优化污水尾水灌溉：稀释污水对油菜生长及生化性状的调控机制研究

《Scientific Reports》：Optimizing canola growth and biochemical attributes using diluted sewage effluent as an alternative irrigation source

本研究针对淡水短缺地区农业灌溉难题，探索稀释污水尾水（SE）作为替代水源的可行性。研究人员通过盆栽试验比较60%稀释SE与自来水灌溉对四个油菜品种（CON III、AARI Canola、Punjab Canola、Faisal Canola）生长的影响，发现SE可显著提升植株生物量、光合色素含量及籽粒产油率，并降低氧化应激指标（如MDA、H2O2）。该研究为水资源可持续利用与农业安全生产提供了低成本解决方案。

　　

随着全球人口激增与气候变化加剧，淡水短缺已成为威胁农业生产的核心问题。在巴基斯坦，人均水资源占有量从1951年的5000 m3骤降至2005年的1100 m3，预计到2025年将进一步萎缩至800 m3。农民被迫使用未经处理的污水灌溉作物，但这些污水中富含重金属（如Cd）、有机污染物和病原微生物，可能通过土壤-植物系统进入食物链，引发健康风险。与此同时，巴基斯坦耕地普遍存在养分匮乏问题：90%的土壤缺磷，40%缺钾，有机质含量低至0.5%。如何平衡水资源再利用与生态环境安全，成为亟待突破的科学难题。

在此背景下，研究团队以全球重要油料作物油菜（Brassica napus L.）为模型，评估稀释污水尾水（Sewage Effluent, SE）作为灌溉水源的可行性。发表于《Scientific Reports》的这项研究，通过系统分析SE对油菜生长、生理生化指标及养分吸收的影响，为污水资源化农业利用提供了理论依据。

关键技术方法

研究采用完全随机设计（Completely Randomized Design, CRD），设置4个重复，比较自来水与60%稀释SE（SE与自来水体积比60:40）灌溉下4个油菜品种的响应。测定指标包括株高、生物量、光合色素（叶绿素a、b、类胡萝卜素）、抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT、APX）、渗透调节物质（脯氨酸、抗坏血酸）及矿质元素（N、P、K、Na）含量。数据通过OriginPro进行方差分析与多重比较（Tukey检验，p<0.05）。

研究结果

生长性状与产量形成

SE灌溉显著提升所有油菜品种的株高（增幅50.18%-55.76%）、茎干重（66.96%-89.45%）、单株叶片数（47.55%-96.79%）和开花分枝数（55.34%-79.82%）。其中Punjab Canola在综合生长指标中表现最优，而Faisal Canola的茎干重增幅最高（89.45%）。

繁殖性状方面，SE处理使单株角果数增加49.26%-66.96%，种子产量提高51.40%-83.51%，籽粒含油率提升9.87%-16.14%。Punjab Canola的种子产量增幅最显著，而AARI Canola的含油率提升最高。

光合色素与抗氧化系统

SE灌溉显著提高叶绿素a（57.72%-81.48%）、叶绿素b（39.28%-75.53%）和类胡萝卜素（59.58%-99.61%）含量，其中AARI Canola的叶绿素a增幅最大（81.48%）。

同时，SE处理降低氧化应激水平：地上部与根部脯氨酸含量降幅达18.57%-88.82%，抗坏血酸减少26.75%-72.03%，过氧化氢（H₂O₂）和丙二醛（MDA）分别下降28.74%-78.47%与58.04%-92.72%。抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性同步下调，表明SE通过营养供应缓解了植物氧化损伤。

2O₂（C/D）的影响'>

矿质元素吸收

SE促进养分积累：地上部氮（N）、磷（P）、钾（K）含量分别提升18.54%-22.48%、29.82%-43.72%和26.43%-30.59%，而钠（Na）含量下降32.84%-67.42%。根部养分吸收趋势与地上部一致，且Na降幅达50.20%-97.75%，显示SE优化了离子平衡。

结论与展望

研究表明，60%稀释SE可作为一种安全有效的灌溉替代水源，显著促进油菜生长与产量形成，其机制与SE中富含的N、P、K等养分提升光合效率、缓解氧化应激密切相关。Punjab Canola表现出最优的适应性，是污水灌溉农业的潜力品种。该研究为水资源短缺地区的农业可持续发展提供了实践路径，但长期田间试验仍需跟进，以评估重金属累积、土壤微生物动态及极端环境下的植物耐受性。