增氧淡水與微咸水對(duì)小麥萌發(fā)特性的影響

王全九 緱麗娜 孫 燕 劉 陽 解江博 朱夢(mèng)杰

(1.西安理工大學(xué)省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710048；2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100)

0 引言

我國淡水資源短缺問題一直十分突出[1]，人均淡水資源量?jī)H為世界人均水平的1/3[2]。水資源短缺成為影響我國區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[3]。我國農(nóng)業(yè)用水量占全國用水總量的60%以上[4]，農(nóng)業(yè)用水的供需矛盾日益嚴(yán)重[5]。合理開發(fā)利用其他水資源、發(fā)展新型農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)、提高農(nóng)業(yè)用水生產(chǎn)效率是緩解我國農(nóng)業(yè)淡水資源緊缺的有效途徑。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國地下微咸水資源儲(chǔ)量約2×1011m3/a，大部分埋藏于地下10～100 m處，適宜被開采利用[6]。國內(nèi)外利用咸水與微咸水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉已有百年歷史，我國亦從20世紀(jì)六七十年代就開始對(duì)微咸水灌溉技術(shù)進(jìn)行研究利用，在寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古等北方地區(qū)，利用微咸水灌溉能夠使作物高產(chǎn)[7]。實(shí)踐表明，微咸水灌溉是解決淡水資源短缺的有效途徑之一[8]。但微咸水灌溉同時(shí)也會(huì)增加土壤次生鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而破壞土壤結(jié)構(gòu)、抑制作物生長(zhǎng)[9]。因此，如何安全高效地利用微咸水進(jìn)行農(nóng)田灌溉是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水土資源科學(xué)可持續(xù)利用的重要內(nèi)容[10]。在現(xiàn)有水資源條件下，尋找提高水資源利用率的新途徑、發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè)已成為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要切入點(diǎn)[11]。

近年來，磁化、去電子、增氧等灌溉水活化技術(shù)作為簡(jiǎn)便、低能耗、低投入、無污染且高效的水處理技術(shù)，已受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。其中增氧技術(shù)于20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，從生物學(xué)角度開辟了灌溉水生理功效提升的新研究領(lǐng)域。近年來，國內(nèi)外研究結(jié)果一致表明，增氧灌溉對(duì)作物產(chǎn)量提高具有明顯的促進(jìn)作用[12-16]。種子萌發(fā)是作物正常生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，研究結(jié)果表明，氧氣是種子萌發(fā)的主要影響因素之一，影響種子的萌發(fā)特性[17]。熊元基等[18]在對(duì)周圍土壤進(jìn)行機(jī)械、化學(xué)、電解增氧后發(fā)現(xiàn)，種子的基本生理指標(biāo)均有不同程度提高。蔣程瑤等[19]采用微納米氣泡技術(shù)提高水中含氧量的方法對(duì)小白菜、生菜等葉菜種子發(fā)芽進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，充足的水氧環(huán)境有利于種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。胡德勇等[20]在電磁式空氣泵通氣技術(shù)進(jìn)行增氧灌溉的條件下研究了秋黃瓜的萌發(fā)特征，結(jié)果表明，增氧對(duì)大棚秋黃瓜種子的種子發(fā)芽力指標(biāo)、種子活力指標(biāo)以及發(fā)芽整齊度較未處理對(duì)照組均有所提高。

研究表明，微咸水的安全利用需采用科學(xué)的方式，以降低微咸水灌溉所帶來的土壤次生鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)，增氧灌溉活化水技術(shù)對(duì)植物生長(zhǎng)具有改善與促進(jìn)作用[21]。本文將增氧灌溉技術(shù)與微咸水灌溉技術(shù)相結(jié)合，研究增氧微咸水對(duì)小麥種子萌發(fā)特征的影響，為提高微咸水安全高效利用、降低微咸水利用風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試微咸水由氯化鈉試劑(氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于99.5%，分析純)和淡水(礦化度0.2 g/L、溶解氧質(zhì)量濃度9.5 mg/L)配置而成。增氧處理采用微納米氣泡快速發(fā)生裝置，增氧過程中采用HQ40型便攜式溶氧儀監(jiān)測(cè)微咸水溶解氧質(zhì)量濃度變化。

小麥種子為西農(nóng)585。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在西安理工大學(xué)西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地進(jìn)行，試驗(yàn)處理分別為微咸水(B)、增氧淡水(O)、增氧微咸水(BO)，以及未處理淡水(CK)作為對(duì)照，進(jìn)行不同礦化度和不同增氧水平條件下的小麥種子萌發(fā)試驗(yàn)。微咸水(1～5 g/L)、增氧淡水(9.5～22.5 mg/L)各5個(gè)處理，不同礦化度(1、3、5 g/L)和不同增氧水平(9.5、12.5、16.5、19.5、22.5 mg/L)耦合處理15個(gè)。每個(gè)處理重復(fù)3次。采用培養(yǎng)皿進(jìn)行小麥種子萌發(fā)試驗(yàn)。每個(gè)培養(yǎng)皿選取25顆已消毒種子均勻放置在濕潤(rùn)濾紙上，置于恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行催芽。每天定時(shí)更換濾紙以保證培養(yǎng)皿中微咸水的礦化度保持不變。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

本試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)為種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)和幼芽平均高度。

根據(jù)《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》，小麥種子的萌發(fā)數(shù)量以根長(zhǎng)達(dá)到種子長(zhǎng)度的1/2作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)并于每天定時(shí)記錄；第7天將培養(yǎng)皿中所有供試小麥的根剪下稱量獲得根鮮質(zhì)量，稱量前用濾紙吸走多余水分。發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的測(cè)定時(shí)間分別為第4、7天，計(jì)算公式為

GV=N4/A×100%

(1)

GP=N7/A×100%

(2)

GPn=Nn/A×100%

(3)

VI=GIS

(4)

其中

GI=∑(Gt/Dt)

(5)

S=M/A

(6)

式中GV——發(fā)芽勢(shì)，%GP——發(fā)芽率，%

GPn——第n天發(fā)芽率，%

GI——發(fā)芽指數(shù)VI——活力指數(shù)

S——每粒種子根鮮質(zhì)量，g

Gt——t時(shí)間內(nèi)已萌發(fā)種子的數(shù)量

Dt——t時(shí)間內(nèi)相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間，d

Nn——第n天已萌發(fā)種子的數(shù)量

M——供試種子總根鮮質(zhì)量，g

A——供試種子數(shù)量

幼芽平均高度利用尺子對(duì)所有大于0.3 cm的幼苗進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量種子數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

分析數(shù)據(jù)均采用平均值。使用SPSS 21.0進(jìn)行方差分析，研究不同礦化度和不同增氧水平對(duì)小麥種子各萌發(fā)指標(biāo)影響的顯著性差異。使用Excel進(jìn)行多元回歸分析，研究增氧微咸水的溶解氧質(zhì)量濃度、礦化度與種子萌發(fā)指標(biāo)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 微咸水對(duì)小麥種子萌發(fā)特征的影響

2.1.1微咸水下種子的萌發(fā)特征

圖1(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同)為不同礦化度的微咸水對(duì)小麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和幼芽平均高度的影響。由圖1可知，在微咸水條件下(礦化度1～5 g/L)，小麥種子發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、幼芽平均高度隨著礦化度的增加均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。發(fā)芽率和單粒根質(zhì)量隨著礦化度的增加呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

圖1 小麥萌發(fā)指標(biāo)隨微咸水礦化度的變化曲線Fig.1 Germination index of wheat changes with salinity of brackish water

發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)在礦化度為2、3 g/L時(shí)較淡水處理(CK)都表現(xiàn)為增加，發(fā)芽勢(shì)分別較對(duì)照組增加8.77%、6.14%，發(fā)芽指數(shù)分別較對(duì)照組增加25.11%、0.31%。在礦化度為1 g/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)較淡水處理(CK)減小7.02%，但發(fā)芽指數(shù)增加了9.16%，這是由于礦化度1 g/L處理使萌發(fā)2 d內(nèi)種子的萌發(fā)數(shù)量高于淡水處理(CK)，但萌發(fā)3～4 d時(shí)種子的萌發(fā)數(shù)量增長(zhǎng)量比淡水處理(CK)低。礦化度為4、5 g/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均低于淡水處理(CK)。活力指數(shù)在礦化度為1、2 g/L時(shí)分別較淡水處理(CK)增加2.50%、2.70%，當(dāng)?shù)V化度為3、4、5 g/L時(shí)分別較淡水處理(CK)減小10.28%、18.37%、44.58%。單粒根質(zhì)量在所有礦化度下較淡水處理(CK)均表現(xiàn)為抑制作用，分別減小5.14%、10.94%、9.37%、14.27%、37.74%。礦化度為3 g/L時(shí)活力指數(shù)較淡水處理(CK)表現(xiàn)為抑制，但發(fā)芽指數(shù)與之相反，這說明此條件下單粒根質(zhì)量對(duì)活力指數(shù)起主導(dǎo)作用，而礦化度為1、2 g/L時(shí)發(fā)芽指數(shù)對(duì)活力指數(shù)起主導(dǎo)作用。發(fā)芽率隨礦化度的升高呈減小趨勢(shì)，礦化度為1、2、3、4、5 g/L條件下分別較淡水處理(CK)降低了0.36%、1.79%、9.32%、14.34%、19.71%，表明微咸水對(duì)種子發(fā)芽率具有不利影響。發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)在礦化度為2、3 g/L時(shí)的影響作用相反，這說明2、3 g/L礦化度有利于種子萌發(fā)4 d時(shí)發(fā)芽數(shù)量的增加，但不利于4～7 d發(fā)芽數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)。幼芽平均高度在微咸水礦化度為3 g/L時(shí)最大，相比于淡水處理(CK)，幼芽平均高度增加14.53%，礦化度為1、2 g/L條件下的幼芽平均高度分別增加1.74%、4.65%，礦化度為4、5 g/L條件下的幼芽平均高度較淡水處理(CK)減小20.16%、21.13%，表明當(dāng)微咸水礦化度大于4 g/L時(shí)對(duì)幼芽平均高度有明顯抑制作用。其中在礦化度為2 g/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均為微咸水處理下的最大值，幼芽平均高度高于淡水處理(CK)，發(fā)芽率略有降低但仍大于90%，單粒根質(zhì)量減小幅度不大。可以認(rèn)為在微咸水條件下，礦化度2 g/L較利于小麥種子萌發(fā)。

淡水處理(CK)的發(fā)芽勢(shì)低于礦化度2、3 g/L的發(fā)芽勢(shì)，表明適量的鹽脅迫提高了種子萌發(fā)初期的發(fā)芽數(shù)量。淡水處理(CK)的發(fā)芽指數(shù)明顯低于礦化度為1、2 g/L的發(fā)芽指數(shù)，表明較低的鹽脅迫使種子萌發(fā)初期的發(fā)芽數(shù)量增加。并且在礦化度為1、2 g/L處理下的發(fā)芽率未低于90%，較接近淡水處理的發(fā)芽率，而其發(fā)芽指數(shù)的明顯提高可以認(rèn)為是礦化度為1、2 g/L的處理使小麥種子的發(fā)芽進(jìn)程提前導(dǎo)致。幼芽平均高度在礦化度1 g/L處理下略高于淡水處理(CK)，在礦化度3 g/L處理下明顯高于淡水處理(CK)，這可能是由于較低礦化度的鹽脅迫提高了萌發(fā)初期種子的萌發(fā)數(shù)量，而越早萌發(fā)出的幼芽，生長(zhǎng)的時(shí)間越長(zhǎng)，也就越高。小麥的部分指標(biāo)在較低鹽脅迫環(huán)境中高于淡水處理(CK)，這可能是小麥萌發(fā)過程中對(duì)鹽脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)。在植物處于逆境時(shí)，組織細(xì)胞內(nèi)會(huì)大量累積活性氧，導(dǎo)致脂膜過氧化，誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡[22]，而抗氧化酶擔(dān)任清除活性氧的關(guān)鍵步驟[23]。據(jù)此推測(cè)，小麥種子在處于較低鹽脅迫時(shí)，組織細(xì)胞內(nèi)累積的活性氧數(shù)量較低，抗氧化酶等的酶活性有一定提高，有利于種子的萌發(fā)，致使部分指標(biāo)高于淡水處理(CK)；當(dāng)?shù)V化度超過3 g/L時(shí)，種子處于較高鹽脅迫，組織細(xì)胞內(nèi)累積大量活性氧，此時(shí)抗氧化酶已不足以清除活性氧，導(dǎo)致脂膜過氧化，且抗氧化酶和其他未知酶的大量存在或許對(duì)種子萌發(fā)也不利，致使各項(xiàng)指標(biāo)迅速下降。

2.1.2指標(biāo)間相關(guān)性分析

微咸水處理?xiàng)l件下的微咸水礦化度與小麥種子萌發(fā)指標(biāo)(發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼芽平均高度)之間存在一定的相關(guān)性，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。

表1 微咸水條件下礦化度與各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Tab.1 Correlation coeffient between salinity and various indexes under brackish water condition

由表1可看出，皮爾遜相關(guān)系數(shù)均符合|r|>0.5，表明礦化度與各指標(biāo)之間具有中度及以上相關(guān)性。并且小麥種子發(fā)芽率和活力指數(shù)與礦化度之間均呈現(xiàn)顯著相關(guān)關(guān)系。

2.2 增氧淡水對(duì)小麥種子萌發(fā)特征的影響

2.2.1增氧淡水下小麥種子的萌發(fā)特征

增氧淡水溶解氧質(zhì)量濃度分別為9.5、12.5、16.5、19.5、22.5 mg/L，其中溶解氧質(zhì)量濃度9.5 mg/L即為未增氧淡水。圖2為不同溶解氧質(zhì)量濃度增氧淡水對(duì)小麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、單粒根質(zhì)量和幼芽平均高度的影響。由圖2可知，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加而先增加后略有減小；活力指數(shù)、幼芽平均高度隨溶解氧質(zhì)量濃度的增加而先減小后增加；發(fā)芽率隨溶解氧質(zhì)量濃度增加表現(xiàn)為先基本不變后減小趨勢(shì)。

圖2 小麥萌發(fā)指標(biāo)隨增氧淡水溶解氧質(zhì)量濃度的變化曲線Fig.2 Index of wheat germination changes with concentration of dissolved oxygen in oxygenated fresh water

發(fā)芽勢(shì)在溶解氧質(zhì)量濃度12.5 mg/L時(shí)最大，較淡水處理(CK)增加14.04%，溶解氧質(zhì)量濃度在12.5～22.5 mg/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)緩慢降低，但溶解氧質(zhì)量濃度16.5、19.5、22.5 mg/L條件下發(fā)芽勢(shì)仍分別較淡水處理(CK)增加11.40%、11.40%、10.53%，表明適當(dāng)提高溶解氧質(zhì)量濃度有利于增加小麥種子萌發(fā)4 d的萌發(fā)數(shù)量。發(fā)芽率在溶解氧質(zhì)量濃度為9.5～16.5 mg/L時(shí)基本保持不變，在16.5～22.5 mg/L之間呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，在16.5、22.5 mg/L時(shí)分別較CK減小3.58%、4.66%，表明溶解氧質(zhì)量濃度的增高對(duì)發(fā)芽率影響不大，但過高的溶解氧質(zhì)量濃度對(duì)種子發(fā)芽率略有抑制作用。發(fā)芽指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5～22.5 mg/L均高于淡水處理，分別增加1.07%、3.41%、12.37%、9.46%，發(fā)芽指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時(shí)最大，表明溶解氧質(zhì)量濃度增加有利于種子前期萌發(fā)數(shù)量的增加。單粒根質(zhì)量和活力指數(shù)在12.5、16.5、19.5 mg/L時(shí)均低于淡水處理(CK)，在溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時(shí)均高于淡水處理(CK)。結(jié)合發(fā)芽指數(shù)變化特征可以發(fā)現(xiàn)，溶解氧質(zhì)量濃度12.5～19.5 mg/L單粒根質(zhì)量的減小主要影響了活力指數(shù)的降低。幼芽平均高度在溶解氧質(zhì)量濃度為9.5～19.5 mg/L之間時(shí)，表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，19.5～22.5 mg/L時(shí)表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，但溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時(shí)幼芽平均高度仍低于淡水處理(CK)，表明溶解氧質(zhì)量濃度的增加對(duì)幼芽平均高度具有抑制作用。

2.2.2指標(biāo)間相關(guān)性分析

增氧淡水條件下小麥種子萌發(fā)過程中溶解氧質(zhì)量濃度與萌發(fā)指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析以及顯著性分析，結(jié)果見表2。

表2 增氧淡水條件下溶解氧質(zhì)量濃度與各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficent between dissolved oxygen concentration and various indexes under oxygenated fresh water condition

由表2可看出，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)與溶解氧質(zhì)量濃度之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)均符合|r|>0.5，表明具有中度及以上相關(guān)性。而活力指數(shù)、單粒根質(zhì)量、幼芽平均高度與溶解氧質(zhì)量濃度之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)|r|>0.3，表明具有低度相關(guān)性。結(jié)合顯著性相關(guān)分析可以表明，增氧淡水條件下，小麥種子發(fā)芽指數(shù)與溶解氧質(zhì)量濃度之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而發(fā)芽率與溶解氧質(zhì)量濃度之間呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.3 增氧微咸水對(duì)小麥種子萌發(fā)特征的影響

2.3.1增氧微咸水下小麥種子的萌發(fā)特征

研究增氧微咸水對(duì)小麥種子萌發(fā)特征的影響時(shí)，針對(duì)礦化度和溶解氧質(zhì)量濃度對(duì)試驗(yàn)設(shè)置交叉處理，更有效地揭示在微咸水與增氧淡水耦合條件下小麥種子萌發(fā)狀況，得到可靠穩(wěn)定的模型。分別在礦化度為1、3、5 g/L條件下，設(shè)置溶解氧質(zhì)量濃度分別為9.5、12.5、16.5、19.5、22.5 mg/L。其中，溶解氧質(zhì)量濃度9.5 mg/L為未增氧處理。圖3(圖中不同大寫字母表示在溶解氧質(zhì)量濃度為9.5 mg/L時(shí)，不同礦化度條件下各處理差異顯著(P<0.05))為不同礦化度的微咸水進(jìn)行增氧處理影響小麥種子萌發(fā)指標(biāo)的變化特征。

圖3 小麥萌發(fā)指標(biāo)隨增氧微咸水的溶解氧質(zhì)量濃度、礦化度的變化Fig.3 Index of wheat germination changes with dissolved oxygen concentration and salinity of oxygenated brackish water

在礦化度為1 g/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)、單粒根質(zhì)量、幼芽平均高度隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加先增加后減小。礦化度為1 g/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L分別較淡水處理(CK)增加5.26%、23.68%、14.04%，在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)較淡水處理(CK)減小3.51%。未增氧處理、礦化度1 g/L的微咸水條件下發(fā)芽勢(shì)較淡水處理(CK)減小7.02%，分析得到對(duì)礦化度1 g/L微咸水進(jìn)行增氧處理可以減弱礦化度對(duì)發(fā)芽勢(shì)的抑制作用。礦化度為1 g/L時(shí)，單粒根質(zhì)量在未增氧處理?xiàng)l件下較淡水處理減小5.14%，在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)單粒根質(zhì)量較淡水處理增加9.41%，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L時(shí)單粒根質(zhì)量分別較淡水處理減小0.53%、0.82%、11.09%。其中，溶解氧質(zhì)量濃度為12.5、16.5、19.5 mg/L的單粒根質(zhì)量高于未增氧、礦化度1 g/L的微咸水處理，但溶解氧質(zhì)量濃度達(dá)到22.5 mg/L時(shí)單粒根質(zhì)量低于未增氧處理微咸水。幼芽平均高度僅在微咸水溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)高于淡水處理(CK)，亦僅在此溶解氧質(zhì)量濃度條件下高于未增氧微咸水處理，溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L分別較淡水處理(CK)減小2.00%、2.23%、4.07%。在礦化度為1 g/L時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先減小后增加、再減小趨勢(shì)。發(fā)芽率僅在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時(shí)高于淡水處理(CK)4.30%。發(fā)芽指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為9.5、12.5、19.5 mg/L時(shí)分別較淡水處理增加7.95%、6.80%、17.16%，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、22.5 mg/L時(shí)較淡水處理(CK)減小5.22%、9.35%。但發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均僅在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時(shí)高于未增氧、礦化度1 g/L的微咸水處理?；盍χ笖?shù)表現(xiàn)為先增加后減小、再增加后減小的波動(dòng)趨勢(shì)，這應(yīng)該是與溶解氧質(zhì)量濃度與礦化度在共同作用效果出現(xiàn)相反時(shí)，起主導(dǎo)作用的因素不同有關(guān)。在礦化度為1 g/L時(shí)，活力指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5、19.5 mg/L時(shí)分別較淡水處理(CK)增加15.33%、14.91%，且均明顯高于未增氧、礦化度1 g/L的微咸水處理。活力指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、22.5 mg/L時(shí)分別較淡水處理(CK)減小5.63%、20.47%，且均明顯低于未增氧、礦化度1 g/L的微咸水處理。結(jié)合單粒根質(zhì)量和發(fā)芽指數(shù)變化特征，在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)單粒根質(zhì)量的增長(zhǎng)對(duì)活力指數(shù)增長(zhǎng)起主導(dǎo)作用，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5 mg/L時(shí)發(fā)芽指數(shù)的增長(zhǎng)對(duì)活力指數(shù)增長(zhǎng)起主導(dǎo)作用。由此可知，礦化度為1 g/L、溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時(shí)，增氧處理可以改善礦化度對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、單粒根質(zhì)量的抑制作用，進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的提高，但對(duì)幼芽平均高度有較小抑制作用。

在礦化度為3 g/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加先減小后增加。發(fā)芽勢(shì)在增氧處理為12.5 mg/L時(shí)較淡水處理增加3.51%，在增氧處理為16.5、19.5、22.5 mg/L時(shí)分別較淡水處理減小0.44%、1.75%、0.44%。發(fā)芽率在4個(gè)增氧處理?xiàng)l件下均低于淡水處理(CK)，分別較淡水處理(CK)減小12.54%、15.41%、17.92%、15.41%。同時(shí)結(jié)合淡水增氧處理分析，隨著溶解氧質(zhì)量濃度提高，促進(jìn)種子發(fā)芽勢(shì)增長(zhǎng)的作用逐漸減弱，增氧微咸水處理下種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的抑制作用亦逐漸減弱，但仍低于未增氧、礦化度3 g/L微咸水處理。這說明在3 g/L礦化度條件下，種子的發(fā)芽勢(shì)已達(dá)到較高水平，再進(jìn)行增氧處理對(duì)種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率不利。在礦化度為3 g/L時(shí)，發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)和幼芽平均高度隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加均表現(xiàn)為先減小后增加、再減小后增加的趨勢(shì)。在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5、16.5、19.5 mg/L條件下，較淡水處理(CK)，發(fā)芽指數(shù)分別減小7.39%、6.01%、10.25%，單粒根質(zhì)量分別減小19.88%、5.57%、11.27%，活力指數(shù)分別減小26.90%、12.49%、21.37%，且均低于未增氧、礦化度3 g/L微咸水處理。在溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時(shí)，發(fā)芽指數(shù)較淡水處理(CK)略增長(zhǎng)0.98%，單粒根質(zhì)量與活力指數(shù)較淡水處理幾乎無差異，但均高于未增氧、礦化度3 g/L微咸水。這說明在3 g/L礦化度條件下當(dāng)溶解氧質(zhì)量濃度達(dá)到22.5 mg/L時(shí)，可以減小礦化度對(duì)發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量和活力指數(shù)的抑制作用。幼芽平均高度僅在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)低于淡水處理(CK)4.55%，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L時(shí)較淡水處理(CK)分別增長(zhǎng)4.64%、4.13%、4.81%，但均低于未增氧、礦化度3 g/L微咸水處理。由此可知，礦化度為3 g/L、溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時(shí)，增氧處理可以緩解礦化度對(duì)種子發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)的抑制作用，對(duì)幼芽平均高度具有促進(jìn)作用，使發(fā)芽勢(shì)略有降低，但發(fā)芽率仍達(dá)到80%。

在礦化度為5 g/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)隨溶解氧質(zhì)量濃度的增加而先增加后減小、再增加；發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)、幼芽平均高度均隨溶解氧質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。其中，溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)，小麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)均分別較淡水處理(CK)減小7.02%、17.20%、0.70%、15.05%、16.64%，但均高于未增氧、礦化度5 g/L微咸水處理。相比于淡水處理(CK)，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)分別減小35.09%、33.33%、23.25%，發(fā)芽率分別減小32.62%、32.62%、37.28%，發(fā)芽指數(shù)分別減小21.56%、22.23%、40.84%，單粒根質(zhì)量分別減小24.08%、22.84%、28.19%，活力指數(shù)分別減小41.29%、40.72%、58.09%，且均低于未增氧、礦化度5 g/L微咸水處理。幼芽平均高度在溶解氧質(zhì)量濃度達(dá)到16.5 mg/L時(shí)較淡水處理(CK)減小10.89%，并且在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)較淡水處理(CK)減小13.26%，但均高于未增氧、礦化度5 g/L微咸水處理。幼芽平均高度在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5、22.5 mg/L時(shí)，分別較淡水處理(CK)減小24.70%、46.85%，且均低于未增氧、礦化度5 g/L微咸水處理。由此可知，礦化度為5 g/L時(shí)、溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)，增氧處理可以緩解礦化度對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)、幼芽平均高度的抑制作用。

研究表明，納米氣泡增氧水可以產(chǎn)生活性氧，水中活性氧含量對(duì)種子萌發(fā)至關(guān)重要，并且納米氣泡增氧水中的活性氧含量與水中納米氣泡密度呈正相關(guān)[24]。本次研究中增氧水的處理是采用微納米氣泡快速發(fā)生裝置對(duì)自來水進(jìn)行增氧到溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L，再將自來水(溶解氧質(zhì)量濃度9.5 mg/L)與該增氧水進(jìn)行不同比例的混合以獲得其他增氧水平(12.5、16.5、19.5 mg/L)，可以認(rèn)為本研究中的不同增氧水平對(duì)應(yīng)不同活性氧含量水平。過量的活性氧具有氧化作用，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化、DNA損傷和斷裂[25-26]。而中等水平的活性氧含量具有生理促進(jìn)作用，適量的活性氧對(duì)細(xì)胞壁的松弛有較大影響，并且可作為作物生長(zhǎng)過程中的一種重要信號(hào)分子[27-28]。

本研究淡水增氧處理結(jié)果中，溶解氧質(zhì)量濃度22.5 mg/L時(shí)的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均較溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時(shí)略有降低，這可能是由于溶解氧質(zhì)量濃度22.5 mg/L時(shí)活性氧過量，對(duì)作物細(xì)胞產(chǎn)生了不利的氧化作用導(dǎo)致。本研究在不同礦化度條件下再進(jìn)行納米氣泡增氧處理，是鹽脅迫與納米氣泡增氧處理的耦合。1 g/L礦化度在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L較適宜，這可能是由于對(duì)比淡水其礦化度提升幅度較小，使這一結(jié)果與淡水增氧結(jié)果表現(xiàn)一致。3 g/L礦化度下的發(fā)芽勢(shì)明顯高于1 g/L礦化度下，適量的鹽脅迫促進(jìn)了種子萌發(fā)初期的發(fā)芽勢(shì)，較1 g/L礦化度相比種子處于一個(gè)較有利的環(huán)境中，這可能提高了種子對(duì)活性氧氧化作用的抵抗能力，所以種子可以耐受較高溶解氧質(zhì)量濃度(22.5 mg/L)，且該溶解氧質(zhì)量濃度促進(jìn)種子的代謝作用。礦化度5 g/L下種子的各項(xiàng)指標(biāo)均明顯低于CK，種子處于一個(gè)非常不利的環(huán)境中，其細(xì)胞應(yīng)該已遭受到破壞，這可能導(dǎo)致種子細(xì)胞對(duì)溶解氧質(zhì)量濃度的耐受性明顯降低，所以在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時(shí)較未增氧、礦化度5 g/L表現(xiàn)出促進(jìn)作用，溶解氧質(zhì)量濃度超過12.5 mg/L反而不利于種子發(fā)芽。

2.3.2指標(biāo)間相關(guān)性分析

不同礦化度微咸水增氧條件下小麥種子萌發(fā)過程中溶解氧質(zhì)量濃度與萌發(fā)指標(biāo)(發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼芽平均高度)之間存在一定的相關(guān)性，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析以及顯著性分析，結(jié)果見表3。由表3可以看出，在礦化度為3、5 g/L時(shí)，發(fā)芽率與溶解氧質(zhì)量濃度之間呈現(xiàn)極強(qiáng)相關(guān)。而礦化度為1 g/L時(shí)發(fā)芽率與溶解氧質(zhì)量濃度僅具有中度以下相關(guān)性，這可能是由于礦化度為1 g/L微咸水條件下的小麥種子本就具有較高發(fā)芽率(93%)，而增氧處理對(duì)小麥種子發(fā)芽率在較高增氧處理(12.5～16.5 mg/L)時(shí)影響作用微小，僅在高溶解氧質(zhì)量濃度(16.5～22.5 mg/L)時(shí)具有較小抑制作用。因此造成礦化度為1 g/L時(shí)，溶解氧質(zhì)量濃度與種子發(fā)芽率之間相關(guān)性不明顯。由此可知，當(dāng)微咸水礦化度較高時(shí)，增氧處理能夠在一定程度上影響小麥種子的發(fā)芽率。

表3 增氧微咸水條件下溶解氧質(zhì)量濃度與各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficent between dissolved oxygen concentration and various indexes under oxygenated brackish water condition

2.4 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)建

根據(jù)指標(biāo)間相關(guān)性和顯著性分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率與微咸水礦化度、增氧淡水溶解氧質(zhì)量濃度、增氧微咸水溶解氧質(zhì)量濃度之間均具有較好相關(guān)性，所以可以建立關(guān)系模型對(duì)發(fā)芽率在微咸水處理和增氧處理耦合條件下的變化特征進(jìn)行描述。利用增氧微咸水處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立增氧微咸水條件下的發(fā)芽率與礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

假設(shè)發(fā)芽率與增氧微咸水中礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度之間存在關(guān)系式

GV=KCaMb

(7)

式中C——溶解氧質(zhì)量濃度

M——礦化度

K、a、b——系數(shù)

將式(7)兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)，得

lnGV=lnK+alnC+blnM

(8)

將增氧微咸水試驗(yàn)中發(fā)芽率及相應(yīng)的溶解氧質(zhì)量濃度、礦化度數(shù)據(jù)代入式(8)，利用Excel進(jìn)行回歸分析得lnK=0.261 95，a=-0.180 84，b=-0.123 43，可得K為1.299 46。

則式(7)具體形式為

GV=1.299 46C-0.180 84M-0.123 43

(9)

式(9)即為在增氧微咸水處理?xiàng)l件下，發(fā)芽率與礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度之間經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木唧w方程。采用Excel 2010對(duì)方程進(jìn)行回歸分析，得到相關(guān)系數(shù)為0.900 2，決定系數(shù)為0.810 3，表明發(fā)芽率與增氧微咸水的溶解氧質(zhì)量濃度、礦化度之間具有較高相關(guān)性，且方程擬合程度較好。

3 結(jié)論

(1)微咸水礦化度試驗(yàn)結(jié)果表明，微咸水礦化度與小麥種子發(fā)芽率之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。礦化度小于等于3 g/L的微咸水能夠提高小麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、幼芽平均高度，發(fā)芽率雖有所下降，但未低于80%。微咸水礦化度大于3 g/L時(shí)，小麥種子萌發(fā)的各項(xiàng)指標(biāo)均降低，故應(yīng)用于小麥農(nóng)田灌溉具有較大風(fēng)險(xiǎn)。

(2)增氧處理結(jié)果表明，當(dāng)溶解氧質(zhì)量濃度由9.5 mg/L增加至22.5 mg/L時(shí)，有利于提高小麥種子萌發(fā)前4 d的萌發(fā)數(shù)量，對(duì)單粒根質(zhì)量和幼芽平均高度則具有抑制作用；當(dāng)溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時(shí)，對(duì)發(fā)芽率略有抑制作用，對(duì)單粒根質(zhì)量具有促進(jìn)作用。

(3)微咸水礦化度與增氧處理耦合試驗(yàn)結(jié)果表明，增氧處理可以改善或緩解礦化度對(duì)種子萌發(fā)指標(biāo)的抑制作用。礦化度1、3、5 g/L時(shí)的較適宜溶解氧質(zhì)量濃度分別為19.5、22.5、12.5 mg/L。

(4)發(fā)芽率與礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度之間具有較好的相關(guān)性，建立了增氧微咸水灌溉下的小麥種子發(fā)芽率與礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?jīng)回歸分析，擬合度較好。