降低,水地临优2069号的POD活性呈先上升 后下降的趋势,不同品种小麦表现出不同的抗性。低浓度污水浇灌的小麦,其叶片内游离的脯氨酸含量升高,但随污水浓 度的增大又迅速降低。处理1、处理2的2个小麦品种在各项指标中表现出一定的优势,因此,适合,临汾市的清污混灌比例 应为1:1和1:2。 关键词:清污混灌;小麦;盆栽试验;生物学性状 中图分类号:s512.1文献标志码:A文章编号:1001—8581(2013)10—0013—04 Effect of Sewage Irrigation on Biological Characteristics of Wheat WANG Xian—yan,ZHANG Yong—qing ,LIU Jia—mei,CAO Chun—xia,LI Xiao (College of Urban and Environmental Sciences,Shanxi Normal University,Linfen 041000,China) Abstract:In this pot experiment,different concentrations of sewage from Linfen city was used to irrigate two wheat varieties growing in dry land or water land,and the effects of different sewage irrigation treatments on the early—stage growth and some physi— ological indexes of wheat seedlings were studied.The results indicated that wheat seedlings irrigated by low concentration of sewage had a higher value in plant height,root length,root number,fresh weight and dry weight than the control samples;on the contrary, wheat seedlings treated with h J gh concentration of sewage had a lower value in above indexes than the contro1.As the concentration of sewage increased,the MDA content in wheat leaves increased,but the SOD activity decreased gradually.The POD activity of Jin— mai No.79 in dry land decreased when the sewage concentration increased.The POD activity of Linyou No.2069 in water land in— creased first and then decreased when the concentration of sewage increased,namely these two wheat varieties showed different re— sistances to sewage.The wheat samples irrigated by low concentration of sewage contained more free proline in their leaves,but the free proline content rapidly decreased with the increase in sewage concentration.Two wheat varieties in treatment 1 and treatment 2 showed certain advantages in each index.Therefore,the proper ratio of resh water to sewage used to irfrigate wheat in Linfen city should be between 1:1 and 1:2. Key words:Mixed irrigation with fresh water and sewage;Wheat;Pot experiment;Biological characteristics 我国是世界上严重缺水的国家之一,人均淡水资 源不到世界平均水平的1/4…。随着人口的不断膨胀、 工业的迅猛发展和城市化进程的加快,社会对水的需 壤中的微生物、农作物还能够净化处理废水中的大量 污染物,减轻污水直接排放对环境的污染 。但由于 污水中含有有毒的重金属、有机物,长时间直接灌溉农 求量越来越大,然而可用的水资源却十分有限甚至愈 加紧缺,水资源的供需矛盾日益尖锐。工业和城市用 水的增加不断挤占了农业用水,农业用水的缺口日益 增大。同时,工业和城市生活未经处理的污水肆意排 田会造成土壤板结,作物中有毒有害物质的积累,影响 了土壤的生态环境和作物的品质与安全 。因此,本 试验以山西省临汾市污水处理厂排出的污水为水源, 以当地种植的旱地晋麦79号、水地临优2069号2个小 麦品种为试验对象,通过将清水与污水以不同比例混 放,不仅造成了资源的浪费,还严重污染了地表和地下 水源。因此,一水多用、提高水的循环再利用势在 必行 。 合灌溉小麦,研究其对小麦幼苗早期生长发育及部分 生理指标的影响,探讨最适宜的清污}昆合比例,为临汾 市生活污水长期安全灌溉大田提供科学依据。 生活污水凭借其水源稳定可靠、富含植物营养成 分等特点而成为农业用水的不二选择。同时,土壤、土 收稿日期:2013—06—13 基金项目:山西省大学生创新性实验项目“污水灌溉对晋南褐土污染状况及小麦生长的影响”(2011160)。 作者简介:王显妍(1991一),女,黑龙江鸡西人,主要从事作物生理生态研究。 通讯作者:张永清。 14 江西农业学报 25卷 l材料与方法 污水等量进行浇灌,使土壤始终保持湿润。待小麦出 1.1试验材料 苗后,每盆定苗10株。(5)一个月后停止培养,用自来 1.1.1供试材料来源 土壤取自山西师范大学试验 水对土壤进行浸泡和冲洗,将整个植株取出,做好标 田;小麦品种为旱地晋麦79号和水地临优2069号,由 记,置于4℃恒温室保存用于相应指标的测定。 山西省小麦研究所提供;污水取自临汾市污水处理厂 1.2.2试验仪器紫外分光光度计:VV一4501;高速 排污口,其主要为生活污水。 冷冻离心机:T15A43;磁力搅拌器:ZNCL—BS;微量注 1.1.2供试材料的采集 (1)土样的采集:用铁锹取 射器:pipttee KY—VI 10—100 、100—100 bL;水浴 表层土壤装袋、混匀。(2)污水的采集与保存:在临汾 锅:国华HH一6;分析天平:FA lO04B。 市污水处理厂排污口附近取水,共设3个取水点,分别 1.2.3测定指标与方法小麦株高的测定:直尺直接 在出水口、出水口向下游50 m处和出水口向下游100 测量法 ;小麦总根数的测定:直接计数法 ;小麦叶 m处。取水时采集表层水样,然后把从3个点取的污 面积、根长的测定:水盘网格法 ;MDA含量的测定: 水充分混合后,用10 L的塑料桶保存于4℃的恒温 硫代巴比妥酸(TBA)法 …;SOD活性的测定:氮蓝四 室中。 唑(NBT)法 ;POD活性的测定:愈创木酚法 ;游离 1.1.3供试材料的处理(1)试验中所用灌溉水:试 脯氨酸的测定:磺基水杨酸提取 。 验共设5个浓度的污水,分别为对照(全部自来水)、处 2结果与分析 理1(1/2自来水、1/2污水)、处理2(1/3自来水、2/3 2.1污灌对小麦幼苗早期生长发育的影响 从表1 污水)、处理3(1/4自来水、3/4污水)、处理4(全部污 可以看出,小麦幼苗生长发育的各项指标与污水浓度 水)。 有一定的相关性,都表现为随着污水浓度的增大而提 (2)种子的处理:选取饱满、均匀的小麦种子,经 高,在达到峰值后又转而降低的规律。处理2的数据 3%过氧化氢消毒10~15 rain,用蒸馏水冲洗并浸泡l2 均高于其他处理,旱地晋麦79号、水地临优2069号的 h解除休眠期。 株高分别为26.70、28.40 cln,是对照24.50、26.00 em (3)土壤的预处理:将取回的土样置于阴凉干燥通 的1.09倍;根数分别为10.33、11.67根,分别为对照的 风处7 d,拣出动植物残体、石子等,用四分法弃去多余 1.29、1.06倍;根长分别为18.27、22.50 em,分别为对 的土壤后,把风干土研磨,过l8目筛装袋待用。 照的1.47、1.28倍;叶面积分别为11.26、13.31 em ,分 1.2试验设计 别为对照的1.68、1.37倍;鲜重分别为1.85、0.82 g,分 1.2.1 盆栽试验本试验选用2个小麦品种,设置了 别为对照的1.36、1.08倍;干重分别为0.39、0.22 g,分 5个处理梯度,3次重复,共设30个花盆并随机排列, 别为对照的1.39、1.16倍。处理l、处理2灌溉的小麦 具体操作如下:(1)将4 kg经处理的土壤与复合肥混 的各项指标均高于对照,处理3中除旱地晋麦79号的 匀装于直径为20 em、高25 cm的塑料花盆中。复合肥 株高和叶宽比对照低或持平外,其余均高于对照。这 含尿素0.68 g/kg、过磷酸钙1.6 g/kg、氯化钾0.5 g/ 说明污水中含有的营养元素为小麦提供了水肥,对小 kg。(2)分别用不同浓度的污水浇灌土壤使其达到饱 麦的生长起到了促进作用。处理4的各项指标均低于 和状态,并做好标记。(3)用播种器将解除休眠的小麦 对照,说明污水对小麦幼苗的生长起到抑制作用。同 种子均匀撒在1 em深的小穴内,每穴2颗种子,每盆 时,水地临优2069号各项指标均高于旱地晋麦79号, 1O穴,盖上约2~3 cm的干土。(4)每天用对应浓度的 说明水地临优2069号的抗逆性强于旱地晋麦79号。 表1 不同比例污水灌溉的小麦幼苗生长指标 2.2污灌对小麦幼苗叶片MDA含量的影响植物在 常见的主要产物之一 。因此,植物的MDA含量能 逆境条件下,往往发生膜脂过氧化作用,而MDA就是 够反映膜脂的过氧化程度,从而间接体现植物所受伤 1O期 王显妍等:污水灌溉对小麦生物学性状的影响 15 害的程度 。图1数据显示,植物叶片中MDA的含量 受到损害。 2.4污灌对小麦叶片中游离的脯氨酸的影响脯氨 酸亲水性极强,有防止细胞脱水的作用。在正常条件 随着污水浓度的增大而不断累积。旱地晋麦79号在 经过处理1、处理4后,MDA的含量明显上升,分别为 对照的1.46和1.99倍。处理1、处理2、处理3的水地 临优2069号的MDA含量与对照相比,增幅缓慢,处理 下,植物体内的游离脯氨酸含量很低,但当遇到逆境胁 迫时,游离的脯氨酸就会大量累积,其累积指数与植物 的抗逆性强弱有关。抗逆性强的品种往往积累较多的 1仅为对照的1.10倍,处理4的MDA含量增长为对照 的1.59倍。说明旱地晋麦79号对污水比水地临优 脯氨酸 。因此,脯氨酸可作为指示植物抗逆性强弱 2069号敏感,抗污能力也低于旱地晋麦79号,而低浓 度的污水对水地临优2069号的MDA含量影响不大, 不会破坏小麦的组织细胞。小麦品种的抗逆性强弱与 小麦MDA的含量呈现负相关关系。 0 莹 钿 口 对照 l 2 3 4 处理 图1不同比例污水灌溉的小麦叶片MDA含量 2.3污灌对小麦叶片SOD、POD的影响 超氧化物 歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是一种清除超氧阴 离子自由基(O,一)而普遍存在于动植物体内的 酶 -16]。POD过氧化物酶,是能专一利用H 0 氧化 供氢体的酶 。SOD与POD都是能防御活性氧或其 他过氧化物自由基对细胞膜系统伤害的关键酶 。 由表2可知,不同浓度污水处理的小麦叶片SOD的含 量均较对照降低。旱地晋麦79号随污水浓度的增大, 分别降低了15.88%、24.88%、47.06%、48.46%,水地 临优2069号分别降低了6.00%、29.79%、38.81%、 43.35%。说明随着污水浓度的增大,小麦体内活性氧 清除成分逐渐遭到破坏,自由基和过氧化物在作物体 内累积,造成膜脂过氧化,膜结构损伤,加速了细胞和 组织的衰老。同时,水地临优2069号的变化幅度小于 旱地晋麦79号,表明水地临优2069号的抗逆性优于 旱地晋麦79号。 从表2可以看出,旱地晋麦79号、水地临优2069 号2个小麦品种的POD含量在不同浓度处理下表现出 不同的变化规律。旱地晋麦79号在污水的胁迫下, POD含量逐渐降低,处理4比对照降低了21.50%,说 明污水使旱地晋麦79号的抗氧化能力降低。水地临 优2069号在处理1、处理2灌溉下,POD含量升高,处 理2为对照的1.17倍,处理3处降低到与对照持平,处 理4低于对照,比对照降低了11.70%,说明低浓度的 污水刺激小麦适应逆境环境,激活了SOD的活性,随后 SOD含量下降,这表明膜脂过氧化程度加剧,小麦细胞 的一项生化指标。如图2所示,随污水浓度的增大,旱 地晋麦79号、水地临优2069号的脯氨酸含量均呈现 先增大后降低的变化规律。处理2的旱地晋麦79号、 水地临优2069号的脯氨酸含量达到最大值,分别为 317.87和307.09 g/g,分别是对照的3.15和3.36 倍,说明小麦在外界污水的刺激下反应,产生更多的脯 氨酸以应对不良环境。当污水浓度进一步增大时,脯 氨酸含量逐步降低,旱地晋麦79号、水地临优2069号 处理4的脯氨酸含量为125.91和61.3l g/g,说明该 浓度的污水超过了小麦应对能力,脯氨酸合成系统受 到破坏 350 300 250 2oo 150 星100 50 O 对照 1 2 3 4 处理 图2 不同比例污水灌溉的小麦叶片中游离脯氨酸的含量 3结论与讨论 (1)低浓度的污水对小麦幼苗的生长发育有一定 的促进作用,表现为株高、根长、根数、叶面积等形态指 标,以及鲜重、干重等生物量都高于对照,这与污水含 中有植物需要的营养物质有关。高浓度的污水则抑制 小麦的生长,这与张永清等 叫研究的污灌胁迫对小麦 幼苗生长影响的结论相同。 (2)污水处理的小麦叶片中MDA的含量较对照偏 高,表明污灌对作物的损害突出地表现为MDA的高度 累积。这与刘登义等 研究的污灌对小麦活性氧代 谢的影响结果相类似。同时,污水灌溉使小麦体内的 活性氧清除系统遭到破坏,SOD活性降低,旱地晋麦79 号的POD活性降低,水地临优2069号POD活性呈现 先上升后下降。说明小麦在低浓度污水胁迫能够在正 常范围内维持体内的动态平衡,但过高浓度的污水给 小麦细胞造成不可逆转的伤害。试验表明,SOD、POD 的活性与小麦的抗逆性呈正相关关系。小麦叶片中游 离的脯氨酸含量随污水浓度的增大表现为先上升后下 降。说明较低浓度的污水能够刺激小麦产生更多的脯 16 江西农业学报 25卷 氨酸,高浓度的污水超过了小麦的自我调节能力,破坏 了小麦的组织。这与周琳等 的研究结果相同。 表2不同比例污水灌溉的小麦叶片SOD、POD的含量 (3)综合上述,小麦的部分形态指标和生理指标, 试验中处理1、处理2表现出较大的优势,因此,临汾市 利用污水灌溉小麦的最佳比例,应该在清污混合比为 1:1和1:2之间进行更进一步的研究。同时试验发现, 不同的小麦品种表现出不同的抗逆性。就旱地晋麦79 [10]张志良.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社, 1992:88—154. 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