濃縮沼液浸種對(duì)水稻甬優(yōu)12種子萌發(fā)及幼苗質(zhì)量的影響

李國(guó)雷，廖敏，呂婷，丁亞麗，陳樹森

(1.浙江省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310058； 2.象山縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 象山 315700; 3.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

沼氣工程已成為處理農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖糞便及作物秸稈等廢棄物，減少其環(huán)境污染的重要措施，但其發(fā)酵尾產(chǎn)物沼渣、沼液的去向成為環(huán)保及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域新的關(guān)注熱點(diǎn)。經(jīng)過發(fā)酵，雖然尾產(chǎn)物中有機(jī)質(zhì)含量顯著下降，但尾產(chǎn)物沼液中仍含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素、氨基酸、腐植酸、生長(zhǎng)素、水解酶、維生素等生物活性物質(zhì)，具有生物肥料和生物農(nóng)藥的雙重特性[1-2]。將沼液作為有機(jī)肥施于農(nóng)田，不僅能夠提高作物產(chǎn)量、改善土壤品質(zhì)，而且可以減少化肥和農(nóng)藥的施用，提高資源利用效率[2-3]。但沼液養(yǎng)分含量低，直接施用肥效不高，物流成本大，缺乏相應(yīng)的肥料標(biāo)準(zhǔn)，因而難以商品化。隨著膜處理技術(shù)的發(fā)展，研究表明，采用反滲透和納濾膜濃縮技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)沼液10倍濃縮[4]，由此生產(chǎn)的濃縮沼液便于貯藏運(yùn)輸、節(jié)約水肥成本，是一種良好的液體有機(jī)肥，有助于沼液肥的商品化。

沼液在水稻種植過程中的應(yīng)用有不少報(bào)道，但結(jié)論卻存在較大差異。多數(shù)研究認(rèn)同施用沼液可以提高水稻產(chǎn)量和質(zhì)量，減輕病蟲害[1-5]，但沼液完全代替化肥施用對(duì)水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成是不利的。不少研究發(fā)現(xiàn)，沼液浸種可以促進(jìn)水稻種子的萌發(fā)，提升幼苗質(zhì)量和抗逆性，不過相關(guān)報(bào)道多集中于不同沼液浸種時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響上[6-11]，這些研究采用的沼液均為原液，而有關(guān)濃縮沼液作為種子浸種劑的應(yīng)用研究較少。甬優(yōu)12是寧波地區(qū)廣泛種植的超級(jí)稻品種，種子價(jià)格相對(duì)較貴，提高其發(fā)芽率和幼苗素質(zhì)，對(duì)于節(jié)約種植戶的投入(生產(chǎn)成本)具有重要意義。鑒于此，本研究采用浙江普遍推廣的水稻甬優(yōu)12種子和濃縮10倍沼液作為研究對(duì)象，探討濃縮沼液浸種對(duì)水稻甬優(yōu)12種子萌發(fā)及秧苗素質(zhì)的影響，以期為濃縮沼液的應(yīng)用和促進(jìn)其商品化提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于浙江省象山縣東陳鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)公共服務(wù)中心(科技創(chuàng)業(yè)園)，29°24′32.60″N，121°53′48.13″E，實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定委托浙江省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

采用人工選取的水稻甬優(yōu)12飽滿(精選)種子作為研究對(duì)象。試驗(yàn)用沼液來自浙江寧波象山縣茅洋養(yǎng)殖場(chǎng)的沼氣工程點(diǎn)。沼液經(jīng)納濾膜和反滲透組合技術(shù)進(jìn)行濃縮，濃縮倍數(shù)為10倍。濃縮沼液的基本理化性質(zhì)：pH值7.94，電導(dǎo)率11.7 mS·cm-1，有機(jī)質(zhì)2.49 g·L-1，總氮、總磷、總鉀、銅和鋅的體積質(zhì)量(濃度)分別為5 856.4、224.85、1 752.5、3.45、18.5 mg·L-1。

1.2 浸種及萌發(fā)

以去離子水稀釋純濃縮沼液，獲得0、10%、20%、40%、100%的濃度梯度(相當(dāng)于總氮質(zhì)量濃度為0、585.6、1 171.3、2 242.6、5 856.4 mg·L-1)。于小燒杯中，依次加入濃度梯度稀釋后的濃縮沼液100 mL，每杯放入200顆種子，使種子完全浸入沼液中。每個(gè)沼液處理濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)。為防浸種過程中沼液殘余微生物耗氧而導(dǎo)致水稻種子缺氧，將小燒杯置于恒溫振蕩器(TS-100C，上海天呈實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司)上培養(yǎng)，設(shè)定溫度為30 ℃，轉(zhuǎn)速150 r·min-1。24 h后去除沼液，將種子轉(zhuǎn)移至光照培養(yǎng)箱[GZX-150，林茂科技(北京)有限公司]內(nèi)催芽。種子置于玻璃培養(yǎng)皿中，上下各鋪1層濾紙，用去離子水于每日早晚2次濕潤(rùn)濾紙，并以無明顯積水為準(zhǔn)，每個(gè)培養(yǎng)皿放置20粒種子。培養(yǎng)箱設(shè)定t(光)∶t(暗)=12 h∶12 h，照度為6 000 lx，保持溫度在30 ℃。觀察出芽情況。

此外，以20%濃縮沼液為浸種劑，設(shè)置12、24、48、72 h浸種時(shí)間，到達(dá)相應(yīng)浸種時(shí)間后，進(jìn)行催芽培養(yǎng)，培養(yǎng)過程同上，觀察出芽情況。

1.3 幼苗活力與長(zhǎng)勢(shì)測(cè)定

催芽3 d后不再有新的種子萌出，此時(shí)從每個(gè)培養(yǎng)皿中選出3株長(zhǎng)勢(shì)最佳的幼苗，測(cè)定其莖長(zhǎng)、莖粗、根數(shù)和總根長(zhǎng)等形態(tài)學(xué)參數(shù)。同時(shí)，分別測(cè)定對(duì)應(yīng)幼苗的呼吸速率。具體地，采用CIRAS-2光合測(cè)定系統(tǒng)聯(lián)合土壤呼吸室(PP Systems，美國(guó))進(jìn)行，每組沼液處理隨機(jī)取3個(gè)皿。測(cè)定條件以大氣為氣源，控制流速為200 mL·min-1，測(cè)定溫度為室溫(25 ℃)。

測(cè)定過程中保持幼苗表面濕潤(rùn)，儀器穩(wěn)定后記錄CO2摩爾分?jǐn)?shù)差值(△x)。測(cè)定結(jié)束后稱出幼苗鮮重(m)，并以此換算出單位質(zhì)量幼苗每小時(shí)的呼吸量，即呼吸速率(R)：

式中：v為氣體流速；24.7為室溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的平均摩爾體積(L·mol-1)；60為時(shí)間單位換算率(min·h-1)；R以CO2計(jì)(μmol·g-1·h-1)。

最后將每皿幼苗的芽(莖葉)和根自基部切開，烘干至恒重后稱量，換算為單株平均干重。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 濃縮沼液浸種濃度對(duì)甬優(yōu)12水稻種子萌發(fā)的影響

由圖1可知，隨著浸種用濃縮沼液濃度增加(0～20%)，甬優(yōu)12水稻種子萌發(fā)率逐漸增加，當(dāng)濃縮沼液濃度為20%時(shí)種子萌發(fā)率最高(88.3%)，之后，隨著浸種用濃縮沼液濃度增加(20%～100%)，種子萌發(fā)率下降，全部用濃縮沼液時(shí)，水稻種子的發(fā)芽率只有4.1%。這說明，當(dāng)浸種用濃縮沼液添加濃度在20%以下時(shí)對(duì)甬優(yōu)12水稻種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，濃度過高反對(duì)種子萌發(fā)有抑制作用，最佳浸種用液為20%的濃縮沼液。之所以一定量的濃縮沼液可以提升種子的發(fā)芽率，主要是因?yàn)檎右褐泻胸S富的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和各類氨基酸、赤霉素、生長(zhǎng)素等多種活性物質(zhì)，有利于水稻種子的新陳代謝，對(duì)水稻生長(zhǎng)有調(diào)控作用[1-3]，但當(dāng)沼液超出一定濃度后，由于電解質(zhì)濃度過高，對(duì)種子形成脅迫，不利于種子的新陳代謝，導(dǎo)致種子的萌發(fā)與生長(zhǎng)受到抑制[12]。

圖1 不同濃度濃縮沼液浸種對(duì)甬優(yōu)12水稻種子萌發(fā)的影響

2.2 濃縮沼液浸種時(shí)間對(duì)水稻甬優(yōu)12種子萌發(fā)的影響

由圖2可知，隨著浸種時(shí)間延長(zhǎng)，甬優(yōu)12水稻種子萌發(fā)率先增加，至浸種24 h時(shí)種子萌發(fā)率達(dá)到最大(88.3%)，之后隨著浸種時(shí)間延長(zhǎng)，種子萌發(fā)率下降，浸種72 h時(shí)，水稻種子的發(fā)芽率只有75.2%。說明浸種24 h以下對(duì)甬優(yōu)12水稻種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，但浸種時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)抑制種子萌發(fā)。20%濃縮沼液的最佳浸種時(shí)間為24 h。浸種時(shí)間過長(zhǎng)之所以會(huì)抑制水稻種子的萌發(fā)，主要是因?yàn)槭艿秸T導(dǎo)和激發(fā)的種子處于厭氧環(huán)境，其呼吸作用受到抑制[13]，這一現(xiàn)象在其他研究中也得到證實(shí)[7-8]。

圖2 濃縮沼液浸種時(shí)間對(duì)甬優(yōu)12水稻種子萌發(fā)的影響

2.3 濃縮沼液浸種濃度對(duì)水稻甬優(yōu)12幼苗質(zhì)量的影響

由圖3可知，隨著浸種用濃縮沼液濃度的增加，甬優(yōu)12水稻幼苗的芽長(zhǎng)、莖粗、根數(shù)、總根長(zhǎng)及單株生物量(干重)等指標(biāo)，在濃縮沼液濃度20%以下時(shí)逐漸增大，至濃縮沼液添加量20%時(shí)，各指標(biāo)達(dá)到最大，幼苗的芽長(zhǎng)、莖粗、根數(shù)、總根長(zhǎng)及生物量分別達(dá)到4.6 cm、0.91 mm、6.2條、7.00 cm和1.53 mg，之后，各指標(biāo)開始下降，至全部為濃縮沼液時(shí)，水稻幼苗的芽長(zhǎng)、莖粗、根數(shù)、總根長(zhǎng)及單株生物量(干重)分別下降至0.4 cm、0.53 mm、1.2條、1.20 cm、0.10 mg，其中，芽長(zhǎng)、根數(shù)和總根長(zhǎng)在所有濃縮沼液濃度處理間均存在顯著差異。結(jié)果說明，當(dāng)濃度為20%以下時(shí)，濃縮沼液浸種有助于提升甬優(yōu)12水稻幼苗的質(zhì)量，但添加濃度過高則會(huì)抑制水稻幼苗生長(zhǎng)。20%的濃縮沼液對(duì)提升幼苗質(zhì)量效果最佳。

圖3 不同濃度濃縮沼液浸種對(duì)甬優(yōu)12水稻幼苗質(zhì)量的影響

2.4 濃縮沼液浸種濃度對(duì)水稻甬優(yōu)12幼苗呼吸速率的影響

由圖4可知，隨著浸種用濃縮沼液濃度增加，甬優(yōu)12水稻幼苗呼吸速率在濃縮沼液濃度20%以下時(shí)逐漸升高，至濃度20%時(shí)水稻幼苗呼吸速率達(dá)到最大(33.6 μmol·g-1·h-1)，之后水稻幼苗呼吸速率開始下降，至全部為濃縮沼液時(shí)，水稻幼苗呼吸速率只有1.1 μmol·g-1·h-1，所有濃縮沼液濃度處理間水稻幼苗呼吸速率均存在顯著差異。這進(jìn)一步說明當(dāng)濃縮沼液濃度為20%以下時(shí)，浸種可提升水稻甬優(yōu)12幼苗的活力，但過高的添加濃度則不利于水稻幼苗呼吸，幼苗活力下降，說明濃縮沼液最佳浸種用濃度為20%。

圖4 不同濃度濃縮沼液浸種對(duì)甬優(yōu)12水稻幼苗呼吸速率的影響

3 小結(jié)

本研究表明，采用一定濃度的濃縮沼液浸種一定時(shí)間，將顯著提升水稻甬優(yōu)12種子的發(fā)芽率，同時(shí)水稻幼苗質(zhì)量和活力亦顯著增強(qiáng)，其最佳浸種濃度為20%，最佳浸種時(shí)間為24 h。最佳條件下浸種并催芽3 d后，水稻甬優(yōu)12種子的發(fā)芽率達(dá)到88.3%，幼苗芽長(zhǎng)、莖粗、根數(shù)、總根長(zhǎng)和單株生物量(干重)分別達(dá)到4.6 cm、0.91 mm、6.2條、7.00 cm和1.53 mg，水稻幼苗呼吸速率達(dá)到33.6 μmol·g-1·h-1。采用超出上述濃度的濃縮沼液或時(shí)間浸種時(shí)，將顯著抑制種子的發(fā)芽率及幼苗的質(zhì)量與活力。