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再生水灌溉对饲用小黑麦品质的影响



全 文 :麦类作物学报 2012,32(3):460-464
Journal of Triticeae Crops
再生水灌溉对饲用小黑麦品质的影响
*?
李晓娜1,武菊英1,孙文元2,郑 伟1
(1.北京草业与环境研究发展中心,北京100097;2.沧州市农林科学院,河北沧州061001)
摘 要:为了推动再生水在干旱半干旱地区的安全利用,进一步拓宽再生水的利用范围,在沧州污水处
理厂采用田间试验,研究了再生水灌溉对饲用小黑麦品质的影响。结果表明,再生水灌溉能够显著增加小黑
麦籽粒淀粉含量以及籽粒与秸秆中的粗蛋白含量,可以显著提高籽粒中铜、锌、磷的含量以及秸秆中钠、钾、
钙、镁和磷的含量;再生水灌溉后,小黑麦籽粒中镉、铅含量与对照相比虽有显著增加,但均未超过饲料卫生标
准。由此说明再生水短期灌溉对小黑麦品质无不良影响,且对其淀粉、粗蛋白、矿质元素含量等品质有一定的
改善作用。但如果进行长期灌溉,要注意定期监测镉、铅两种重金属含量,防止这两种重金属在其籽粒中
积累。
关键词:小黑麦;再生水;灌溉;品质
中图分类号:S512.4;S330    文献标识码:A    文章编号:1009-1041(2012)03-0460-05
Influence of Reclaimed Water Irrigation on Forage Triticale Quality
LI Xiao-na1,WU Ju-ying1,SUN Wen-yuan2,ZHENG Wei 1
(1.Beijing Research &Development Center for Grass and Environment,Beijing 100097,China;
2.Cangzhou Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Cangzhou,Hebei 061001,China)
Abstract:As a new substitute water resource,reclaimed water is worth for generalizing in pasture ir-
rigation.The influence of reclaimed water irrigation on the quality of forage triticale was studied in
Cangzhou sewage treatment factory.The result showed that(1)Reclaimed water irrigation could in-
crease the starch content in the seeds of triticale and the crude protein content in the seeds and stems
of triticale significantly.(2)Comparing with that of fresh water irrigation,reclaimed water irrigation
could increase the contents of Cu,Zn and P in the of the seeds of triticale and the contents of Na,K,
Ca,Mg and P in the stem of triticale.(3)Reclaimed water irrigation could increase the contents of
cadmium and plumbum in the seeds of triticale,but which stil was less than the national standard of
feed health.So the effect of reclaimed water irrigation on the quality of forage triticale was not signifi-
cant in the short term,and we should monitor the contents of cadmium and plumbum in the seeds of
forage triticale if it was irrigated by reclaimed water in long term.
Key words:Forage triticale;Reclaimed water;Irrigation;Quality
  国内外的大量实践证明,利用再生水灌溉城
市绿地或农田,不仅可以变废水为可利用的水资
源,缓解干旱地区水资源的供需矛盾,而且可以为
植物生长提供大量的营养物质,促进植物的生长,
同时也解决了城市地区污水进行深度处理的
问题。
再生水灌溉对农产品质量的影响是关注的焦
点之一。有研究表明,再生水灌溉莴苣、胡萝卜、
白菜、芹菜、菠菜、番茄等蔬菜可获得与常规水肥
灌溉条件下相似的产量和品质[1];再生水灌溉能
*收稿日期:2011-12-10   修回日期:2012-03-22
基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA100205-01)。
作者简介:李晓娜(1977-),女,博士,副研究员,主要从事再生水灌溉及生态恢复重建方面的研究。E-mail:lxn1977@126.com
增加牧草对氮的吸收[2],能增加青贮玉米对大量
元素和微量元素的吸收[3],表明再生水可以用来
进行饲料作物灌溉,但在家畜采食过程中要特别
注意饲料中硝酸盐的积累问题。夏伟立等研究发
现污水灌溉对蔬菜品质没有负面影响[4];周瑞莲
等研究发现采用盐水灌溉狗牙根牧草,产草量与
对照相比平均增加128.6%[5];刘洪禄等用二级
处理再生水灌溉夏玉米与冬小麦,发现再生水灌
溉能增加夏玉米籽粒中氮和磷的含量[6];吴文勇
等在果菜类蔬菜上的研究表明,再生水灌溉能显
著增加蔬菜产量,对其品质无负面影响[7]。综上
所述,学者们筛选出了一批可以进行再生水灌溉
的农作物及蔬菜,为再生水在农田灌溉中的安全
利用开展了大量的研究工作。而饲用小黑麦作为
推动干旱、半干旱区种植业和畜牧业协调发展的
新型作物,在农业结构调整中正发挥着重要作
用。但关于再生水灌溉对饲用小黑麦生长及品质
的影响研究尚未见有相关报道。因此,本研究在
沧州污水处理厂采用田间试验,检测了再生水灌
溉对饲用小黑麦品质的影响,以期为再生水在灌
溉饲用小黑麦等牧草的安全性提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
饲用小黑麦品种为中饲828,购自北京克劳
沃草业技术开发中心。
1.2 灌溉水源
沧州市自来水(FW)、再生水(RW)(沧州市
污水处理厂二级处理出水)。灌溉水质量见表1。
表1 灌溉水质调查
Table 1 The principal characteristics of the reclaimed water(initial values)
处理 pH  EC  Cl- K+ Mg2+ Na+ Ca2+ 总氮 总磷 Cr  Cd  Pb
RW  7.70  2.450  607.08  15.48  30.56  642.60  124.80  19.94  0.87  8.00  1.20  6.37
FW  7.15  0.783  150.66  3.12  23.14  95.88  121.16  1.85  0.11  6.38  0.01  3.24
  EC的单位为ms·cm-1;Cl-至总磷的单位为mg·L-1;Cr至Pb的单位为μg·L-1。
表2 研究区域生育期有效降雨量及灌溉量
Table 2 Precipitation and irrigation amount during growth
season in the experimental site  mm
灌溉时间 2009年 2010年
3月灌溉量 40  40
4月灌溉量 60  70
5月灌溉量 60  90
降雨量 561  513
1.3 试验设计
试验田位于沧州污水处理厂院内,分别于
2009、2010年4月上旬播种,同年6月中旬收割。
播种量为224kg·hm-2,行距为20cm,并底施
磷酸氢二铵750kg·hm-2,硫酸钾450kg·
hm-2。试验前已有两年再生水灌溉历史,前茬作
物为高羊茅。试验采用随机区组设计,3次重复,
小区面积24m2,同一灌溉水源小区间隔0.5m,
不同灌溉水源小区间隔0.8m,小区之间用0.8m
深度PVC板隔开防止水分互相渗透。小区内安
装土壤水分测量仪,结合研究区域实际有效降雨
量确定灌溉量和灌溉次数。研究区域降雨量、灌
溉量及土壤基本情况调查见表2和表3,根据土
壤环境质量标准[8],研究区土壤属于二级土壤。
1.4 测试项目及方法
饲用小黑麦收获时在小区内随机选取3个
1m2样方,采集其秸秆和籽粒样本,带回实验室
105℃杀青30min,70℃烘干粉碎后备用。分析
其可溶性糖、淀粉、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、铅、
镉、铬、磷、铁、锰、铜、锌、钾、钠、钙、镁、氯含量。
其中铁、锰、铜、锌、钾、钠、钙、镁含量采用 HNO3-
HClO4 消煮原子吸收火焰光度法测定[9],铅、镉、
铬含量采用 HNO3-HClO4 消煮原子吸收石墨炉
法[10]测定,磷含量采用 H2SO4-H2O2 消煮-连续
流动分析仪[9]测定,粗蛋白含量采用凯氏定氮
法[10]测定,粗纤维采用酸性洗涤剂法(ADF)[10]
测定,粗脂肪采用索氏脂肪提取器提取法[10]测
定,可溶性糖、淀粉含量采用蒽酮比色法[10]测定。
1.5 数据处理方法
文中所有数据统计分析均在SAS软件下进行。
·164·第3期             李晓娜等:再生水灌溉对饲用小黑麦品质的影响
表3 灌溉前试验地土壤的基本情况
Table 3 The principal characteristics of the soils at different depth before irrigation(initial values)
项 目
土壤深度/cm
0~10  10~20  20~30  30~40  40~60  60~100
pH  7.75  7.86  7.88  8.36  8.52  8.11
EC/(ms·cm-1) 0.275  0.300  0.352  0.275  0.374  0.374
Cl-/% 0.0123  0.0148  0.0177  0.0070  0.0141  0.0261
NH4+-N/(mg·kg-1) 2.34  2.44  2.48  2.38  2.41  2.79
SOM/% 0.97  1.09  1.41  1.07  1.16  1.38
TN/% 0.0514  0.0592  0.0709  0.0376  0.0544  0.0468
TP/% 0.234  0.218  0.216  0.226  0.184  0.231
TK/% 1.34  1.14  1.48  1.45  1.43  1.70
Cd/(mg·kg-1) <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
Cr/(mg·kg-1) 55.94  62.57  61.73  53.07  58.80  59.29
Pb/(mg·kg-1) 33.13  37.19  41.72  34.85  38.91  40.94
2 结果与分析
2.1 再生水灌溉对饲用小黑麦籽粒品质的影响
2.1.1 再生水灌溉对饲用小黑麦籽粒可溶性糖、
淀粉等常规品质的影响
图1为饲用小黑麦籽粒品质两年检测结果。
2009年,再生水灌溉的小黑麦籽粒可溶性糖、粗
纤维、粗脂肪、淀粉、粗蛋白含量与自来水灌溉相
比差异均不显著,再生水灌溉的小黑麦籽粒淀粉
与粗蛋白含量有所增加,增加幅度分别为0.7%
和1.6%;2010年,再生水灌溉的小黑麦籽粒可溶
性糖、粗纤维、粗脂肪含量与自来水灌溉相比仍无
显著差异;但与自来水灌溉相比,再生水灌溉能显
著增加小黑麦籽粒淀粉与粗蛋白含量,增加幅度
分别达9.6%和34.3%。综上所述,随着灌溉年
限的增加,再生水对小黑麦籽粒常规品质的改善
具有一定的促进作用。
2.1.2 再生水灌溉对饲用小黑麦籽粒矿质养分
含量的影响
表4结果表明,2009年,再生水灌溉条件下,
除锌以外,小黑麦籽粒中钠、钾、钙、镁、铜、铁、锰、
磷的含量与对照相比均无显著差异;2010年,再
生水灌溉条件下,小黑麦籽粒中钠、钾、钙、镁、铁、
锰的含量与对照间无显著差异,但与对照相比,再
生水灌溉下小黑麦籽粒的铜、锌和磷含量显著增
加,增加幅度分别为21.5%、56.6%和7.59%。
2.2 再生水灌溉对饲用小黑麦秸秆品质的影响
2.2.1 再生水灌溉对饲用小黑麦秸秆粗纤维、粗
脂肪、粗蛋白含量的影响
由图2可知,2009年与2010年,再生水灌溉
条件下小黑麦粗纤维含量与自来水灌溉相比均无
显著差异;2009年再生水灌溉条件下,小黑麦粗
脂肪含量与自来水灌溉相比无显著差异,但2010
年与自来水灌溉相比,再生水灌溉能显著增加小
黑麦秸秆粗脂肪含量,增加幅度达48.0%;2009
年与2010年再生水灌溉条件下,小黑麦秸秆中蛋
图1 不同灌溉水质对小黑麦籽粒常规品质的影响
Fig.1 The influence of reclaimed water irrigation on the quality of triticale seed
·264· 麦 类 作 物 学 报                  第32卷
表4 再生水灌溉对小黑麦籽粒矿物质含量的影响
Table 4 The influence of reclaimed water irrigation on the contents of mineral elements in the seeds of triticale
mg·kg-1
年度 处理 Na  K  Ca  Mg  Cu  Zn  Fe  Mn  P
2009年 自来水 92.02a 4552.2a 183.3a 1532.3a 4.35a 23.00b 105.84a 20.85a 3391.0a
再生水 94.09a 4776.2a 181.3a 1515.8a 4.76a 35.96a 106.50a 20.76a 3478.3a
2010年 自来水 97.76a 4861.8a 191.1a 1529.2a 4.41b 24.86b 106.21a 20.03a 3441.7b
再生水 93.91a 4754.1a 181.7a 1618.7a 5.36a 38.93a 108.62a 21.81a 3724.4a
白质含量较自来水灌溉均有显著增加,增幅分别
达16.6%与27.9%,与再生水灌溉对其籽粒中蛋
白质含量的影响相一致。
2.2.2 再生水灌溉对饲用小黑麦秸秆矿质养分
含量的影响
2009年再生水灌溉条件下,小黑麦秸秆中
钠、钾、镁、铜、锌、铁、锰、磷含量均比对照有所增
加,但所有矿质养分含量与对照相比无显著差异。
2010年与自来水灌溉相比,再生水灌溉能显著增
加小黑麦秸秆中钠、钾、钙、镁、磷的含量,增加幅
度分 别 为 48.8%,28.5%,24.3%,32.5%,
49.2%,再生水灌溉条件下小黑麦秸秆中铜、锌、
铁、锰的含量与对照间无显著差异。
2.3 再生水灌溉对饲用小黑麦重金属含量的影响
由表6所示,2009与2010年,再生水灌溉后
小黑麦籽粒镉和铅的含量与对照相比均有显著增
加,平均增加幅度分别达497%与66.5%。对铬
含量则无显著影响。再生水灌溉后,小黑麦秸秆
中镉含量两年均极显著高于对照,铬与铅的含量
与对照差异不显著。再生水灌溉条件下,2010年
小黑麦籽粒与秸秆中镉、铬、铅的含量均比2009
年有所增加。相同灌溉水源条件下,秸秆中三种
重金属含量均显著高于籽粒,尤其是铅的含量增
加幅度高达8000%左右,这一结果可能与铅的来
源主要是大气降尘有关,因秸秆暴露在空气中,而
籽粒具有颖壳避免了与大气降尘的直接接触,从
而导致秸秆与籽粒铅含量的显著差异。结合水质
情况,可以看出饲用小黑麦籽粒与秸秆中镉与铅
的含量均随水质表现出一定程度的累积,但铬的
含量无显著累积现象。
图2 灌溉水质对小黑麦秸秆粗纤维、粗脂肪、粗蛋白含量的影响
Fig.2 The influence of reclaimed water irrigation on the contents of crude fiber,
crude fat and protein in the stem of triticale
表5 再生水灌溉对小黑麦秸秆矿物质含量的影响
Table 5 The influence of reclaimed water irrigation on the contents of mineral elements in the stem of triticale
灌溉年限 处理 Na/% K/% Ca/% Mg/% Cu/(mg·kg-1)
Zn
/(mg·kg-1)
Fe
/(mg·kg-1)
Mn
/(mg·kg-1) P
/%
2009年 自来水 0.0707a 2.142a 0.1781a 0.0705a 1.21a 2.23a 366.08a 29.68a 0.0359a
再生水 0.0740a 2.202a 0.1674a 0.0710a 1.47a 2.38a 376.15a 30.16a 0.0390a
2010年 自来水 0.0723b 1.6025b 0.1879b 0.0895b 1.51a 2.73a 356.61a 31.09a 0.0306b
再生水 0.1076a 2.059a 0.2336a 0.1186a 1.52a 2.74a 316.58a 32.45a 0.0456a
·364·第3期             李晓娜等:再生水灌溉对饲用小黑麦品质的影响
表6 再生水灌溉对小黑麦重金属含量的影响
Table 6 The influence of reclaimed water irrigation on the contents of heavy metal elements in triticale
年限 处理
籽 粒
Cd/(μg·kg-1) Cr/(mg·kg-1) Pb/(μg·kg-1)
秸 秆
Cd/(μg·kg-1) Cr/(mg·kg-1) Pb/(mg·kg-1)
2009年 自来水 0.430b 7.65a 5.002b 6.53b 13.96a 0.4069a
再生水 2.234a 7.70a 7.956a 15.67a 15.06a 0.4598a
2010年 自来水 0.428b 7.68a 4.995b 6.87b 14.55a 0.4047a
再生水 2.880a 7.69a 8.683a 18.76a 15.79a 0.4862a
3 讨 论
再生水灌溉有利于增加小黑麦籽粒中淀粉含
量,这与刘洪禄等在冬小麦上的研究结果[8]一致。
究其原因,有可能是再生水中适量的氯有利于作
物碳水化合物的合成和转化[11],从而促进了小黑
麦籽粒中淀粉含量的增加。
再生水灌溉对小黑麦籽粒与秸秆中粗蛋白含
量的影响一致,均表现为与对照相比显著增加,这
一结果与刘洪禄等在冬小麦和夏玉米上的研究结
果[6]相一致。与种植第一年相比,小黑麦种植第
二年,再生水灌溉条件下其籽粒淀粉和粗蛋白含
量均较自来水灌溉有更大幅度的提高,究其原因
有可能是在种植第二年,5月份降雨较少,因此在
小黑麦灌浆期增加了一次灌溉所致。
再生水灌溉对小黑麦籽粒矿质元素的影响主
要集中在铜、锌、磷三种元素,而对秸秆的影响则
表现为钠、钾、钙、镁和磷。
重金属镉、铅和铬对植物来说,都是具有高毒
性的非必须元素。再生水中这三种重金属含量均
高于自来水。在用于灌溉后,小黑麦籽粒中镉、铅
含量与对照相比均有显著增加,但均未超过饲料
卫生标准(镉≤1.0mg·kg-1,铅≤5mg·
kg-1)[13]。马敏等在再生水灌溉对玉米品质影响
的试验中发现经二级再生水灌溉下玉米籽粒中镉
与对照相比表现出一定程度的累积[12],本研究与
其研究结论相符。
综上所述,再生水短期灌溉对饲用小黑麦品
质无不良影响,且对其淀粉、矿质元素等品质具有
改善作用,但如果进行长期灌溉,必须注意定期监
测镉、铅两种重金属含量,防止这两种重金属在籽
粒中积累。
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·464· 麦 类 作 物 学 报                  第32卷