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user: 3. 结果与分析 3.1. 沼液浸种的影响 如表2所示，对照组CK的发芽势为53.33% ± 5.44%，发芽率为61.67% ± 6.80%，发芽指数为16.06 ± 1.16，活力指数为136.00 ± 9.97。而使用沼液浸种的实验组在这几个参数上均低于对照组，T0组比CK组的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别低56.25%、18.92%、49.72%和58.03%。且在发芽势、发芽指数和活力指数上与实验组存在着显著性差异(p < 0.05)，金属污染可能是造成沼液浸种抑制的原因。而额外的金属可一定程度的减少这种抑制现象。其中Ni和Cu的危害性比Zn和Co的较小。T3组的活力指数较T0提高54.16%，与CK组不存在显著性差异；T4组的发芽指数较T0组提高44.23%，高于T1、T2组且与T8、T9组存在显著性差异(p < 0.05)。金属污染抑制种子发芽最严重的为T8和T9组。T8组的发芽势较T0组减少36.67%，与T1~T4组存在显著性差异(p < 0.05)；发芽指数和活力指数分别为减少44.06%和68.70%，与T3、T4组也存在显著性差异(p < 0.05)。仅有T8、T9组在发芽率上与CK组存在显著性差异(p < 0.05)。综上所述，复合金属污染对种子萌发的抑制作用相较于单一金属可能更强烈，危害性也更大。 Table 2 Effects of biogas slurry on germination of maize seed 组别 发芽势/% 发芽率/% 发芽指数 活力指数 CK 53.33 ± 5.44a 61.67 ± 6.80a 16.06 ± 1.16a 136.00 ± 9.97a T0 23.33 ± 3.60b 50.00 ± 2.36ab 8.07 ± 0.57bcd 57.07 ± 15.30bc T1 26.67 ± 4.91b 45.00 ± 2.36ab 8.48 ± 1.44bcd 62.51 ± 18.80bc T2 28.33 ± 3.60b 41.67 ± 7.58ab 8.32 ± 0.96bcd 49.46 ± 2.82bc T3 30.00 ± 6.24b 46.67 ± 5.93ab 10.67 ± 1.22bc 87.98 ± 28.53ab T4 35.00 ± 6.24b 55.00 ± 8.50ab 11.64 ± 2.17b 79.29 ± 13.58b T5 28.33 ± 1.36b 48.33 ± 3.60ab 9.45 ± 0.65bc 77.03 ± 12.07b T6 26.67 ± 1.36b 38.33 ± 2.72ab 8.65 ± 0.50bcd 66.65 ± 13.85bc T7 21.67 ± 3.60bc 41.67 ± 7.20ab 7.59 ± 1.08bcd 42.63 ± 6.17bc T8 6.67 ± 1.36c 31.67 ± 5.93b 4.52 ± 0.96d 17.86 ± 4.48c T9 18.33 ± 3.60bc 35.00 ± 6.24b 6.14 ± 0.52cd 30.83 ± 9.77bc 表2. 沼液对玉米种子发芽的影响 注：表中数据为平均数 ± 标准误差。同列不同字母表示经邓肯氏新复极差法检验在p < 0.05水平差异显著。 未额外添加金属的T0组的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数较对照组CK分别下降56.26%、18.92%、49.75和58.03。从矿区收获的苜蓿草自身从土壤中吸收了大量金属，经折算在厌氧发酵体系中，Fe的浓度为53.33 mg/L。有实验结果表明在该浓度下，种子的发芽势、发芽率和发芽指数均受到抑制作用 [ 13 ]。另一方面，沼液浓度过高也可能是导致T0组发芽率较低的原因之一，史向远等 [ 21 ] 的研究显示，当沼液的浓度大于50%时，西瓜种子的发芽即会受到显著的抑制，其在50%浓度的发芽率与本文相类似。当沼液的浓度超过种子所能承受的阈值，细胞膜受到严重的盐胁迫，就会造成种子的缺水，影响种子的生长发育。 如图1所示，用金属污染的沼液浸种对玉米幼苗的生长有一定的抑制作用，对照组CK的芽长和根长分别为3.35 ± 0.21 cm和5.42 ± 0.34 cm。T0组的芽长和根长较CK组分别降低13.13%和28.78%。T5组的芽长的促进作用最大，较T0提高22.07%；T3组对根长的促进作用最大，较T0组提高20.73%。而T8组对玉米芽和根的生长抑制最大，较T0组分别降低28.87%和39.11%；其次为T9组，分别降低18.56%和38.6%。 图2为沼液种类对玉米生物量的影响。从图中可以看出金属污染沼液浸种对玉米幼苗的芽和根的生物量都有抑制作用。对照组CK的芽重和根重分别为0.14 ± 0.01 g和0.10 ± 0.02 g，T0组较CK分别降低20.69%和41.16%。对于芽重，T3~T6组较T0组均有一定促进作用，但是不明显。T2组的的抑制作用最明显，较T0组降低26.34%。在根重上，T3组的促进作用最大，较T0组提升41.45%；T8组的抑制作用最强，降低56.61%。 在本沼液浸种实验中，金属污染的沼液抑制了种子的发芽和生长，但适当的添加额外金属可适当缓解这种抑制作用。王彦杰等 [ 22 ] 的研究指出，在高浓度下，谷子种子在24~48 h内的相对电导率下降的程度较小，表明高浓度的沼液抑制谷子种子发芽过程中细胞膜修复过程，且随着浓度增大而增强。通过添加Ni和Cu，一定程度上提高了种子的活力指数。而添加Co则对种子发芽和生物量积累有较大的抑制作用，一方面Co并非是植物生长的必须元素，另一方面，Co盐也增加了沼液的渗透压，增加了对种子的胁迫程度。而Co与部分其他金属的联用并未降低种子发芽率可能是金属共沉淀或其他因素导致的 [ 23 ]。在本实验的条件基础上，通过优化沼液浸种浓度以及金属添加量，种子的发芽状况还有进一步的提升空间。 图1. 沼液对玉米幼苗生长的影响 图2. 沼液种类对玉米生物量的影响 3.2. 沼渣施肥的影响 沼渣肥是一种多元的复合型有机肥，施加沼渣肥能有效降低土壤容重，提高有机质含量和速效养分含量 [ 24 ]。如图3所示，施加金属污染的沼肥并未引起发芽率的显著性下降，都维持在90%以上，仅T4和T5组的发芽率为86.67%。 图4则表示了沼渣对玉米幼苗生长的影响。从图中可以看出施加沼肥均促进了玉米幼苗的生长。经过14天的生长周期，玉米幼苗都长出三片叶子，对照组CK的株高为34.09 ± 0.95 cm。T0组的株高比CK组提升8.86%。T4组添加Cu对种子萌发有促进作用，较T0组提升2.60%。其余组均低于T0组为抑制作用。其中T2组的抑制作用最大，较T0组降低7.36%。表明施用含Cu的沼渣肥可促进玉米幼苗的拔高，而施用含有Co的沼渣肥会抑制拔高。 施加沼肥的玉米幼苗的生物量除根的干重均大于对照CK，但未到达显著性水平，各组根的干重没有较大差别(表3)。对照组CK的茎叶鲜重、根鲜重、茎叶干重、根干重分别为1.63 ± 0.15 g、0.66 ± 0.04 g、0.12 ± 0.01 g和0.06 ± 0.00 g，而T0组相较于CK组分别增加了30.84%、8.78%、25.01%和−8.72%。额外的金属污染主要对玉米幼苗的生长起抑制作用，且对茎叶的抑制作用比对根的更强。T2组受到的抑制相对较低，茎叶鲜重和干重相对T0组分别减少6.29%和4.58%，而根的鲜重和干重则分别增加21.21%和7.67%。T3组受到的抑制相对较大，茎叶鲜重和干重相对T0组分别减少25.03%和16.03%。 图3. 沼渣对玉米发芽率的影响 图4. 沼渣对玉米幼苗生长的影响 Table 3 Effects of biogas residue types on maize biomas 组别 茎叶鲜重/g 根鲜重/g 茎叶干重/g 根干重/g CK 1.63 ± 0.15a 0.66 ± 0.04ab 0.12 ± 0.01a 0.06 ± 0.00a T0 2.14 ± 0.09a 0.72 ± 0.01ab 0.15 ± 0.01a 0.06 ± 0.00a T1 1.74 ± 0.11a 0.79 ± 0.07ab 0.13 ± 0.01a 0.06 ± 0.01a T2 2.00 ± 0.21a 0.87 ± 0.04a 0.15 ± 0.01a 0.06 ± 0.01a T3 1.60 ± 0.14a 0.73 ± 0.06ab 0.13 ± 0.01a 0.06 ± 0.01a T4 1.95 ± 0.25a 0.67 ± 0.12ab 0.14 ± 0.02a 0.05 ± 0.01a T5 1.75 ± 0.16a 0.66 ± 0.06ab 0.13 ± 0.01a 0.05 ± 0.00a T6 1.83 ± 0.11a 0.48 ± 0.12b 0.14 ± 0.01a 0.06 ± 0.01a T7 2.00 ± 0.10a 0.73 ± 0.08ab 0.15 ± 0.01a 0.05 ± 0.01a T8 1.79 ± 0.03a 0.78 ± 0.12ab 0.13 ± 0.00a 0.05 ± 0.01a T9 1.74 ± 0.02a 0.61 ± 0.03ab 0.13 ± 0.00a 0.04 ± 0.00a 表3. 沼渣种类对玉米生物量的影响 注：表中数据为平均数 ± 标准误差。同列不同字母表示经邓肯氏新复极差法检验在p < 0.05水平差异显著。 在本沼渣施肥实验中，施用沼肥的组无论是从株高还是生物量上均要优于对照组，表明沼肥的确可以促进玉米幼苗的生长，这个结果也与其他的研究相一致，且本实验采用的10%的混合比例也是较优的沼渣施用量 [ 25 ] [ 26 ]。而大部分金属污染则会引起幼苗生长的减缓，表现为株高的降低和生物量的下降。其中Cu金属污染在本实验条件下促进了玉米幼苗的伸长，但在生物量上并未能提升。Cu是众多蛋白质的重要辅因子、参与呼吸代谢和光合作用的电子传递，能调节和改善植物的生理代谢和生长发育，但合适的铜离子含量范围很窄 [ 9 ]。因此，虽然Cu污染沼渣虽然在株高上有所增加，但该铜离子浓度还是不适合玉米的生长和增重。其余不管是单一金属污染还是复合金属污染均对幼苗的株高和生物量有抑制作用。由此可知，在农业生产过程中应格外注意重金属污染引起的作物的不良生长。