报废火药水解产物在冬小麦上应用的生物效应

林海涛+刘兆辉+张余清+李燕+孙贵之+张玉凤+牛加新+王江涛

摘要：我国每年有大量报废火药产生。报废火药的肥料化利用是一条重要途径。笔者通过种子萌发试验和盆栽试验，分别研究了报废火药水解产物对小麦萌发和灌浆期关键生理生化指标的影响；通过田间试验研究了含报废火药水解产物的叶面肥对冬小麦产量及其构成因子、经济效益、营养品质的影响。结果表明：报废火药水解产物，在浓度范围为0.01%～0.1%时能促进小麦种子萌发和幼苗生长，增加根冠比；当浓度为0.1%时，叶面喷施能显著提高冬小麦灌浆期旗叶叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低丙二醛含量，提高根系活力。含报废火药水解产物的叶面肥能提高冬小麦公顷穗数和穗粒数；大幅增加冬小麦产量和经济效益，分别较对照增加19.4%和2 395.3元/hm2；明显提高小麦籽粒粗蛋白和淀粉含量，分别较对照提高11.11%和10.74%。

关键词：报废火药水解产物；冬小麦；生理生化；产量；营养品质；经济效益

中图分类号：S512.1+10.62文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）12-0072-04

Abstract A lot of powders are scrapped every year in China. Used as fertilizer may be an important way for their safe utilization. Through seed germination experiment and pot test， the effects of scrapped propellant decomposition products（SPDP） were studied on seed germination and key physiological and biochemical indicators of flag leaves at filling stage of wheat.Field experiment was conducted to study the effects of spraying foliar fertilizer containing SPDP on the winter wheat economic benefit，yield and its components， and nutritional quality. The results showed that SPDP could promote wheat seed germination and seedling growth， and increase the ratio of root to shoot in the concentration range of 0.01%～0.1%. Foliar application at the concentration of 0.1% could significantly improve the chlorophyll content， SOD and root activity，but decreased the content of MDA in the winter wheat flag leaves. The foliar fertilizer containing SPDP could increase the panicle number per hectare and grain number per panicle， so the yield and economic benefit of winter wheat could significantly increase by 19.4% and 2395.3 yuan per hectare compared to the control. It could also increase the content of crude protein and starch by 11.11% and 10.74%compared to the control.

Keywords Scrapped propellant decomposition products （SPDP）； Winter wheat； Physiology and biochemistry； Yield； Nutritional quality； Economic benefits

目前，我國储存了大量超过储存年限以及随着科技发展被淘汰的报废火药，其数量还在不断增加。报废火药与其它废弃物不同，它为含能材料，不安全且有一定毒性，其储存和处理时都存在较大危险性。如何能安全、有效、无环境污染地处理大批量的报废火药一直都是世界各国面临的难题。

通常，处置报废火药的方法是焚烧，这样不仅浪费资源、污染环境，还消耗大量的人力、财力，且存在较大危险性。从长远看，资源化利用是退役火药最有效的处置方式。国外利用报废火药含有较高氮营养特点，曾用其试制缓释肥，通过土壤和植物处理方式来处置报废火药，取得良好生物效应[1，2]。中国人民解放军72465部队通过“碱水解”成功地实现报废火药的安全水解，但水解产物在农业上的应用研究尚未见报道。水解产物主成分为无机氮、糖类物质和腐植酸，基本不含火药成分，这为其农用提供了可能[3-6]。

小麦是我国主要粮食作物之一，“一喷三防”作为确保小麦增产的一项关键技术措施在我国小麦主产区得到大力推广。鉴于此，研究报废火药水解产物在冬小麦上应用的生物效应，用其开发适于冬小麦“一喷三防”的叶面肥，则可为推动报废火药的资源化利用以及保障国家粮食安全提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

报废火药水解母液，由中国人民解放军济南军区72465部队提供，用1∶1的盐酸调pH值至8.05。小麦品种为济麦22。种子萌发用材料：直径9 cm培养皿和定性滤纸。盆栽用材料：直径3 mm石英砂、霍格兰营养液及直径18 cm塑料盆。大田试验用材料：市售腐植酸叶面肥（总养分为20%，养分式为8-6-6）；自制报废火药型叶面肥，由报废火药水解产物添加无机态氮磷钾组配而成（总养分为200 g/L，养分式为8-6-6，水解产物所占体积比为50%）。大田试验于2014年在山东省桓台县中国农大综合试验站进行。土壤为褐土，耕层（0～20 cm）有机质含量为11.1 g/kg，碱解氮53.9 mg/kg，有效磷25.9 mg/kg，速效钾197.0 mg/kg，pH值为8.9。endprint

1.2 试验设计

小麦种子萌发试验设置5个浓度处理，即100%、10%、1%、0.1%、0.01%水解火药母液。对照清水。

盆栽试验设置4个处理，即t1：叶面喷施清水（CK）；t2：叶面喷施硝酸钾，喷施浓度为0.1%；t3：叶面喷施腐植酸钾，喷施浓度为0.1%；t4：叶面喷施报废火药水解母液，噴施浓度为0.1%。

大田试验设置4个处理，即T1：常规施肥（CK）；T2：常规施肥+叶面喷施清水；T3：常规施肥+叶面喷施腐植酸型叶面肥；T4：叶面喷施水解火药型叶面肥。

1.3 试验方法

小麦种子萌发试验：采用光照培养箱，各处理重复4次，每个重复3皿，皿内滤纸上100粒种子。

盆栽试验：在玻璃温室内进行，各处理重复4次，每个重复3盆，定期更换霍格兰营养液，报废火药水解产物喷施在小麦灌浆期进行，喷施浓度为0.1%。

大田试验：采用小区试验，随机区组排列，每个处理重复3次，小区面积为3 m×20 m=60 m2。叶面肥在整个生育期共喷施两次，一次在返青-拔节期，一次在扬花期。市售腐植酸型叶面肥每次公顷用量300 g，对水225 L；水解火药型叶面肥每次公顷用量750 mL（浓度为40%），对水225 L，均匀喷洒在小麦叶面。整个试验过程中，除了喷施肥料不同，底肥和追肥以及灌溉、除草、喷洒农药等其它农艺措施均相同。

1.4 项目测定

发芽率：以3个培养皿为统计单元计算发芽率。

根数：用平均根数表示，即：根数/种子数。

芽长：用平均芽长表示，即：芽长/种子数。

盆栽试验中，旗叶叶绿素含量采用乙醇浸提比色法测定，旗叶丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法测定，旗叶超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑光化还原法测定，根系活力（TTC）采用氯化三苯基四氮唑法测定，以上指标均于小麦灌浆期测定。

大田试验中，小麦成熟时，每小区选9 m2收获测产，同时取1 m双行小麦用于考种。考种指标：公顷穗数、穗粒数、千粒重。品质指标中，粗蛋白含量测定采用《GB/T 5511—2008 谷物和豆类 氮含量测定和粗蛋白质含量计算——凯氏法》；淀粉含量测定采用《GB/T 5514—2008粮油检验粮食、油料中淀粉含量测定》。

1.5 数据处理

所有数据采用DPS 7.05和Microsoft Excel 2003进行处理，用邓肯氏新复极差法（DMRT）对试验数据进行比较分析。

2 结果与分析

2.1 水解火药母液浓度对冬小麦萌发的影响

从表1中可以看出，小麦种子发芽率随水解火药母液浓度的降低呈增加趋势，当浓度≥1%时，小麦种子萌发受到抑制，浓度100%时种子不能萌发。究其原因可能与水解母液含盐量较高有关（经测定，水解母液含氮量为4%，氮素形态主要是硝态氮和铵态氮）。当施用浓度≤0.1%时，对小麦种子萌发无显著影响。小麦芽长，施用浓度为1%时表现为促进，但施用浓度为0.01%时表现为抑制。施用浓度≤10%时，对发根数无显著影响，但对根长影响显著，当施用浓度≥1%时，根长显著变短。施用浓度<0.1%时，对冬小麦的根冠比有促进作用，施用浓度>0.1%时则有抑制作用。综上，水解火药母液适宜施用浓度为0.01%～0.1%，可促进冬小麦种子萌发和生长。

2.2 不同处理对冬小麦生理生化的影响

由表2可知，叶面喷施硝酸钾、腐植酸钾、水解火药母液均能显著提高冬小麦灌浆期旗叶叶绿素含量、根系活力、旗叶SOD活性，而后者较前两者优。叶面喷施腐植酸钾、水解火药母液均能显著降低冬小麦灌浆期旗叶丙二醛含量，而后者较前者效果显著。

2.3 不同处理对冬小麦产量构成因子的影响

不同处理冬小麦产量构成因子表现见表3。公顷穗数，在常规施肥（T1）基础上喷施清水（T2）较T1有所增加，但差异不显著，而在T1基础上喷施市售腐植酸型叶面肥（T3）、水解火药型叶面肥（T4）处理增加显著，且T4优于T3。穗粒数，T2、T3处理较 T1有所增加，但不显著，而在常规施肥基础上喷施水解火药型叶面肥（T4）增加显著。千粒重，T2、T4比T1有所增加，但差异不显著，T3较T1增加显著。

2.4 不同处理对冬小麦产量和经济效益的影响

不同处理冬小麦产量和经济效益结果见表4。产量，T4>T3>T2> T1，较对照（T1）分别增产19.4%、12.2%、2.9%，且T3、T4与T1产量差异达到显著水平，T3、T4产量差异也达显著水平。产值和相对收益，水解火药型叶面肥（T4）最高，较对照（T1）每公顷分别增加3 010.30元和2 395.30元。

2.5 不同处理对冬小麦营养品质的影响

由表5看出，不同处理冬小麦粗蛋白含量，T4>T3>T2>T1，较对照（T1）分别增加11.11%、5.86%、1.80%；淀粉含量，T4>T3>T2>T1，较对照（T1）分别增加10.74%、4.62%、0.93%。

3 讨论与结论

水解火药母液在0.01%～0.1%浓度下，能促进小麦种子萌发和幼苗生长，增加根冠比，有利于培育壮苗。水解火药母液叶面喷施能够显著提高冬小麦灌浆期旗叶光合作用、根系吸收能力以及抗逆性，降低逆境伤害。水解火药型叶面肥能提高冬小麦公顷穗数和穗粒数；大幅提高冬小麦产量和经济效益，较对照产量增加19.4%，经济效益提高2 395.3元/hm2；改善冬小麦品质，粗蛋白和淀粉含量，分别较对照提高11.11%和10.74%。

水解火药母液对冬小麦发芽率的影响、幼苗期生长的促进作用以及灌浆期抗逆性的提高可能与母液含有黄腐酸有关。高鸿生[7]在研究腐植酸拌种对春小麦出苗率的影响时发现，腐植酸的浓度越高越不利于春小麦出苗，这与本研究结果是一致的。杨晓玲[8]研究发现，用浓度为50～100 mg/L黄腐酸小麦浸种，能促进幼苗生长，增加根/冠比值，并能降低丙二醛的含量。冬小麦抗逆性的提高也可能与水溶性多糖的存在有关，杨小峰等[9]的研究结果表明，甘草多糖能降低胁迫条件下叶片丙二醛的含量，提高超氧化物歧化酶的活性，从而对小麦叶片的膜损伤和相关酶具有保护作用。水解火药母液对冬小麦灌浆期叶绿素含量及根系活力的提高也可能与母液含有黄腐酸有关[10，11]水解火药型叶面肥对公顷穗数的影响也可能与黄腐酸有关，常鸿[12]研究表明，黄腐酸能促进小麦分蘖；穗粒数的增加或许与多糖有关；赵康等[13]的研究结果表明，施用海藻多糖不仅能明显增加小麦穗粒数，而且可以提高蛋白质含量。水解火药叶面肥对冬小麦产量的提高是综合作用的结果。

参 考 文 献：

[1] 胡恩平，李成国，肖东胜，等. 国外报废弹药处理的过去、现在与未来[J]. 安全，2002，23（1）：45-46.

[2] 常文平，杜仕国，江劲勇，等. 国外废弃含能材料非含能化处理技术的现状[J]. 河北化工， 2010，33（11）：26-28.

[3] 俞慧红，竺巧玲，戴飞，等. 多糖抗氧化作用的研究现状[J]. 食品研究与开发，2008，29（3）：172-176.

[4] 张运红，赵小明，尹恒，等. 寡糖浸种对小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 河南农业科学，2014，43（6）：16-21.

[5] 王奇书，王拴柱，王天立. 腐植酸类物质对植物的生理作用[J]. 腐植酸，2001（3）：33-40.

[6] 谷端银，王秀峰，魏珉，等. 腐植酸类物质与植物抗逆性研究进展[J]. 山东农业大学学报，2016，47（3）：321-326.

[7] 高鸿生. 腐植酸拌种对春小麦幼苗生长的影响[J]. 腐植酸，1999（3）：17-18，24.

[8] 杨晓玲. 黄腐酸及小麦专用黄腐酸浸种对小麦幼苗生长及干旱条件下的生理影响[J].腐植酸，1996（3）：20-21.

[9] 杨小峰，侯梦雪，李志英，等. 甘草多糖对小麦叶片膜损伤的保护作用[J]. 海南师范大学学报，2015，28（4）：418-420.

[10]郑平. 煤炭腐植酸的生产和应用[M]. 北京：化学工业出版社，1991：1-5.

[11]马瑞昆，贾秀领，蹇家利，等. 黄腐酸对小麦的生理作用及在节水栽培上的应用[J]. 腐植酸，1995（3）：17-25.

[12]常鸿. 保水剂、抗旱剂对小麦的生长和产量效应[J]. 腐植酸，1991（4）：24-33.

[13]赵康，王海华. 施用含海藻多糖尿素对小麦生长、产量的影响[J]. 园艺与种苗，2016（8）：63-65.endprint