五倍子廢渣對(duì)小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響及施肥對(duì)其的緩解效應(yīng)

馮虹毓，胡庭興，胡紅玲，戴薇薇，廖　蓉，廖玉華，鄭永強(qiáng)，楊珊珊，李　琪,3

(1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，四川 成都 611130；2 廈門大學(xué) 環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建 廈門 361102； 3 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

五倍子(Gallachinensis)又名文蛤、百蟲倉，是癭綿蚜科(Pemphigidae)的一些蚜蟲如角倍蚜或倍蛋蚜雌蟲寄生于漆樹科植物鹽膚木(RhuschinensisMill.)、青麩楊(RhuspotaniniiMaxim.)、紅麩楊(Rhuspunjabensisvar.sinica (Diels) Rehd.et Wils.)及其同屬其他植物的嫩葉或葉柄，刺傷植物組織而生成一種囊狀聚生物蟲癭，經(jīng)烘焙干燥后所得，其釀制品為百藥煎[1-2]。五倍子廣泛用于醫(yī)藥、食品、微電子、環(huán)保新材料、有機(jī)合成中間體及稀有金屬提取、軍工試驗(yàn)、表面技術(shù)處理等領(lǐng)域。在我國(guó)境內(nèi)，鹽膚木、青麩楊主要分布在湖北、湖南、陜西、四川、貴州、云南等省，主要混生于闊葉林之中或呈散生狀態(tài)分布，這些省的五倍子產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的90%以上[3]。

用五倍子生產(chǎn)單寧酸進(jìn)而提取沒食子酸生產(chǎn)中的廢棄物，尚有10%～20%的單寧酸及沒食子酸、廢棄活性炭和鞣花酸殘留，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[4]。由于我國(guó)沒食子酸制備以堿水解法為主，相較于日本采取的發(fā)酵法[5-7]，廢水、廢渣及廢碳排放量大。但近年來除了對(duì)五倍子進(jìn)行較大規(guī)模的加工利用外，有關(guān)其產(chǎn)生的廢渣在環(huán)保型、循環(huán)型再利用方面研究很少，限制了倍用林的發(fā)展和保護(hù)。

我國(guó)在中成藥生產(chǎn)廢渣處理上的研究較多。如劉慧來[8]發(fā)現(xiàn)，藥渣和化肥配合施用可促進(jìn)馬鈴薯(SolanumtuberosumLinn.)的生長(zhǎng)發(fā)育，使生育期縮短。何佳芳等[9]將夏枯草(PrunellavulgarisLinn.)藥渣配制成育苗基質(zhì)，栽培的小白菜幼苗整齊度好、壯苗指數(shù)高。裴毅等[10]探討了沒食子酸對(duì)銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)的抑制效應(yīng)及超微結(jié)構(gòu)的影響。孫兆法等[11]將多種中藥渣混合配制成復(fù)合基質(zhì)，探討了其對(duì)一品紅(EuphorbiapulcherrimaWilld.ex Klotzsch.)生長(zhǎng)量、開花期、冠幅、花徑、苞片數(shù)、株高、外觀品質(zhì)等的影響。鄭照強(qiáng)等[12]發(fā)明的再生活性炭法處理五倍子加工廢渣效果較好，但工藝較復(fù)雜，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)能力要求高。那么在企業(yè)能力有限的情況下，如果將廢渣返回田地，是否會(huì)影響作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，是目前亟待探明的問題。

基于此，本研究擬采用盆栽試驗(yàn)，以小麥為受體，利用五倍子廢渣模擬還田處理，分析其對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，這對(duì)生物資源加工廢渣的友好型、環(huán)保型再利用具有重要意義和參考價(jià)值，對(duì)五倍子原料林基地建設(shè)、鹽膚木的保護(hù)與合理利用也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

1.1.1供體材料于2015年5月初在四川省峨眉山市相關(guān)企業(yè)回收五倍子加工廢渣，風(fēng)干搗碎，儲(chǔ)藏備用。

1.1.2受體材料小麥品種為蜀麥969，種子由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所提供，全生育期約185 d[13]。選擇飽滿、大小均一的種粒，播種前在40 ℃水浴中溫湯浸種2.5 h后取出，晾干備用。

1.1.3栽培土壤與容器本試驗(yàn)采用盆栽方式，栽植容器為口徑27 cm、高度20 cm的白色聚乙烯塑料盆。栽植土壤為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田土，其理化性質(zhì)為：pH值7.85，偏堿性，有機(jī)質(zhì)含量24.38 g/kg，全氮含量0.66 g/kg，全磷含量0.60 g/kg，全鉀含量5.81 g/kg，堿解氮含量56 mg/kg，速效磷含量128.63 mg/kg，速效鉀含量15.27 mg/kg。

1.2　試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)本試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)設(shè)置0(CK)，10，20，30，40，50，60 g/盆 7個(gè)五倍子廢渣添加水平，分別記為A0，A1，A2，A3，A4，A5和A6，每個(gè)水平設(shè)置8個(gè)重復(fù)，共計(jì)56盆。將五倍子廢渣按照設(shè)計(jì)的添加量與土壤(8 kg/盆)均勻混合裝盆，隨后播種小麥(2015-11-02播種)，每盆播種30粒并保證其在盆中均勻分布，適當(dāng)澆水。在出苗后至成熟期間，采用HH2土壤水分速測(cè)儀(ML2x,GBR,英國(guó))定期監(jiān)測(cè)土壤含水量并及時(shí)澆水，保持土壤濕度在17%左右(約為該試驗(yàn)用土田間持水量的70%)。小麥出苗后，當(dāng)觀察到各處理間形態(tài)生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯差異(如葉片變黃，植株個(gè)體大小不同)時(shí)，表明添加五倍子廢渣對(duì)小麥生長(zhǎng)產(chǎn)生了影響，故44 d時(shí)在各處理中抽出4個(gè)重復(fù)進(jìn)行施肥處理(史丹利復(fù)合肥：N 24%，P 10%，K 14%)，施肥量為7.2 g/盆，分4次施入，每10 d施1次。

1.2.2測(cè)定指標(biāo)及方法分別于播種后第22，44，66和88天采用勻苗方式進(jìn)行4次取樣，對(duì)應(yīng)每盆取幼苗5，4，3，3株，最后每盆保留15株，持續(xù)觀察生長(zhǎng)直至成熟收獲。

莖稈地徑：用游標(biāo)卡尺測(cè)量植株土壤表面處莖稈寬度(精度0.1 mm)。

株高：用直尺測(cè)量植株從土壤表面到葉片頂端的長(zhǎng)度(精度0.1 cm)。

地上部分生物量：將植株地上部分在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，然后80 ℃烘24 h，測(cè)定最終恒定質(zhì)量(精度0.000 1 g)。

過氧化物酶(POD)活性：采用愈創(chuàng)木酚法[14]測(cè)定。

超氧化物歧化酶(SOD)活性：采用NBT光化還原法[15]測(cè)定。

過氧化氫酶(CAT)活性：采用紫外分光光度法[14]測(cè)定。

可溶性糖(SS)含量：采用硫代巴比妥酸加熱顯色法[14]測(cè)定。

可溶性蛋白(SP)含量：采用考馬斯亮藍(lán)G250法[14]測(cè)定。

產(chǎn)量及收獲指標(biāo)的測(cè)定與計(jì)算：每盆單獨(dú)收獲，測(cè)定穗粒數(shù)、生物產(chǎn)量(地上部分生物量精度0.000 1 g)和籽粒產(chǎn)量(精度0.000 1 g)，并計(jì)算收獲指數(shù)(Harvest index，HI),HI=籽粒產(chǎn)量/生物產(chǎn)量[16]。

化感效應(yīng)指數(shù)(Response index,RI)采用Williamson等[17]提出的評(píng)判方法，即：RI=1-C/T(當(dāng)T≥C時(shí))或RI=T/C-1(當(dāng)T0表示促進(jìn)作用，RI<0表示抑制作用，RI的絕對(duì)值代表作用強(qiáng)度。

1.3　數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件(IBM,Inc.,USA)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，并用最小顯著差數(shù)法(LSD法)進(jìn)行多重比較分析，利用Sigmaplot 10.0(Systat Software,Inc.,USA)和Excel 2010(Microsoft,Inc.,USA)進(jìn)行相關(guān)圖表的制作。

2　結(jié)果與分析

2.1　五倍子廢渣對(duì)小麥形態(tài)指標(biāo)及生物量的影響

由表1可知，播種后22～88 d，隨著廢渣施入量的增加，小麥的株高呈下降趨勢(shì)。當(dāng)廢渣分解22 d時(shí)，各劑量廢渣處理對(duì)小麥株高的抑制作用總體不顯著；44 d時(shí)，中劑量(A3、A4，下同)以及高劑量(A5、A6，下同)處理的小麥株高均受到顯著抑制(P<0.05)；66 d時(shí)，中高劑量處理小麥?zhǔn)艿降囊种谱饔弥饾u增強(qiáng)；而低劑量廢渣(A1、A2，下同)始終與A0差異不顯著(P>0.05)；88 d時(shí)，低劑量廢渣對(duì)小麥株高的作用由之前的抑制轉(zhuǎn)為促進(jìn)，而其他處理雖然仍表現(xiàn)為顯著抑制，但化感效應(yīng)指數(shù)有所降低。

由表1還可知，在同一測(cè)定時(shí)間，隨著廢渣施入量的增加，小麥地徑始終呈下降趨勢(shì)。第1次勻苗(播種后22 d)取樣時(shí)小麥幼苗比較纖細(xì)，難以準(zhǔn)確量取莖稈地徑，故未量測(cè)。播種后44～66 d除A1外，88 d除A1-A3外的其他各處理地莖均顯著低于A0(P<0.05)。

由表1可見，通過施肥，當(dāng)廢渣分解到66 d時(shí)，小麥株高受到的抑制作用明顯降低；88 d時(shí)，這種抑制作用進(jìn)一步降低。地徑的變化趨勢(shì)與株高相似。表明施肥處理可相應(yīng)緩解五倍子廢渣對(duì)小麥生長(zhǎng)產(chǎn)生的抑制效應(yīng)，且高劑量處理表現(xiàn)尤為明顯。

表1　五倍子廢渣對(duì)小麥株高、莖稈地徑的影響及施肥的緩解效應(yīng)Table 1　Effects of processing residue of Galla chinensis on plant height and ground diameter of wheat and alleviating effect of fertilization

注：同一測(cè)定時(shí)間同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；66F和88F分別代表66和88 d時(shí)施肥處理。

Note:Different lowercase letters in each column indicate significant difference between treatments at same time (P<0.05);66F and 88F indicate in fertilization group at 66 d and 88 d,respectively.

由圖1可知，在同一測(cè)定時(shí)間，隨廢渣添加量的增加，小麥地上部分生物量明顯降低，且當(dāng)廢渣分解44 d和66 d 時(shí)，各處理地上部分生物量始終顯著低于A0(P<0.05)；88 d時(shí)，低劑量處理的地上部分生物量則逐漸接近A0，其他各劑量處理仍顯著低于A0處理(P<0.05)。通過施肥，廢渣分解66 d時(shí)，A3-A6各處理間地上部生物量無顯著差異，但仍顯著低于A0處理(P<0.05)；88 d時(shí)，各處理間均無顯著差異(P>0.05)。同時(shí)由圖1還可知，通過施肥處理后，高劑量處理表現(xiàn)出的緩解程度明顯高于低、中劑量處理。

圖柱上方不同小寫字母表示同一測(cè)定時(shí)間下各處理差異顯著(P<0.05)；66F和88F分別代表66和88 d時(shí)施肥處理。下圖同Different lowercase letters on the top of square column and at the same time indicate significant difference at the level of 0.05;66F and 88F indicates fertilization group at 66 d and 88 d,respectively.The same below圖1　五倍子廢渣對(duì)小麥地上部分生物量的影響及施肥的緩解效應(yīng)Fig.1　Effects of processing residue of Galla chinensis on aboveground biomass of wheat and alleviating effect of fertilization

2.2　五倍子廢渣對(duì)小麥抗氧化酶活性的影響

五倍子廢渣對(duì)小麥抗氧化酶活性的影響及施肥的緩解效應(yīng)見圖2。

圖2　五倍子廢渣對(duì)小麥抗氧化酶活性的影響及施肥的緩解效應(yīng)Fig.2　Effects of processing residue of Galla chinensis on antioxidant enzymes activities of wheat and alleviating effect of fertilization

CAT是生物氧化過程一系列抗氧化酶的終端產(chǎn)物[18]，能夠清除植物在逆境條件下產(chǎn)生的H2O2。由圖2可知，當(dāng)廢渣分解44 d 時(shí)，小麥葉片CAT活性隨著廢渣添加量的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；66 d時(shí)，其抑制作用雖然明顯，但總體上有所降低；88 d時(shí)各處理的CAT活性逐漸恢復(fù)至正常水平，其抑制作用總體上已不明顯。

POD能利用H2O2氧化供氫體，清除過剩的自由基，提高植物的抗逆性。其活性高低能夠反映植物的生長(zhǎng)發(fā)育及體內(nèi)代謝情況，同時(shí)也是植物抗性強(qiáng)弱的標(biāo)志之一[19-20]。由圖2可知，在廢渣分解22和44 d時(shí)，隨著廢渣添加量的增加，小麥葉片POD活性逐漸減弱，但處理間差異不顯著；66 d時(shí)，A4-A6處理廢渣對(duì)POD活性的抑制作用明顯增強(qiáng)，其活性與A0差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，而A1～A3的POD活性與A0差異仍不顯著；88 d時(shí)，各處理間的差異沒有明顯的規(guī)律性。

SOD對(duì)于清除氧自由基，防止氧自由基破壞細(xì)胞的組成、結(jié)構(gòu)和功能，保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷具有十分重要的作用。由圖2可知，當(dāng)廢渣分解22 d時(shí)，隨著廢渣添加量的增加，小麥葉片的SOD活性逐漸增強(qiáng)，且處理間差異顯著(P<0.05)；44 d時(shí)，隨著廢渣添加量的增加，各處理的SOD活性呈下降趨勢(shì)，且與A0間差異顯著(P<0.05)；66 d時(shí)，SOD活性與44 d時(shí)的趨勢(shì)相似，但各處理間無顯著差異(P>0.05)；88 d時(shí)各處理的SOD活性逐漸恢復(fù)至正常水平，廢渣的抑制作用總體上已不明顯。

由圖2還可知，通過施肥，五倍子廢渣對(duì)小麥抗氧化酶活性的影響得到一定的緩解。當(dāng)廢渣分解66和88 d時(shí)，CAT、POD和SOD 3種酶活性在各處理間均無顯著差異(P>0.05)。結(jié)果表明，在小麥幼苗生長(zhǎng)過程中，施肥對(duì)五倍子廢渣的抗氧化酶抑制效應(yīng)發(fā)揮了一定的緩解作用。

2.3　五倍子廢渣對(duì)小麥滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由圖3可知，當(dāng)廢渣分解22 d時(shí)，各處理小麥葉片可溶性蛋白含量總體上差異不顯著(P>0.05)；44 d后，隨著廢渣添加量的增加，可溶性蛋白含量均呈下降趨勢(shì)，除A1外的其他處理均與A0差異顯著(P<0.05)，且表現(xiàn)出明顯的梯度式抑制效應(yīng)；88 d時(shí)，各處理的抑制作用減弱，可溶性蛋白含量均接近A0，且無顯著性差異(P>0.05)。

圖3　五倍子廢渣對(duì)小麥滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響及施肥的緩解效應(yīng)Fig.3　Effects of processing residue of Galla chinensis on osmotic adjustment substance contents of wheat and alleviating effect of fertilization

由圖3可知，可溶性糖含量的變化趨勢(shì)與可溶性蛋白含量基本相反。當(dāng)廢渣分解44 d時(shí)，各處理可溶性糖含量與A0的差異逐漸增大(P<0.05)，但隨著廢渣添加量的增加，可溶性糖含量逐漸增大，梯度效應(yīng)明顯；66 d時(shí)，各處理的可溶性糖含量總體無顯著差異；88 d時(shí)，各處理可溶性糖含量均顯著低于A0，并隨添加量增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但添加廢渣處理間無顯著差異(P>0.05)。

由圖3還可知，經(jīng)過施肥處理后，當(dāng)廢渣分解66 d時(shí)，各處理可溶性蛋白含量無顯著差異(P>0.05)，但部分中高劑量處理的可溶性糖含量顯著低于A0(P<0.05)；88 d時(shí)，各處理間可溶性糖和可溶性蛋白含量均無顯著差異(P>0.05)。結(jié)果表明，通過施肥處理后，五倍子廢渣對(duì)葉片可溶性蛋白和可溶性糖含量的影響得到一定的緩解。

2.4　五倍子廢渣對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由圖4可知，隨著廢渣添加量的增加，未施肥組小麥的收獲指數(shù)(HI)呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，A1-A3處理的HI在0.40～0.41，而A4-A6處理的HI在同一收獲時(shí)期則處于0.34～0.41。小麥的生物產(chǎn)量以及籽粒產(chǎn)量均隨著廢渣添加量的增加呈逐漸降低的趨勢(shì)，干物質(zhì)分配也呈現(xiàn)相同趨勢(shì)。除A1外，其他各處理較A0均顯著降低(P<0.05)。

由圖4可知，通過施肥，各處理小麥HI均在0.40～0.55。雖然籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量仍隨著廢渣添加量的增加而逐漸降低，但各處理間的籽粒產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)；除A6處理外，其他劑量處理間的生物產(chǎn)量也無顯著差異。

圖4　五倍子廢渣對(duì)未施肥組(上)和施肥組(下)小麥?zhǔn)斋@質(zhì)量的影響及施肥的緩解效應(yīng)Fig.4　Effects of processing residue Galla chinensis on harvest quality of wheat without fertilization group(up),with fertilization group (down) and alleviating effect of fertilization

由圖5可知，小麥穗粒數(shù)的增減趨勢(shì)與生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量相同，均隨著廢渣添加量的增加而降低，但各處理間千粒質(zhì)量降低趨勢(shì)不明顯。這可能是因?yàn)樵谛←溕成L(zhǎng)過程中，分配給每顆籽粒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)會(huì)是均等的(除穗頂端有幾粒在生長(zhǎng)后期缺乏養(yǎng)分等原因偏小之外)，而廢渣分解對(duì)這種分配模式的影響并不明顯，只是對(duì)穗粒數(shù)量產(chǎn)生了顯著的抑制作用。千粒質(zhì)量是產(chǎn)量構(gòu)成中最穩(wěn)定的因素[21]，影響小麥千粒質(zhì)量的因子有很多，如干旱、物候、氮素過多、小雨等均會(huì)導(dǎo)致小麥“走面”現(xiàn)象的發(fā)生。通過圖5并結(jié)合對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，小麥的穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)與收獲期的株高存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，其相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.981 6和0.946 4；通過圖4和圖5并結(jié)合對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，生物產(chǎn)量、穗粒數(shù)、穗長(zhǎng)、收獲期株高與籽粒產(chǎn)量之間也存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，其相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.984 3，0.975 9，0.923 4，0.912 9。這表明在小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期只要采取措施減輕廢渣的負(fù)效應(yīng)，促進(jìn)植株個(gè)體的生長(zhǎng)，就能在一定程度上提高受影響小麥的產(chǎn)量，其中及時(shí)施肥則是很有效的措施之一。

圖5　五倍子廢渣對(duì)小麥生殖生長(zhǎng)的影響及施肥的緩解效應(yīng)Fig.5　Effects of processing residue of Galla chinensis on reproductive growth of wheat and alleviating effect of fertilization

由圖5可知，雖然小麥的穗長(zhǎng)、株高和穗粒數(shù)總體上仍隨著廢渣添加量的增加而降低，但施肥明顯緩解了這種降低的趨勢(shì)。如果將施肥時(shí)間提前(比如提前到植株生長(zhǎng)表現(xiàn)出受抑制狀態(tài)初期(表1，A5處理22 d時(shí))，其緩解效應(yīng)可能會(huì)更好。另外，各處理小麥的千粒質(zhì)量均趨于正常水平，其間無顯著差異，進(jìn)一步表明籽粒獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)會(huì)是均等的。

綜合上述結(jié)果可知，施氮處理在一定程度上緩解了五倍子廢渣對(duì)小麥各產(chǎn)量構(gòu)成因素的抑制效應(yīng)。

3　討　論

3.1　五倍子廢渣對(duì)小麥形態(tài)指標(biāo)及生物量的影響

本研究結(jié)果顯示，當(dāng)廢渣分解22 d時(shí)各處理間的形態(tài)指標(biāo)(株高、地徑)總體上無顯著差異，而各處理間的地上部分生物量則沒有顯現(xiàn)出明顯的規(guī)律性；44和66 d時(shí)，各處理間的各項(xiàng)指標(biāo)均已表現(xiàn)出明顯差異；88 d時(shí)，低劑量處理的株高超過高劑量處理近60%，地徑超過近95%，地上部分生物量則超過413%；且隨著廢渣施入量的增加，小麥形態(tài)指標(biāo)的抑制效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。這與黃建貝等[22]、楊珊珊等[23]的研究結(jié)果相似。究其原因是：一方面施加的五倍子廢渣中殘留較多的活性炭和木素[24]，故可能土壤內(nèi)碳氮比率隨著廢渣施入量的增加而增加，導(dǎo)致土壤微生物群體量增加，過高的微生物群體量會(huì)出現(xiàn)與植株競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分的現(xiàn)象[25]，使植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)受到抑制；另一方面廢渣的施入會(huì)使植株受到化感物質(zhì)的影響[24]，其生長(zhǎng)會(huì)隨著土壤中化感物質(zhì)的積累而受到一定程度的抑制，影響土壤酶、土壤微生物的代謝以及土壤呼吸，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)不能及時(shí)被植物吸收，導(dǎo)致植株不能正常進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

3.2　五倍子廢渣對(duì)小麥抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)的影響

氧是一切生物必不可少的生存條件，但是高濃度的氧會(huì)引起機(jī)體氧中毒如損壞DNA等，氧中毒是由于氧在機(jī)體內(nèi)大量地被轉(zhuǎn)化為活性氧(reactive oxygen species,ROS)，造成活性氧過度積累所致[26-28]。同時(shí)植物體會(huì)應(yīng)激地啟動(dòng)有效的保護(hù)酶系統(tǒng)并對(duì)自由基進(jìn)行清除，形成一定的減緩活性氧傷害的保護(hù)機(jī)制[20,26]。一般認(rèn)為，CAT、POD、SOD是植物酶促反應(yīng)體系的保護(hù)酶，它們協(xié)同作用，可以防御活性氧對(duì)細(xì)胞的傷害，在保護(hù)自身免受OH-毒害過程中發(fā)揮著重要作用[29-30]。

本研究結(jié)果表明，隨著廢渣分解，各處理的CAT和SOD活性均呈先升高后降低的趨勢(shì)，這與王娟等[31]的研究結(jié)果“在長(zhǎng)時(shí)間脅迫作用下細(xì)胞保護(hù)酶活性出現(xiàn)一定程度下降”，以及夏民旋等[32]的研究結(jié)果“在脅迫條件下SOD活性呈先上升后下降的趨勢(shì)”相似。而POD活性則與CAT和SOD活性的變化趨勢(shì)略有不同，這可能與POD對(duì)供氫體要求呈廣泛性，而SOD和CAT功能則為專一性有關(guān)。隨著廢渣添加量的增加，POD活性呈逐漸降低的趨勢(shì)，這與張敏等[33]的研究結(jié)果“普通小麥POD活性隨著鹽脅迫濃度的增加而降低”一致。同時(shí)高永生等[34]研究發(fā)現(xiàn)，POD活性隨著鹽濃度的升高表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，本研究也得出了相似的結(jié)論。

3.3　五倍子廢渣對(duì)小麥滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)對(duì)植物生長(zhǎng)具有一定的積極作用。在本研究中，SS含量隨著廢渣施入量的增加出現(xiàn)先增加后降低的現(xiàn)象，這與王蘭蘭等[37]發(fā)現(xiàn)的“可溶性糖積累量隨脅迫程度增加出現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象”一致，SP含量隨著廢渣施入量的增加而逐漸降低，僅A1處理的SP含量高于A0，這與王蘭蘭等[37]、靖姣姣等[38]發(fā)現(xiàn)的“小麥在鹽脅迫下可溶性蛋白含量高于對(duì)照”的結(jié)論不一致，可能原因是：(1)脅迫物質(zhì)與環(huán)境不同，廢渣的抑制作用導(dǎo)致SS與SP相互轉(zhuǎn)化；(2)廢渣的抑制作用使得植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)機(jī)制受到干擾，從而降低了植物的滲透調(diào)節(jié)能力；(3)廢渣中的某些物質(zhì)影響了小麥根系對(duì)礦物質(zhì)元素的吸收，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成受到一定的抑制作用。由于加工后五倍子廢渣中的成分比較復(fù)雜，因此對(duì)SP和SS的影響機(jī)制以及其具體組分的變化有待進(jìn)一步研究。

3.4　五倍子廢渣對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

本研究表明，隨著廢渣添加量的增加，小麥各產(chǎn)量構(gòu)成因素呈降低的趨勢(shì)。產(chǎn)量構(gòu)成因素均與籽粒產(chǎn)量之間存在不同程度的相關(guān)關(guān)系。生物產(chǎn)量、穗粒數(shù)、穗長(zhǎng)以及收獲期的株高與籽粒產(chǎn)量的相關(guān)性非常高，表明通過添加廢渣，以上4種因素對(duì)小麥產(chǎn)量的影響非常大?？赡茉蚴牵?1)高劑量五倍子廢渣影響小麥葉片葉綠素的合成及影響作物碳源的積累速度，使其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受到抑制從而影響了生殖生長(zhǎng)。(2)隨著五倍子廢渣添加量的增加，作物體內(nèi)ROS逐漸增加，其產(chǎn)生的ROS對(duì)作物本身影響比較大，在生殖生長(zhǎng)早期，花藥中可能ROS積累異常，影響花藥的發(fā)育及花粉的成熟[39]，導(dǎo)致雄性不育影響部分產(chǎn)量構(gòu)成因素。Nguyen等[40]在水稻水分脅迫研究中發(fā)現(xiàn)，花藥中細(xì)胞程序性死亡與氧脅迫的相互作用會(huì)導(dǎo)致花粉不育。(3)由于五倍子廢渣的抑制作用，小麥葉片電解質(zhì)外滲，部分游離氨基酸流失，影響?zhàn)B分的積累，導(dǎo)致在生殖生長(zhǎng)過程中小麥生殖器官發(fā)育不良，產(chǎn)生花粉不育或敗育的現(xiàn)象。本研究結(jié)果與麥博儒等[41]研究得出的“在模擬酸雨脅迫下小麥有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率等均呈下降趨勢(shì)”的結(jié)論相似。同時(shí)高劑量處理的小麥產(chǎn)量大幅度降低，A4-A6的HI分別較A0下降1.57%，6.18%和14.01%，且均低于0.4，這與Unkovich等[42]“水分脅迫顯著影響小麥?zhǔn)斋@指數(shù)”的結(jié)論相似。

3.5　施肥對(duì)五倍子廢渣作用的緩解效應(yīng)

本研究表明，施肥能明顯削弱五倍子廢渣分解對(duì)小麥生長(zhǎng)產(chǎn)生的抑制作用，當(dāng)廢渣分解到44 d時(shí)，對(duì)小麥進(jìn)行追肥處理，66～88 d時(shí)，各處理間的抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等各項(xiàng)指標(biāo)總體上無顯著差異，88 d時(shí)，A4～A6地上部分生物量明顯提高，收獲時(shí)A3～A6的產(chǎn)量構(gòu)成因素(株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量)都有明顯提高，表明施肥對(duì)廢渣的抑制效應(yīng)有一定的緩解作用。可能原因是，一方面施肥增加了土壤中植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，在一定程度上促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)；另一方面是土壤中氮素的增加，為土壤微生物提供了充足的氮源，加速了廢渣的分解，釋放了更多的養(yǎng)分，進(jìn)一步促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)。楊珊珊等[23]研究植物所受的脅迫作用時(shí)，也通過施肥探討了其緩解作用，得到了與本研究相似的結(jié)果。

4　結(jié)　論

在種植小麥的土壤中添加五倍子廢渣，抑制了小麥的生長(zhǎng)，其抑制作用隨添加量的增加而呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)；高劑量添加處理對(duì)小麥?zhǔn)斋@產(chǎn)量有較強(qiáng)的抑制作用。根據(jù)本試驗(yàn)中的處理劑量測(cè)算，當(dāng)廢渣添加量達(dá)到5 240 kg/hm2以上時(shí)，其抑制作用達(dá)到顯著水平，因此五倍子廢渣還田量在5 240 kg/hm2以下時(shí)，不會(huì)影響小麥的生長(zhǎng)，通過施肥還可緩解五倍子廢渣產(chǎn)生的抑制效應(yīng)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]武漢大學(xué)生物系.本草綱目簡(jiǎn)編 [M].武漢:湖北人民出版社,1978:355-356.

Botany, Wuhan University.Compendium of materia medica [M].Wuhan:Hubei People’s Press,1978:355-356.

[2]張雅麗.五倍子沒食子酸的制備抑菌作用及機(jī)理研究 [D].西安:陜西師范大學(xué),2013.

Zhang Y L.The extraction preparation of gallic acid fromGallachinensistannin and its antimicrobial activities and related mechanisms [D].Xi’an:Shaanxi Normal University,2013.

[3]趙拉.五倍子制備沒食子酸的研究進(jìn)展 [J].化學(xué)與生物工程,2008(5):5-7.

Zhao L.Research advance on preparation of gallic acid from Chinese nutgall [J].Chemistry & Bioengineering,2008(5):5-7.

[4]盛達(dá)成.利用五倍子單寧酸生產(chǎn)廢棄物制備鞣花酸研究 [D].長(zhǎng)沙:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

Sheng D C.Study on manufacturing technology of ellagic acid from the wastes of processing tannin acid in Chinese gall [D].Changsha:Hunan Agricultural University,2013.

[5]Keny S J,Kumbhar A G,Thinaharan C.Gallic acid as a corrosion inhibitor of carbon steel in chemical decontamination formulation [J].Cormsion Science,2008,50(2):411-419.

[6]Kim Y J.Antimelanogenic and antioxidant properties of gallic acid [J].Biological & Pharmaceutical Bulletin,2007,30(6): 1052-1055.

[7]Beltran F J,Garcia-Araya J F,Giraldez.Gallic acid water ozonation using activated carbon [J].Applied Catalysis B Environmental,2006,63(3/4):249-259.

[8]劉慧來.藥渣與化肥配施對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量與品質(zhì)的影響 [J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015(9):48-50.

Liu H L.Effect of herb residue and chemical fertilizer on yield and quality of potato [J].Heilongjiang Agricultural Science,2015(9):48-50.

[9]何佳芳,陳龍,茍久蘭,等.不同藥渣基質(zhì)配比對(duì)小白菜種苗質(zhì)量的影響研究 [J].種子,2015,34(2):94-96.

He J F,Chen L,Gou J L,et al.Effect of different drug residue ratio to Chinese cabbage seedling quality [J].Seed,2015,34(2):94-96.

[10]裴毅,杜憲,聶江力,等.沒食子酸對(duì)銅綠微囊藻的化感作用 [J].植物研究,2014,34(6):840-844.

Pei Y,Du X,Nie J L,et al.Allelopathy of gallic acid onMicrocystisaeruginosa[J].Bulletin of Botanical Research,2014,34(6):840-844.

[11]孫兆法,張淑霞,宋朝玉,等.中藥渣和泥炭基質(zhì)對(duì)一品紅生長(zhǎng)和盆花品質(zhì)的影響 [J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,14(6):40-45.

Sun Z F,Zhang S X,Song C Y,et al.Effect of Chinese medicine residue and peat substrate on growth and visual quality of Poinsettia [J].Tianjin Agricultural Sciences,2008,14(6):40-45.

[12]鄭照強(qiáng),夏洪應(yīng),彭金輝,等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化廢棄五倍子藥渣制取活性炭的研究 [J].環(huán)境污染與防治,2013,35(3):5-9.

Zheng Z Q,Xia H Y,Peng J H,et al.Process optimization for the preparation of activate carbon from abandoned dregs of gallumt using response surface methodology [J].Environmental Pollution & Control,2013,35(3):5-9.

[13]劉登才,鄭有良,蘭秀錦,等.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所新品種:蜀麥969(2013年四川審定)[EB/OL].(2014-10-08)[2017-02-10].http://xms.sicau.edu.cn/?p=25&a=view&r=334.

Liu D C,Zheng Y L,Lan X J,et al.New varieties from Triticeae Research Institute, Sichuan Agricultural University: Shumai 969(Sichuan validation,2013) [EB/OL].(2014-10-08) [2017-02-10].http://xms.sicau.edu.cn/?p=25&a=view&r=334.

[14]熊慶娥.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程 [M].成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,2003:72-85.

Xiong Q E.Plant physiology experiment [M].Chengdu: Sichuan Science & Technology Press,2003:72-85.

[15]Giannopolitis C N,Roes S K.Superoxide dismutases: I. Occurrence in higher plants [J].Plant Physiology,1977,59:309-314.

[16]許為鋼,胡琳.小麥?zhǔn)斋@指數(shù)的改良 [J].國(guó)外農(nóng)學(xué):麥類作物,1994(6):51-53.

Xu W G,Hu L.Improvement of wheat harvest index [J].Foreign Agronomy: Triticeae Crops,1994(6):51-53.

[17]Williamson G B,Rich A D.Bioassays for allelopathy: measuring treatment responses with independent controls [J].Journal of Chemical Ecology,1998,14(1):181-182.

[18]黃化剛,李廷軒,楊肖娥,等.植物對(duì)鉛脅迫的耐性及其解毒機(jī)制研究進(jìn)展 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2009,20(3):696-704.

Huang H G,Li T X,Yang X E,et al.Research advances in plant lead to lerance and detoxification mechanise [J].Chinese Journal of Applied Ecology,2009,20(3):696-704.

[19]王琳,段璋玲.Hg2+脅迫對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)及其過氧化物酶、淀粉酶活性的影響 [J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(5):2604-2607.

Wang L,Duan Z L.Effects of mercury stress on wheat growth POD and amylase activity [J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2011,39(5):2604-2607.

[20]劉麗君,尹田夫,薛津,等.滲透脅迫對(duì)大豆幼苗過氧化物酶活性及脯氨酸含量的影響 [J].大豆科學(xué),1987,6(3):221-224.

Liu L J,Yin T F,Xue J,et al.Studies on drought resistance of soybean seedling [J].Soybean Science,1987,6(3):221-224.

[21]潘潔,姜東,戴廷波,等.不同生態(tài)環(huán)境與播種期下小麥籽粒品質(zhì)變異規(guī)律的研究 [J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2005,29(3):467-473.

Pan J,Jiang D,Dai T B,et al.Variation in wheat grain quality grown under different climatic conditions with different sowing dates [J].Acta Phytoecologica Sinica,2005,29(3):467-473.

[22]黃建貝,胡庭興,吳張磊,等.核桃凋落葉分解對(duì)小麥生長(zhǎng)及生理特性的影響 [J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(23):6855-6863.

Huang J B,Hu T X,Wu Z L,et al.Effects of decomposing leaf litter ofJuglansregiaon growth and physiological characteristics ofTriticumaestivum[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(23):6855-6863.

[23]楊珊珊,王茜,胡紅玲,等.銀木凋落葉分解對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響及施肥的緩解作用 [J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2015,21(4):770-776.

Yang S S,Wang Q,Hu H L,et al.Allelopathy ofCinnamomumseptentrionaleleaf litter on maize growth and relieving effect of fertilization [J].Chinese Journal of Applied and Environmental Biology,2015,21(4):770-776.

[24]蔣曉梅.五倍子加工剩余物對(duì)幾種蔬菜生長(zhǎng)的影響 [D].成都:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2016.

Jiang X M.Effect of Chinese gallnut processing residue on the growth of three vegetables [D].Chengdu:Sichuan Agricultural University,2016.

[25]王利利,董民,張璐,等.不同碳氮比有機(jī)肥對(duì)有機(jī)農(nóng)業(yè)土壤微生物生物量的影響 [J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,21(9):1073-1077.

Wang L L,Dong M,Zhang L,et al.Effects of organic manures with different carbon-to-nitrogen ratios on soil microbial biomass of organic agriculture [J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2013,21(9):1073-1077.

[26]Ezatollah E,Fariborz S,Farid S,et al.The effect of salt stress on antioxidant enzymes’ activity and lipid peroxidation on the wheat seedling [J].Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca,2007,35(1):48-56.

[27]趙天宏,孫加偉,付宇.逆境脅迫下植物活性氧代謝及外源調(diào)控機(jī)理的研究進(jìn)展 [J].作物雜志,2008(3):10-13.

Zhao T H,Sun J W,Fu Y.Advances of research on metabolism of plant reactive oxygen species and exogenous regulation under abiotic stresses [J].Crops,2008(3):10-13.

[28]王海波,黃雪梅,張昭其.植物逆境脅迫中活性氧和鈣信號(hào)的關(guān)系 [J].北方園藝,2010(22):189-194.

Wang H B,Huang X M,Zhang Z Q.Relationship between reactive oxygen species and calcium signalling in plant stress [J].Northern Horticulture,2010(22):189-194.

[29]Breusegem F V,Vranova E,Dat J F,et al.The role of active oxygen species in plant signal transduction [J].Plant Sci,2001,161:405-414.

[30]克熱木·伊力,袁琳,齊曼·尤努斯,等.鹽脅迫對(duì)阿月渾子SOD、CAT、POD活性的影響 [J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2004,41(3):129-134.

Karim·Ali,Yuan L,Qiman·Yunus,et al.Effects of salt tolerance on activity of SOD,CAT,POD of pistachio [J].Xinjiang Agricultural Sciences,2004,41(3):129-134.

[31]王娟,李德全.逆境條件下植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累與活性氧代謝 [J].植物學(xué)通報(bào),2001,18(4):459-465.

Wang J,Li D Q.The accumulation of plant osmoticum and activated oxygen metabolism under stress [J].Chinese Bulletin of Botany,2001,18(4):459-465.

[32]夏民旋,王維,袁瑞,等.超氧化物歧化酶與植物抗逆性 [J].分子植物育種,2015,13(11):2633-2646.

Xia M X,Wang W,Yuan R,et al.Superoxide dismutase and its research in plant stress-tolerance [J].Molecular Plant Breeding,2015,13(11):2633-2646.

[33]張敏,蔡瑞國(guó),韓金玲,等.鹽脅迫對(duì)小麥萌發(fā)期幼苗抗氧化酶系統(tǒng)的影響 [J].河北科技師范學(xué)院學(xué)報(bào),2010,24(3):15-19.

Zhang M,Cai R G,Han J L,et al.Effects of salt stress on the activities of antioxidant enzymes in wheat seeding [J].Journal of Hebei Normal University of Science & Technology,2010,24(3):15-19.

[34]高永生,陳集雙.鹽脅迫下鑭對(duì)小麥幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)活性的影響 [J].中國(guó)稀土學(xué)報(bào),2005,23(4):490-495.

Gao Y S,Chen J S.Effects of La3+on antioxidant system in wheat seedling leaves under salt stress [J].Journal of the Chinese Rare Earth Society,2005,23(4):490-495.

[35]馬旭俊,朱大海.植物超氧化物歧化酶(SOD)的研究進(jìn)展 [J].遺傳,2003,25(2):225-231.

Ma X J,Zhu D H.Functional roles of the plant superoxide dismutase [J].Hereditas,2003,25(2):225-231.

[36]李廣敏,唐連順,商振清,等.滲透脅迫對(duì)玉米幼苗保護(hù)酶系統(tǒng)的影響及其與抗旱性的關(guān)系 [J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1994,17(2):1-5.

Li G M,Tang L S,Shang Z Q,et al.Effect of osmotic stress on protective enzyme systems in maize seedlings and their relationship to drought resistance [J].Journal of Agricultural University of Hebei,1994,17(2):1-5.

[37]王蘭蘭,劉新,劉賀楠,等.小麥幼苗對(duì)鹽脅迫和水分脅迫的生理反應(yīng)對(duì)比 [J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,31(1):120-123.

Wang L L,Liu X,Liu H N,et al.Physiological responses of west seedling to water and salt stress [J].Journal of Shen-yang Normal University (Natural Science Edition),2013,31(1):120-123.

[38]靖姣姣,張穎,白志英,等.鹽脅迫對(duì)小麥代換系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響及染色體效應(yīng) [J].植物遺傳資源學(xué)報(bào),2015,16(4):743-750.

Jing J J,Zhang Y,Bai Z Y,et al.The effects of salt stress on osmoregulation substance and chromosome of wheat substitution lines [J].Journal of Plant Genetic Resources,2015,16(4):743-750.

[39]彭巧慧,劉孟雨,姜凈衛(wèi),等.生殖生長(zhǎng)早期水分脅迫降低作物穗粒數(shù)的研究進(jìn)展 [J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,17(1):12-15,27.

Peng Q H,Liu M Y,Jiang J W,et al.Research progress of water stress leading to reduced grain bumber of crops during early reproductive stage [J].Journal of Hebei Agricultural Sciences,2013,17(1):12-15,27.

[40]Nguyen G N,Hailstones D L,Wilkes M,et al.Drought-induced oxidative conditions in rice anthers leading to a programmed cell death and pollen abortion [J].Journal of Agronomy and Crop Science,2009,195:157-164.

[41]麥博儒,鄭有飛,梁駿,等.模擬酸雨對(duì)小麥葉片同化物、生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2008,19(10):2227-2233.

Mai B R,Zheng Y F,Liang J,et al.Effects of simulated acid rain on leaf photosynthate, growth, and yield of wheat [J].Chinese Journal of Applied Ecology,2008,19(10):2227-2233.

[42]Unkovich M,Baldock J,Forbes M.Variability in harvest index of grain crops and potential significance for carbon accounting: examples from Australian agriculture [J].Advances in Agronomy,2010,105:173-219.