不同廚余沼液及其稀釋倍數(shù)對黃瓜和蘿卜種子萌發(fā)的影響

楊雪妍 劉佳琪 李彥明 陳 清 常瑞雪*

（1 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)有機循環(huán)研究院，江蘇蘇州 215168）

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，每年有大量的有機固體廢棄物產(chǎn)生，其中廚余垃圾日產(chǎn)生量可達20 萬t，且以超過10%的年增長率不斷增長（鄭祥 等，2022），處理和利用廚余垃圾的壓力日漸緊迫。廚余垃圾處理方式包括好氧堆肥和厭氧發(fā)酵等（孫蓓蓓 等，2021），其中厭氧發(fā)酵因利用效率高等優(yōu)點成為主要的處理方式。但是在厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的過程中也會產(chǎn)生大量沼液和沼渣副產(chǎn)物，廚余沼液一般經(jīng)過處理達標后排放，這種方式雖然簡單有效，但無形之中也增加了投入成本。而廚余沼液富含營養(yǎng)元素，具有回收利用價值；且與其他原料沼液相比，廚余沼液原料中重金屬含量較少，在回收利用過程中對環(huán)境造成污染的風險也較低（陳仙平和曹群芳，2008）。

沼液中含有豐富的營養(yǎng)元素、水解酶類、有機酸類、維生素、植物激素類以及微生物分泌的多種活性物質(zhì)（雍山玉和桑得福，2013；翟賽亞，2022），這些可溶性營養(yǎng)物質(zhì)可以通過滲透作用被種子吸收利用，有效激活種胚和胚乳中的酶源，增強酶活性，加速種子休眠時期的代謝過程，從而促進種子萌發(fā)（宋聚波 等，2007；羅志偉 等，2021）。但前人關(guān)于沼液對種子發(fā)芽影響的研究多集中在畜禽糞便沼液上，針對廚余沼液的應(yīng)用研究相對較少。此外，有研究表明，沼液中的營養(yǎng)物質(zhì)在種子發(fā)芽過程中均存在低濃度促進、高濃度抑制的效果（吳玉紅 等，2017；陸國弟 等，2019；李嬌 等，2021），這就使沼液在實際應(yīng)用中存在稀釋倍數(shù)的不確定性，容易導(dǎo)致沼液未發(fā)揮最大效果或者產(chǎn)生毒害作用。

基于此，本試驗在實驗室控溫條件下，研究了不同稀釋倍數(shù)的廚余沼液對黃瓜、蘿卜種子萌發(fā)的影響，旨在探尋廚余沼液對不同作物種子萌發(fā)促進或抑制的臨界濃度，進一步拓寬廚余沼液的利用方式，為廚余沼液的廣泛應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試種子：黃瓜品種為津研4 號，蘿卜品種為京紅4 號，均購自天津市宏豐蔬菜研究有限公司。

供試廚余沼液：廚余沼液A 取自浙江湖州美欣達生物科技有限公司，在對廚余垃圾進行分揀、除雜、固液分離預(yù)處理后，將液相進行厭氧消化系統(tǒng)發(fā)酵，發(fā)酵完成后儲存在厭氧發(fā)酵罐中。廚余沼液B 取自內(nèi)蒙古赤峰，將廚余垃圾收集并進行預(yù)處理后，在升流式固體厭氧反應(yīng)器中進行發(fā)酵處理，發(fā)酵完成后取樣。所取樣品均為在罐中存儲的沼液。試驗開始前測定兩個廚余沼液樣品的基本理化指標，結(jié)果如表1 所示。

表1 供試廚余沼液理化性質(zhì)

1.2 試驗方法

試驗設(shè)置沼液原液（稀釋倍數(shù)為0）和不同稀釋倍數(shù)的處理液。將廚余沼液A、B 和去離子水分別為以1∶99、1∶249、1∶499；1∶999 的體積比進行混合，即得到稀釋倍數(shù)為100、250、500、1 000 倍的沼液處理液。

選擇成熟、飽滿、均勻一致的健康種子，在1%的NaClO 溶液中浸泡消毒10 min，其間不斷攪拌，用去離子水沖洗3 次，置于陰涼處風干至初始含水量。然后在直徑為9 cm 的培養(yǎng)皿中分別加入不同稀釋倍數(shù)的沼液A、B 處理液10 mL，以等量無菌水作對照（CK）。每個培養(yǎng)皿中均放入1 層無菌定性濾紙，然后均勻放置20 粒種子，每種作物種子共10 個處理（即A0、A100、A250、A500、A1000、B0、B100、B250、B500、B1000），每 個處理9 個重復(fù)。培養(yǎng)皿加皿蓋保濕，置于溫度為25 ℃培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)。

1.3 評價指標

根據(jù)GB/T 3543《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》，每天14：00 記錄種子萌發(fā)數(shù)，用精度為1 mm 的米尺測量胚根長、胚芽長，以胚根長超過種子長度的1/2 計為發(fā)芽，計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和活力指數(shù)，直至對照發(fā)芽率連續(xù)2 d 不再變化且與正常發(fā)芽試驗天數(shù)接近為止。各評價指標計算公式如下（張春慶和王建華，2010）：

式中，GP表示發(fā)芽勢，n2為第2 天種子萌發(fā)數(shù)，N為供試種子總數(shù)。

式中，GR表示發(fā)芽率；nt為第t天種子萌發(fā)數(shù)，本試驗中t=5；N為供試種子總數(shù)。

式中，GI表示發(fā)芽指數(shù)，nt為第t天種子萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)的種子萌發(fā)天數(shù)。

式中，VI表示活力指數(shù)，GI為發(fā)芽指數(shù)，S為平均根長。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS 23.0 軟件進行統(tǒng)計分析，運用DUNCAN 檢驗法進行多重比較和顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同稀釋倍數(shù)廚余沼液對黃瓜種子發(fā)芽的影響

不同稀釋倍數(shù)廚余沼液對黃瓜種子發(fā)芽率的影響如圖1-A 所示，未稀釋的廚余沼液處理的黃瓜種子全部死亡，發(fā)芽率為0。當稀釋倍數(shù)較低時，兩種廚余沼液樣品均表現(xiàn)出明顯的抑制作用，其中廚余沼液B 的抑制作用更強。隨著廚余沼液A 稀釋倍數(shù)的升高，黃瓜種子發(fā)芽率逐漸升高，稀釋倍數(shù)為1 000 倍時，發(fā)芽率最高，為91%，顯著高于對照。而廚余沼液B 稀釋倍數(shù)為250 倍時，發(fā)芽率最高，為92%，比對照提高了4 百分點，差異顯著；稀釋250、500、1 000倍處理之間發(fā)芽率無顯著差異。

如圖1-B 所示，與對照相比，除兩種沼液原液和沼液B 稀釋100 倍處理外，不同稀釋倍數(shù)的廚余沼液均提高了黃瓜種子發(fā)芽勢。其中廚余沼液A 稀釋1 000 倍處理的種子發(fā)芽勢最高，為90%，比對照高10 百分點，差異顯著。廚余沼液B 稀釋250、500、1 000 倍處理的種子發(fā)芽勢均顯著高于對照。

由圖2-A 可知，當廚余沼液A 和B 稀釋1 000倍時，黃瓜種子胚根均最長，分別為5.89 mm 和5.64 mm，與對照相比分別增加了12.8%和8.0%，差異顯著。廚余沼液B 除稀釋1 000 倍處理外，其他稀釋處理對黃瓜種子胚根生長都有一定的抑制作用。如圖2-B 所示，黃瓜種子的胚芽長隨廚余沼液A 稀釋倍數(shù)的增大，呈上升趨勢，當稀釋倍數(shù)達到1 000 倍時，胚芽最長，為4.29 mm，顯著高于對照；而隨著廚余沼液B 稀釋倍數(shù)的增大，黃瓜種子的胚芽長呈先下降后上升的趨勢，稀釋1 000 倍時胚芽最長，為4.11 mm，顯著高于CK。

圖2 不同稀釋倍數(shù)廚余沼液對黃瓜種子胚根長和胚芽長的影響

如圖3-A 所示，廚余沼液A 稀釋500、1 000倍處理的黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)均顯著高于其他處理和對照，其中稀釋1 000 倍處理最高，為40.99。沼液B 除稀釋100 倍處理外，其他稀釋處理均較對照顯著提高了黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)，以稀釋250 倍處理最高，為38.04。如圖3-B 所示，當稀釋倍數(shù)為100 倍時，A、B 兩個沼液樣品處理的黃瓜種子活力指數(shù)均顯著低于對照，且廚余沼液A 的抑制作用更加明顯；當稀釋倍數(shù)為1 000 倍時，兩個沼液樣品處理的種子活力指數(shù)最高，分別為241.73 和213.99，均顯著高于其他處理和對照，與對照相比分別提高了51.03%和33.70%。

圖3 不同稀釋倍數(shù)廚余沼液對黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

2.2 不同稀釋倍數(shù)廚余沼液對蘿卜種子發(fā)芽的影響

如圖4 所示，兩種沼液原液處理的蘿卜種子均未發(fā)芽。沼液樣品A 稀釋500 倍時蘿卜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別為97.00%和96.25%，均顯著高于其他處理和對照。沼液樣品B 稀釋1 000 倍時種子發(fā)芽率最高，為94.00%；稀釋250 倍時種子發(fā)芽勢最高，為88.75%，與對照差異顯著。表明利用適宜濃度的沼液處理蘿卜種子可以顯著提高發(fā)芽率，有利于保證后期的出苗率。

圖4 不同稀釋倍數(shù)廚余沼液對蘿卜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

如圖5 所示，兩種沼液稀釋液處理的蘿卜種子胚根長均顯著高于對照，且沼液樣品A 和B 均為稀釋100 倍時對胚根的促生作用最強，胚根長分別為9.44 mm 和10.22 mm，比對照分別增加了169%和191%，其他稀釋倍數(shù)處理之間無顯著差異。沼液A 不同稀釋倍數(shù)處理的種子胚芽長無顯著差異，與促進胚根生長的效果相比，對胚芽生長的促進作用并不明顯。沼液B 稀釋100、500 倍處理的蘿卜種子胚芽長均顯著高于其他處理和對照，以稀釋100 倍處理的胚芽最長，為5.74 mm。

圖5 不同稀釋倍數(shù)廚余沼液對蘿卜種子胚根長和胚芽長的影響

如圖6 所示，兩個沼液樣品處理的蘿卜種子發(fā)芽指數(shù)隨著稀釋倍數(shù)的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，沼液A 稀釋500 倍和沼液B 稀釋1 000倍時發(fā)芽指數(shù)最高，均為33.67，顯著高于對照。廚余沼液A 和B 稀釋處理的蘿卜種子活力指數(shù)均顯著高于對照，在稀釋100 倍時均達到峰值，分別為296.04 和307.88，與對照相比分別增加了184%和196%。

圖6 不同稀釋倍數(shù)廚余沼液對蘿卜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

3 結(jié)論與討論

本試驗中，未經(jīng)稀釋的廚余沼液會導(dǎo)致黃瓜和蘿卜種子腐爛無法發(fā)芽。當廚余沼液A 稀釋1 000倍時，黃瓜種子的胚根長、胚芽長、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)綜合效果最好。這與黃亞麗等（2012）的研究認為0.5%～2.0%濃度的畜禽糞便沼液對黃瓜種子發(fā)芽促進效果較好，總體表現(xiàn)出低濃度促進高濃度抑制效果的結(jié)論一致。當稀釋倍數(shù)過低時，沼液濃度過高會抑制黃瓜種子發(fā)芽；隨著稀釋倍數(shù)逐漸升高，沼液中的活性物質(zhì)可以發(fā)揮其促生效果，促進種子發(fā)芽和生長。當廚余沼液B 稀釋250 倍時，黃瓜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢較高；稀釋1 000 倍時，胚根長、胚芽長和活力指數(shù)較高。當兩份廚余沼液樣品稀釋100 倍時，蘿卜種子的胚根長、胚芽長和活力指數(shù)較高，胚根和胚芽生長更旺盛，但發(fā)芽率較低；稀釋1 000 倍時，蘿卜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)較高，但胚根和胚芽的長度較低。而史向遠等（2018）認為，25%濃度的沼液處理能提高西瓜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、根長、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。沼液處理最適濃度不一致的原因可能是以畜禽糞便為原料發(fā)酵的沼液與以廚余垃圾為原料發(fā)酵的沼液在理化性質(zhì)等方面有差異（韓敏 等，2014），發(fā)酵原料不同會導(dǎo)致沼液影響種子發(fā)芽的主要營養(yǎng)物質(zhì)如總氮、總磷含量不同，如廚余沼液與豬糞沼液相比銨態(tài)氮和COD 含量很高（Cao et al.，2018）。此外，pH 值和EC 值的差異也會對種子發(fā)芽效果造成不同的影響。黃瓜、蘿卜種子對廚余沼液不同稀釋倍數(shù)處理的反應(yīng)表現(xiàn)出明顯差異，其原因可能是由于不同作物對鹽脅迫可接受的閾值有所差異。沼液一般EC值較高，且沼液中存在多種可溶性小分子物質(zhì)，可以被種子直接吸收，沼液稀釋倍數(shù)過低、濃度過高時可能會因為對細胞膜造成損傷而影響種子萌發(fā)，同時沼液中的鹽離子濃度過高會導(dǎo)致種子死亡或休眠（范佳雪 等，2022）。兩種廚余沼液在理化指標方面有一定的差異，廚余沼液B 的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和總磷含量明顯高于廚余沼液A，而pH 值和EC 值相差不大，所以造成兩種沼液處理種子發(fā)芽效果不同的原因可能是主要營養(yǎng)元素含量不同。

綜上，兩種廚余沼液樣品雖然理化性質(zhì)存在差異，但是在促進種子萌發(fā)過程中表現(xiàn)出相似規(guī)律。廚余沼液原液會顯著抑制黃瓜和蘿卜種子的萌發(fā)，稀釋100 倍及以上時可以有效減輕沼液對種子的毒害作用，稀釋1 000 倍對黃瓜種子發(fā)芽的綜合促進作用最好。當沼液稀釋倍數(shù)比較低時，會抑制蘿卜種子發(fā)芽，但是發(fā)芽后的種子胚根和胚芽較稀釋倍數(shù)高的處理生長更旺盛。而發(fā)芽率直接影響后續(xù)植株生長的完整度，發(fā)芽率低不利于后續(xù)作物的生產(chǎn)。因此，在廚余沼液利用過程中需要根據(jù)具體用途來確定使用濃度，比如當沼液用于種子浸種催芽時，宜選擇稀釋倍數(shù)較高的沼液；當其作為作物促生肥料時，可考慮選擇稀釋倍數(shù)較低的廚余沼液。