不同生物质炭浸提液对萝卜种子萌发与幼苗生长的毒害效应.pdf

不同生物质炭浸提液对萝卜种子萌发与幼苗生长的毒害效应胡晓飘1，韩佳琳1，夏宏蕾1，王蕾1，方朝储1，王敏艳2，张进1,3，单胜道1,3（1.浙江科技学院环境与资源学院，浙江杭州310023；2.浙江农林大学环境与资源学院，浙江杭州311300；3.浙江科技学院浙江省废弃生物质循环利用与生态处理技术重点实验室，浙江杭州310023）摘要：【目的目的】探究生物质炭对植物种子萌发及幼苗生长的毒副作用，以期为典型有机废弃物炭化农业应用潜力筛选及安全利用剂量提供理论依据。【方法方法】以厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭等 3 种典型生物质炭为材料，设置m(炭)V(水)分别为 120、150、1100 等 3 个浸提处理，以去离子水为对照，研究生物质炭浸提液对萝卜 Raphanussativus 种子萌发、幼苗生长发育的毒害效应。【结果结果】与对照相比，m(炭)V(水)为 1100 的生物质炭浸提液对萝卜种子萌发与幼苗生长影响不显著，m(炭)V(水)为 120、150 的浸提液对萝卜种子萌发有显著抑制作用(P0.05)。m(炭)V(水)为 120 时，萝卜幼苗存活率12%。m(炭)V(水)为 150 时，幼苗表观指标(鲜质量、根长、苗长)相比于对照组分别降低了 29.55%51.89%、20.77%76.04%、37.73%56.01%，呈显著的生长抑制效应(P0.05)，抑制作用从大到小依次为厨余垃圾炭、水稻秸秆炭、猪粪沼渣炭。浸提液的 pH、无机盐总量、砷(As)、纳(Na)、钾(K)均与萝卜种子萌发、幼苗生长发育呈显著负相关(P0.05)，是抑制萝卜生长发育的主要因素。m(炭)V(水)为 150 浸提液培养的萝卜幼苗根系活力降低、丙二醛提高，幼苗根系细胞膜完整性被破坏，发生脂质过氧化，表现出明显的毒害效应。【结论结论】厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭和水稻秸秆炭的m(炭)V(水)150 时，浸提液对萝卜种子萌发和幼苗期生长存在危害。图3表 4 参 29关键词：生物质炭浸提液；种子萌发；幼苗生长；叶绿素；抗氧化酶中图分类号：S718.43文献标志码：A文章编号：2095-0756(2024)01-0145-09ToxiceffectsoftheelutionfromthedifferentfeedstockbiocharsonseedsgerminationandseedlinggrowthofradishHUXiaopiao1，HANJialin1，XIAHonglei1，WANGLei1，FANGChaochu1，WANGMinyan2，ZHANGJin1,3，SHANShengdao1,3（1.SchoolofEnvironmentandNaturalResources,ZhejiangUniversityofScienceandTechnology,Hangzhou310023,Zhejiang,China;2.CollegeofEnvironmentandResources,ZhejiangA&FUniversity,Hangzhou311300,Zhejiang,China;3.ZhejiangProvinceKeyLaboratoryofRecyclingandEco-TreatmentofWasteBiomass,ZhejiangUniversityofScienceandTechnology,Hangzhou310023,Zhejiang,China）Abstract:ObjectiveThisstudy,withaninvestigationofthetoxiceffectsofbiocharonseedgerminationandseedlinggrowth,isaimedtoprovideatheoreticalbasisforthepotentialscreeningoftypicalorganicwastecarbonizationinagricultureandthesafeuseofdosage,whichisconducivetothesafeapplicationofbiocharinagriculture.MethodWithkitchenwastebiochar(KB),pigmanurebiogasdigestionresiduesderivedbiochar(PB),andricestrawbiochar(RB),chosenastherawmaterialsandthecontrolgrouptreatedwithdeionized收稿日期：2023-04-03；修回日期：2023-05-18基金项目：国家重点研发计划项目(2022YFE0196000)；国家自然科学基金资助项目(22276174，21906148)；浙江省重点研发计划择优委托项目(2020C01017)作者简介：胡晓飘(ORCID:0009-0004-5369-1949)，从事固废处理与资源化研究。E-mail:。通信作者：张进(ORCID:0000-0003-2460-0396)，教授，博士，从事有机固废资源化转化与安全利用、环境功能材料研发及水土污染修复等研究。E-mail:浙江农林大学学报，2024，41（1）：145153Journal of Zhejiang A&F Universitydoi:10.11833/j.issn.2095-0756.20230227water,anassessmentwasconductedoftheinfluenceofbiocharextractswithdifferentsolid-liquidratios(120,150,1100,m/V)onseedgerminationandseedlinggrowthofradish(Raphanus sativus).ResultComparedwiththecontrolwithoutbiocharextracts,thebiocharextractswiththesolid-liquidratioof1100havenosignificanteffectonradishseedgerminationandseedlinggrowthbutthosewiththesolid-liquidratioof120and150inhibittheradishseedgerminationsignificantly(P0.05).Theseedlingfreshweight,rootlength,andseedlinglengthculturedbybiocharextractswitha150solid-liquidratiowerereducedby29.55%51.89%,20.77%76.04%,and37.73%56.01%,respectively,indicatingasignificantgrowthinhibitioneffectofbiocharextracts(P0.05).Whenculturedwith120biocharextract,thesurvivalrateofradishseedlingswaslowerthan12%.Theinhibitoryeffectsofdifferentkindsofbiocharreducedinthefollowingorder:kitchenwastebiocharricestrawbiocharpigmanurebiogasdigestionresiduesderivedbiochar.ThepH,totalconcentrationofinorganicsalts,As,Na,andKconcentrationoftheextractsolutionwerenegativelycorrelatedwithradishseedgerminationandseedlinggrowth(P0.05)andservedasthemainfactorsinhibitingradishgrowth.Therootactivityofradishseedlingsculturedwiththe150solid-to-liquidratiodecreasedwhereasthecontentofmalondialdehyde(MDA)increased,indicating the destruction of seedling root cell membranes and theoccurrenceofresultantlipidperoxidation.ConclusionThebiocharextractswithahighsolid-liquidratio(150,m/V)hadtoxiceffectsonradishseedgerminationandseedlinggrowth.Ch,3fig.4tab.29ref.Key words:biocharelutionsolution;seedsgermination;seedlinggrowth;chlorophyll;antioxidantenzyme生物质炭是一类新型环境功能材料，具有发达的孔隙结构、较高的比表面积、丰富的表面官能团和良好的吸附性能1。诸多研究证实：生物质炭可改善土壤孔隙结构、持水性、生态功能2，具有缓释营养物质的作用，在促进植物生长的同时还能减少农业面源污染。因此，生物质炭研究是目前全球研究的热点之一3。然而生物质炭制备原料大多是农林业残留物、畜禽粪污等废弃生物质，其中可能含有重金属等污染物4，其制备过程会将原料中的污染物浓缩，并产生有机酸、焦油、多环芳烃等有机污染物5，生物质炭对环境存在潜在威胁，在土壤中大规模应用可能会对土壤-植物-微生物系统产生毒害作用67。因此，在生物质炭应用于土壤前有必要对其安全性进行评估，明确其对作物生长发育的影响，从而科学、合理利用生物质炭。作物种子萌发、幼苗生长状况决定着作物的产量8。无土培养法可评估生物质炭对植物的毒害效应，适用于早期植物毒性检测9。萝卜 Raphanus sativus 在中国各地普遍栽培，具有生长周期短、抗病害能力强等特点。基于此，本研究利用不同生物质炭浸提液培养萝卜种子，探究浸提液对萝卜种子萌发、幼苗生长发育的影响，揭示不同种类生物质炭对萝卜的潜在危害，为典型废弃生物质炭化农业应用潜力筛选及安全利用提供理论依据。1材料与方法1.1材料供试萝卜购自北京大一韩日国际种苗有限公司。供试生物质炭分别是水稻秸秆炭(RB)、猪粪沼渣炭(PB)和厨余垃圾炭(KB)，水稻秸秆采自杭州市富阳区生物质炭农田科学施用研究示范基地，猪粪沼渣采自浙江省一景生态牧业有限公司，厨余垃圾采自浙江科技学院西和公寓食堂。采用管式热解气氛炉制备生物质炭。制备条件：热解终温为 400，停留 2h，升温速率为10min1。全程通氮气保证无氧环境10。1.2实验设计1.2.1生物质炭浸提液制备3 种生物质炭分别与去离子水按 m(炭)V(水)=120、150、1100 的比例混合，在室温(约 25)下振荡 24h，抽滤得生物质炭浸提液。浸提液中砷(As)、纳(Na)、钾(K)等典型重金属，钙(Ca)、钾(K)、镁(Mg)、钠(Na)等矿质元素和无机盐总量见表 1。浸提液中多环芳烃等有机污染物低于检出限，后续不再分析。146浙江农林大学学报2024 年 2 月 20 日表1生物质炭浸提液中总无机盐、重金属和矿质元素Table1Concentrationsofthetotalinorganicsalts,thetypicaltoxicmetalsandmineralelementsinde-ionizedwaterelutentfrombiochars生物质炭种类m(炭)V(水)矿质元素质量分数/(mgg1)重金属元素质量分数/(mgkg1)无机盐总量/(mgg1)pHCaKMgNaAsCuZnKB1200.470.02c1.230.14c0.080.04b7.850.05c1.970.31b1.300.14b7.080.47b24.501.12c9.801501.050.11b2.820.09b0.100.04ab20.010.02b2.250.04b2.250.37a8.250.47b33.370.27b8.7611001.470.12a4.800.05a0.140.02a36.470.02a3.950.62a2.770.30a10.401.99a47.460.52a8.67PB1209.710.13c2.260.09c0.230.05b0.560.05c0.300.62a173.351.02b380.786.68b30.164.68b8.5615012.670.24b5.360.12b0.590.02a1.310.08b0.480.28a194.703.60a511.283.04b35.543.41b7.67110013.080.36a8.870.08a0.600.11a2.310.07a0.680.17a208.851.38a547.289.04a43.754.97a7.36RB1205.630.36c3.020.13c0.300.04c0.360.12c3.370.17b1.180.18b22.881.04b19.450.69c9.261506.730.38b7.900.09b0.400.02b0.860.09b3.550.11b2.060.35a25.050.78a32.074.52b8.7511008.670.15a9.490.06a0.510.03a1.520.07a4.170.29a2.780.82a21.350.71b45.671.03a8.35说明：KB.厨余垃圾炭；PB.猪粪沼渣炭；RB.水稻秸秆炭。不同小写字母表示同种生物炭同一指标在不同质量体积比浸提液中差异显著(P0.05)。1.2.2萝卜种子萌发实验选取 20 粒饱满、大小均一的萝卜种子置于培养皿中，分别加入 10mL 上述浸提液，对照组添加 10mL 去离子水(ck)，每个处理重复 3 次，置于恒温光照培养箱中进行培养。培养温度为 25，光照为 3000lx，光照时间为 12hd1。以芽长超过 1mm 为发芽标准，每天 9:00 统计萝卜种子的发芽数，连续 7d，计算发芽率、发芽势、发芽指数。1.2.3萝卜幼苗表观及生理指标测定在育苗桶内放置育苗篮，每桶加入 20 粒催好芽的、发育状态一致的萝卜种子，分别加入 20mL 上述生物质炭浸提液，对照组添加 20mL 去离子水，每天观察育苗桶内干湿度，补充浸提液或去离子水 35mL，各处理添加量维持相同，持续 15d。1.3样品分析与指标测定种子发芽势为日发芽种子数达到最高峰时的发芽种子占比；种子发芽率为萌发第 7 天时种子萌发比例；种子发芽指数(GI)计算：GI=(Gt/Dt)，其中 Gt为在第 t 天的发芽数，Dt为相应的发芽日数。随机选取育苗盆中长势较为平均的 9 株萝卜幼苗，用直尺测量其根长、苗高、叶宽，用游标卡尺测量其茎粗，取平均值，未发芽种子的幼苗不做记录。生理指标主要包括萝卜幼苗组织内叶绿素质量分数、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)质量摩尔浓度、根系活力、过氧化氢酶(CAT)活性。叶绿素质量分数测定采用乙醇提取法，SOD 活性测定采用氮蓝四唑法(NBT 法)，CAT 活性测定采用紫外吸收法，MDA 质量摩尔浓度测定采用硫代巴比妥酸法，根系活力测定采用 TTC 法。1.4数据处理与分析用 Excel2019 整理数据，应用 SPSS26 进行统计分析，采用单因素方差分析和 WallerDuncan s 多重比较评价不同处理对萝卜种子的萌发和幼苗生长发育的显著性影响，使用 Origin2021 制图。2结果与分析2.1生物质炭浸提液对萝卜种子萌发的影响按照 GB89781996污水综合排放标准最高允许排放质量浓度：As 限值为 0.5mgL1，Zn 限值为 5.0mgL1，Cu 限值为 2.0mgL1。本研究表明：m(炭)V(水)=120 的厨余垃圾炭中 As 超标；m(炭)V(水)=150 的猪粪沼渣炭中 Cu、Zn 超标，水稻秸秆炭中 As、Zn 超标(表 1)。由表 2 可知：浸提液对种子萌发有显著抑制作用(P0.05)，浸提液质量体积比越大，对萝卜种子萌发越不利。m(炭)V(水)=1100 处理下，种子发芽率、发芽势、发芽指数与对照差异不显著。m(炭)V(水)=120 的厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭浸提液培养的种子发芽率分别比对照降低了56.41%、23.07%、35.90%，不同种类生物质炭之间差异显著(P0.05)，作用从大到小依次为厨余垃圾第 41 卷第 1 期胡晓飘等：不同生物质炭浸提液对萝卜种子萌发与幼苗生长的毒害效应147炭、水稻秸秆炭、猪粪沼渣炭。m(炭)V(水)=150 的厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭浸提液培养的种子发芽率分别降低了 10.26%、10.26%、5.13%。相比于对照，m(炭)V(水)=120 的浸提液处理下种子发芽势显著降低(P0.05)，但不同种类生物质炭之间无显著差异；m(炭)V(水)=150 的猪粪沼渣炭发芽势与对照相比无显著差异，其他处理的发芽势均显著低于对照(P0.05)。表2不同生物质炭浸提液对萝卜种子萌发的影响Table2Effectsofdifferentbiocharextractsolutionsontheseedgerminationofradishm(炭)V(水)生物质炭种类发芽率/%发芽势/%发芽指数m(炭)V(水)生物质炭种类发芽率/%发芽势/%发芽指数0ck97.503.54a47.503.54a72.503.55a150KB87.503.54a35.003.07bc46.5501.20bPB87.503.54a47.000.00a49.450.65bRB92.503.54a37.503.54b49.151.75b120KB42.503.54d25.000.00c21.456.20d1100KB92.503.54a42.503.54b69.832.41aPB75.000.00b30.503.54bc34.252.45cPB87.503.54a45.003.07ab70.101.45aRB62.503.54c27.503.54c22.951.75dRB92.503.54a38.503.54b68.004.76a说明：KB.厨余垃圾炭；PB.猪粪沼渣炭；RB.水稻秸秆炭。不同小写字母表示同一指标不同处理间差异显著(P0.05)。种子发芽指数综合反映了堆肥的植物毒性，被认为是最敏感、最可靠的堆肥腐熟度评价指标。一般情况下，发芽指数大于 50 可认为堆肥对种子基本无毒性。由表 2 可知：m(炭)V(水)=1100 的浸提液培养的萝卜种子发芽指数均超过 50，且与对照相比无显著差异，表明 m(炭)V(水)=1100 的浸提液对种子发芽基本无毒副影响。m(炭)V(水)=150 条件下萝卜种子发芽指数为 46.5549.45，略低于 50，显现出轻微的毒害效应。m(炭)V(水)=120 条件下萝卜种子发芽指数为 21.4534.25，远低于 50，毒性显著(P0.05)。2.2生物质炭浸提液对萝卜幼苗生长的影响2.2.1生物质炭浸提液对萝卜幼苗表观指标的影响从表 3 可见：m(炭)V(水)=120 条件下，水稻秸秆炭浸提液培育的萝卜幼苗存活率为 11.67%，猪粪沼渣炭和厨余垃圾炭浸提液培育的萝卜幼苗存活率分别仅为 6.67%和 3.33%，这导致后续表观指标与生理指标测定无法进行，故育苗实验只探讨 m(炭)V(水)为 150 和 1100 条件下生物质炭浸提液对萝卜幼苗的影响。由表 4 可知：生物质炭浸提液对萝卜幼苗叶片数无显著影响，说明萝卜幼苗发育程度基本一致。m(炭)V(水)=1100 条件下萝卜幼苗长势与对照接近，m(炭)V(水)=150 条件下生物质炭浸提液对萝卜幼苗生长发育抑制作用明显，不同生物质炭之间差异显著(P0.05)，作用从大到小依次为厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭。与对照相比，m(炭)V(水)=150 条件下厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭浸提液处理下的萝卜幼苗的鲜质量分别降低了 65.98%、29.55%、51.89%；苗长分别降低了 56.01%、37.73%、48.68%；根长分别降低了76.04%、20.77%、53.16%。厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭浸提液处理下均出现死苗现象。观察发现：厨余垃圾炭浸提液培育的萝卜幼苗先是出现烂根，在茎叶交汇处出现茎杆自上而下干枯，后幼苗死亡的现象；类似地，水稻秸秆炭浸提液培育的幼苗也是先在茎叶交汇处出现茎杆失水，短时间内茎杆自上而下干枯，后幼苗死亡的现象；猪粪沼渣炭浸提液培育的幼苗则是先出现叶片茎杆发蔫，后出现萝卜幼苗死亡，且萝卜幼表3不同生物质炭浸提液对萝卜幼苗存活率的影响Table3Effectsofdifferentbiocharextractsonradishseedlingsurvivalrate生物质炭种类m(炭)V(水)存活率/%ck0100.000.00aKB1203.335.77e15065.000.00c110086.000.82bPB1206.672.89de15068.332.89c110087.331.23bRB12011.672.89d15090.000.00b110088.330.47b说明：KB.厨余垃圾炭；PB.猪粪沼渣炭；RB.水稻秸秆炭。不同小写字母表示同一指标不同处理间差异显著(P0.05)。148浙江农林大学学报2024 年 2 月 20 日苗叶片颜色偏黄。m(炭)V(水)=150 条件下猪粪沼渣炭浸提液培育的幼苗表观与对照最接近，但死苗率高达 31.65%。结合表 1 和表 2 可判断：高质量分数的 Cu、Zn 对植物幼苗起毒害作用；厨余垃圾炭浸提液中过高的无机盐总量不仅降低植物幼苗存活率，对植物幼苗的生长发育也有明显的抑制效应；水稻秸秆炭浸提液对萝卜幼苗的毒害机理与厨余垃圾炭相似，但无机盐总量低于厨余垃圾炭，对萝卜幼苗生长发育的抑制效果减轻，幼苗存活率也提高。2.2.2生物质炭浸提液对萝卜幼苗生理指标的影响与对照相比，m(炭)V(水)=150 条件下生物质炭浸提液对萝卜种子萌发、幼苗生长的影响显著(P0.05)，m(炭)V(水)=1100 的生物质炭浸提液影响不显著(表 2 和表 4)，故只探究 m(炭)V(水)=150 条件下生物质炭浸提液对萝卜幼苗生理指标的影响。m(炭)V(水)=150 的厨余垃圾炭浸提液、猪粪沼渣炭浸提液、水稻秸秆炭浸提液培育的萝卜幼苗叶绿素总量较对照相比分别降低了 21.85%、12.00%、24.32%；叶绿素 a 分别降低了 21.55%、11.44%、24.51%；叶绿素 b 分别降低了 21.85%、13.27%、24.32%，变化趋势一致。厨余垃圾炭和水稻秸秆炭浸提液处理无显著差异(图 1)，说明两者对幼苗生长发育影响机理接近。浸提液培养对萝卜幼苗叶绿素的影响与对萝卜幼苗表观(鲜质量、苗长、根长)的影响趋势基本一致。厨余垃圾炭和猪粪沼渣炭浸提液培育的萝卜幼苗 SOD 活性相比于对照分别降低了71.95%、19.04%，水稻秸秆炭浸提液培育下提高了37.85%(图 2A)。厨余垃圾炭浸提液培育的萝卜幼苗 CAT 活性相比于对照降低了 63.09%，水稻秸秆炭浸提液培育下提高了 9.87%，而猪粪沼渣炭浸提液培育下 CAT 活性相比于对照差异不显著(图 2B)，变化趋势与叶宽一致。厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭浸提液培育的萝卜幼苗根系活力相比于对照分别降低了 83.57%、39.95%、65.93%(图 2C)，降低趋势与根长接近。厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭浸提液培育的萝卜幼苗 MDA 质量摩尔浓度相比于对照分别增加了 59.46%、17.49%、30.58%(图 2D)，变化趋势与根系活力相反。2.3浸提液内物质与萝卜种子萌发及幼苗生长发育的相关性分析生物质炭浸提液 pH、无机盐总量、As 与萝卜种子萌发和幼苗生长发育均呈显著负相关(P0.05)(图 3)，是抑制萝卜生长发育的重要环境因子，也是影响萝卜幼苗存活率的主要因素。除生物质炭浸提液的 pH、无机盐总量外，萝卜幼苗苗长、叶绿素与 K 呈显著负相关(P0.05)；根长、叶宽、CAT 和SOD 活性与 Na 呈显著负相关(P0.05)；MDA 与 Na 呈显著正相关(P0.05)。表4生物质炭浸提液对萝卜幼苗生长的影响Table4Effectofbiocharextractsolutionsonthegrowthofseedlingradishm(炭)V(水)生物质炭种类鲜质量/g苗长/cm根长/mm茎粗/mm叶宽/mm叶片数0ck2.910.01a10.230.76a14.730.38a1.930.26a12.600.46b2.330.58a150KB0.990.01d4.500.20e3.530.06e1.970.21a7.741.48c2.330.58aPB2.050.01b6.370.40c11.671.00b1.850.05a12.311.18b2.170.29aRB1.400.01c5.250.07d6.900.42d1.590.14b14.250.09a2.000.00a1100KB2.990.01a8.170.46b8.10.78c1.770.11ab13.940.54a2.330.58aPB2.980.03a9.220.92ab10.371.25b1.870.18a12.10.74b2.660.29aRB2.970.06a9.300.75ab10.530.84b1.790.29ab14.250.97a2.330.58a说明：KB.厨余垃圾炭；PB.猪粪沼渣炭；RB.水稻秸秆炭。不同小写字母表示同一指标不同处理间差异显著(P0.05)。ckKB生物质炭种类PBRB02468101412abcacccb叶绿素质量分数/(mg g1)叶绿素 a叶绿素 bKB.厨余垃圾炭；PB.猪粪沼渣炭；RB.水稻秸秆炭。不同小写字母表示同一指标不同处理间差异显著(P0.05)。图1不同生物质炭浸提液对幼苗叶绿素质量分数的影响Figure1Effectsofdifferentbiocharextractsonchlorophyllcontentinseedlings第 41 卷第 1 期胡晓飘等：不同生物质炭浸提液对萝卜种子萌发与幼苗生长的毒害效应1493讨论3.1生物质炭与萝卜种子萌发的关系pH 对植物的营养代谢有较大的影响，生物质炭 pH 和无机盐总量，生物质炭制备原料、温度、升温ckKBPBRB050100150250200SOD 活性/(16.67 nkat g1)AckKBPBRB042681210CAT 活性/(mol min1 g1)B生物质炭种类ckKBPBRB010203045405152535根系活力/(g g1)C生物质炭种类ckKBPBRB042681210MDA 质量摩尔浓度/(mol g1)DKB.厨余垃圾炭；PB.猪粪沼渣炭；RB.水稻秸秆炭。不同小写字母表示同一指标不同处理间差异显著(P0.05)。bcdabbacabcddcba图2不同生物质炭浸提液对幼苗生理指标的影响Figure2Effectsofdifferentbiocharextractsonphysiologicalindexesofseedlings*表示显著相关(P0.05)；*表示极显著相关(P0.01)。1.00.500.51.0相关系数相关系数相关系数CaKMgNaAsCuZn无机盐总量pH存活率发芽率发芽势发芽指数CaKMgNaAsCuZn无机盐总量pH存活率发芽率发芽势发芽指数A1.00.500.51.0CaKMgNaAsCuZn无机盐总量pH鲜质量苗长茎粗叶宽叶片数CaKMgNaAsCuZn无机盐总量pH鲜质量苗长茎粗叶片数叶宽B1.00.500.51.0CCaKMgNaAsCuZn无机盐总量pH叶绿素总量叶绿素 a叶绿素 bCAT根系活力MDASODCaKMgNaAsCuZn无机盐总量pH叶绿素总量叶绿素 a叶绿素 bCAT根系活力MDASOD图3浸提液内物质与萝卜种子萌发及幼苗生长发育的相关性Figure3Correlationanalysisofextractswithseedgerminationandseedlinggrowthofradish150浙江农林大学学报2024 年 2 月 20 日速率有关11。本研究所制备的生物质炭 pH 为碱性，高质量体积比条件下浸提液为碱性高盐环境，会对种胚细胞结构造成破坏，从而抑制种子萌发1213，因此萝卜种子萌发与生物质炭浸提液的 pH、无机盐总量呈极显著负相关(P0.01)。萝卜种子发芽率、发芽势、发芽指数均与 As 呈显著负相关(P0.05)，这与符佳豪等14的研究结果一致。As 对种子萌发有明显的抑制作用，且 As 质量分数越大抑制作用越强。K、Mg 是植物生长发育所必需的营养元素，但本研究中，萝卜种子发芽指数与 K、Mg 呈显著负相关(P0.05)，说明浸提液中 K、Mg 质量分数过高，已对萝卜种子的萌发造成胁迫。本研究设置的 3 个处理中，随着质量体积比的降低，浸提液 pH 降低，对萝卜种子萌发的抑制作用减轻，浸提液对萝卜种子的毒害作用减轻。生物质炭种类不同，浸提液的 pH、无机盐总量和种类存在差异，发芽过程中种子从浸提液吸收的水分和有害物质存在差异，故发芽率存在差异。生物质炭种类对萝卜种子毒害作用从大到小依次为厨余垃圾炭、水稻秸秆炭、猪粪沼渣炭。3.2生物质炭与萝卜幼苗表观生长发育的关系萝卜种子萌发期主要靠种子胚提供营养，而幼苗期生长发育则需从外界吸收营养，因此生物质炭浸提液对幼苗的影响强于对种子的影响。m(炭)V(水)=120 条件下，较高的 pH 不仅破坏种胚细胞结构，抑制萝卜种子萌发，还严重破坏萝卜幼苗输导组织与分生组织，导致幼苗死亡1516。As 在环境中易累积、难降解，是强毒性环境污染的重金属元素，对植物生长发育有明显的抑制作用1718。K、Na、Ca 离子在植物中具有复杂的信号功能，是植物生长发育所必需的营养元素，但当浸提液中 K、Na、Ca 过高时会改变渗透势，因此影响植物生长发育。本研究生物质炭浸提液中的 K、Na、Ca 等元素已对萝卜幼苗生长发育造成胁迫。萝卜幼苗的根部比冠部对有害物质更敏感，受抑制作用影响也更明显19。厨余垃圾炭、水稻秸秆炭浸提液处理下，有害物质通过抑制幼苗根部细胞有丝分裂过程进而影响幼苗根部生长20。当幼苗根部受抑制程度达一定阈值时，幼苗组织内的水分、养分运输就会受阻，影响幼苗冠部生长发育21。厨余垃圾炭浸提液较高的 pH 和无机盐导致幼苗的根部无法进行正常的养分吸收22；水稻秸秆炭浸提液中无机盐稍低于厨余垃圾炭，萝卜幼苗根部可以吸收营养物质供幼苗生长发育，但水稻秸秆炭浸提液中较高的K+、Na+，会影响幼苗信号传递功能，阻碍幼苗生长发育2325。猪粪沼渣炭浸提液中有害物质并未抑制萝卜幼苗根部的有丝分裂，但较高的重金属元素抑制了萝卜幼苗的生长发育26。3.3生物质炭对萝卜幼苗生理指标的影响叶绿素减少会导致幼苗光合作用效率降低27。生物质炭浸提液降低了萝卜幼苗叶绿素质量分数，因此减弱了幼苗光合作用效率，从而抑制了萝卜冠部生长发育。与对照相比，m(炭)V(水)=150 条件下，生物质炭浸提液增加了萝卜幼苗 MDA 质量摩尔浓度，植物处于受胁迫环境时会启动抗氧化保护酶系统，减轻外界对植物的损伤28。表明萝卜幼苗正处于逆境胁迫中。幼苗 MDA 质量摩尔浓度增长趋势与根系活力降低趋势一致，进一步证明浸提液对幼苗根部细胞有丝分裂过程有抑制作用。m(炭)V(水)=150 条件下，厨余垃圾炭浸提液培育的萝卜幼苗 MDA 质量摩尔浓度增加最显著(P0.05)，同时 SOD、CAT 活性最低，表明萝卜幼苗在厨余垃圾炭浸提液形成的高盐胁迫环境下抗氧化保护酶系统受到了严重损伤，无法自主调节抗氧化酶活性。水稻秸秆炭浸提液培育的幼苗 MDA 质量摩尔浓度增加量低于厨余垃圾炭，但 SOD、CAT 活性均高于对照，表明水稻秸秆炭浸提液虽对幼苗造成盐胁迫，但幼苗可通过自主调节抗氧化酶活性，增强幼苗清除活性氧的能力，减轻环境对幼苗造成的损伤29。猪粪沼渣炭浸提液培育的幼苗 MDA 质量摩尔浓度增加量最少，CAT 活性与对照差异不显著，SOD活性低于对照，表明猪粪沼渣炭浸提液对萝卜幼苗几乎不造成盐胁迫，但依然对萝卜幼苗有毒害作用。4结论本研究表明：厨余垃圾炭、猪粪沼渣炭、水稻秸秆炭浸提液在 m(炭)V(水)150 条件下，对萝卜种子萌发及幼苗生长发育均存在显著抑制作用，抑制作用从大到小依次为厨余垃圾炭、水稻秸秆炭、猪粪沼渣炭，且在萝卜幼苗生长过程中均存在氧化应激。这表明以上 3 种生物质炭对萝卜种子萌发和幼苗生长存在潜在危害。因此，在每种生物质炭广泛应用于农田改良之前，应对其进行相应的植物响应分析第 41 卷第 1 期胡晓飘等：不同生物质炭浸提液对萝卜种子萌发与幼苗生长的毒害效应151研究，以确保其科学合理使用。5参考文献HAOShilai,ZHUXiangdong,LIUYuchen,et al.Productiontemperatureeffectsonthestructureofhydrochar-deriveddissolvedorganicmatterandassociatedtoxicityJ.Environmental Science and Technology,2018,52（13）:74867495.1LEHMANNJ,COWIEA,MASIELLOCA,et al.BiocharinclimatechangemitigationJ.Nature Geoscience,2021,14（12）:883892.2HAGEMANN N,JOSEPH S,SCHMIDT H P,et al.Organic coating on biochar explains its nutrient retention andstimulation of soil fertility J/OL.Nature Communications,2017,8(1):10892023-04-01.doi:10.1038/s41467-017-01123-0.3WOOLFD,AMONETTEJE,STREET-PERROTTFA,et al.SustainablebiochartomitigateglobalclimatechangeJ.Nature,2010,1:19.4OLESZCZUKP,JOSKOI,KUSMIERZM.BiocharpropertiesregardingtocontaminantscontentandecotoxicologicalassessmentJ.Journal of Hazardous Materials,2013,260:375382.5JANUS A,WATERLOT C,DOUAY F,et al.Ex situ evaluation of the effects of biochars on environmental andtoxicological availabilities of metals and polycyclic aromatic 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