本站小編為你精心準(zhǔn)備了沼液浸種對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)》2015年第四期

沼氣工程是一項(xiàng)以農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖糞便和農(nóng)作物秸稈等廢棄物為原材料，以獲取再生能源并解決環(huán)境污染問題為目的的農(nóng)村能源工程［1－3］。通過微生物厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生以甲烷為主的沼氣作為再生燃料;同時(shí)降解消耗其原材料中的有機(jī)質(zhì)，從而減少環(huán)境污染。為達(dá)到污染治理的目的，相關(guān)沼氣工程還有一個(gè)重要的延伸環(huán)節(jié)，即發(fā)酵尾產(chǎn)物沼渣、沼液的去向問題。經(jīng)過發(fā)酵過程，雖然尾產(chǎn)物中有機(jī)質(zhì)顯著下降，但尾產(chǎn)物仍含有豐富的N、P、K和微量元素，以及維生素、氨基酸等活性成分［4－5］。因而，有機(jī)肥是當(dāng)前沼渣、沼液的理想消化方向。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，化肥已成為保證作物產(chǎn)量的決定性因素。但由于過度使用化肥而帶來的水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題，以及蔬菜、大米等食品質(zhì)量下降問題也相當(dāng)突出。利用有機(jī)肥改良土壤環(huán)境，改善食品質(zhì)量是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)［11］。近年來，有關(guān)沼液在生菜、西紅柿和玉米等農(nóng)作物栽培中的應(yīng)用研究也時(shí)有報(bào)道。

關(guān)于沼液在水稻生產(chǎn)中應(yīng)用的報(bào)道很多，但所得結(jié)論卻差異很大。多數(shù)研究認(rèn)同沼液施肥可以減輕病蟲害，提高水稻產(chǎn)量和質(zhì)量，但張進(jìn)等卻發(fā)現(xiàn)沼液完全代替化肥施用對(duì)水稻生長及產(chǎn)量形成是不利的。另外，也有不少研究認(rèn)為沼液浸種可以提高水稻種子的萌發(fā)，并提升幼苗質(zhì)量。相關(guān)報(bào)道集中于不同沼液浸種時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響，但適宜的浸種時(shí)間尚無定論，如李駿等［17］認(rèn)為以12～36h為宜，丁麗則認(rèn)為以24～44h為宜。有關(guān)適宜浸種沼液濃度的研究較少。李駿等［17］的浸種實(shí)驗(yàn)中并未對(duì)沼液進(jìn)行稀釋，而魏章煥等則提出純沼液浸種效果不如稀釋液〔V(沼液)∶V(水)=1∶1〕。上述研究結(jié)果的差異除了因?yàn)椴糠謱?shí)驗(yàn)條件粗糙、精確度有限以外，也可能與不同來源的沼液本身質(zhì)量存在較大差異有關(guān)。相關(guān)沼液濃度和浸種時(shí)間的不確定性給沼液在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用帶來諸多困擾。為進(jìn)一步明確沼液在水稻浸種過程中的應(yīng)用價(jià)值及其使用方法，該研究在室內(nèi)環(huán)境因素精確控制條件下，研究不同沼液濃度對(duì)水稻浸種效果的差異。考慮到不同來源的沼液在組成成分和濃度上存在較大差異，文中列出了此次實(shí)驗(yàn)所用沼液的基本理化參數(shù)，以便后續(xù)不同沼液間的比較。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料采用水稻日本晴品系(yzasativa)，人工選取飽滿種子作為研究對(duì)象。實(shí)驗(yàn)所用沼液來自上海林海生態(tài)技術(shù)股份有限公司下屬富民農(nóng)場沼氣工程點(diǎn)。沼液基本理化性質(zhì):pH值為7.14，電導(dǎo)率為5.88mS•cm－1，ρ(COD)為37878.8mg•L－1，總氮、總磷、總鉀、銅和鋅的質(zhì)量濃度分別為1569.1、1757.1、1367.5、130.1和219.0mg•L－1。

1.2浸種及萌發(fā)過程以去離子水稀釋沼液，獲得2%、5%、10%、25%、50%和100%(純沼液)濃度梯度(相當(dāng)于總氮質(zhì)量濃度為31.4、78.5、156.9、392.3、784.6和1569.1mg•L－1)。依次量取稀釋后的沼液50mL于小燒杯中，每杯放入20顆種子，攪動(dòng)使其完全浸入液體中。每組沼液濃度設(shè)置5個(gè)重復(fù)，同時(shí)設(shè)純水處理作為對(duì)照。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，將小燒杯置于氣浴恒溫振蕩器(SHZ－82A，金壇)中旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)，設(shè)定溫度為30℃，轉(zhuǎn)速為150r•min－1。24h后將沼液倒掉，種子轉(zhuǎn)移至光照培養(yǎng)箱(新苗GZX－250BS－Ⅲ，上海)內(nèi)催芽。種子放入玻璃培養(yǎng)皿中，上下各鋪1層濾紙，每日早晚2次以去離子水濕潤濾紙，并以無明顯積水為準(zhǔn)。培養(yǎng)箱設(shè)定t(光)∶t(暗)=12h∶12h，〔光〕照度為6000lx，溫度保持在30℃。

1.3萌發(fā)指標(biāo)測(cè)定自催芽開始后每隔24h調(diào)查萌發(fā)種子數(shù)，以幼芽伸出2mm以上為萌出依據(jù)。參考CHIAPUSIO等［20］的萌發(fā)速率指數(shù)(S)分析不同處理間種子萌出的快慢，具體計(jì)算公式:S=(N1/1+N2/2+N3/3)/(N1+N2+N3)。其中，N1、N2和N3分別為催芽開始后第24、48和72h時(shí)萌出的種子數(shù)。預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在該實(shí)驗(yàn)條件下，自催芽開始3d后不再有新的種子萌出，即在實(shí)驗(yàn)第3天從每皿中選出3株長勢(shì)最佳的幼苗(50%沼液處理取全部幼苗)，測(cè)定其莖長、莖粗、根數(shù)和總根長等形態(tài)學(xué)參數(shù)。鑒于該實(shí)驗(yàn)所得萌發(fā)率與已有報(bào)道差異很大，該實(shí)驗(yàn)自催芽初始和3d后分別測(cè)定培養(yǎng)材料的呼吸速率。具體測(cè)定以CIRAS－2光合測(cè)定系統(tǒng)聯(lián)合土壤呼吸室(PPSystems，美國)進(jìn)行，每組沼液處理隨機(jī)取3個(gè)皿，將全部材料(包括萌發(fā)的幼苗和未萌發(fā)的種子)轉(zhuǎn)移至呼吸室中，以大氣為氣源，控制流速為200mL•min－1，測(cè)定溫度為室溫(28℃)。期間保持材料表面濕潤，待儀器穩(wěn)定后讀出CO2摩爾分?jǐn)?shù)差值〔△x(CO2)〕。測(cè)定結(jié)束后稱量材料鮮重，并以此換算出單位質(zhì)量材料每小時(shí)的呼吸量。計(jì)算方式:呼吸速率=△x(CO2)×氣體流速×10－3/24.7×60/鮮重。其中，24.7為28℃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。待測(cè)材料鮮重呼吸速率(以CO2計(jì))單位為μmol•g－1•h－1。最后將每皿幼苗的芽(莖葉)和根自基部切開，烘干至恒重后稱量并換算為單株平均干重。

1.4數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)不同沼液濃度處理間以單因素方差分析和Duncan多重比較法統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)差異顯著性，指標(biāo)變化趨勢(shì)與沼液濃度間相關(guān)性以Pearson雙尾檢驗(yàn)進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差形式表示。

2結(jié)果與分析

2.1不同濃度沼液浸種對(duì)水稻種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率的影響圖1顯示，日本晴水稻種子萌發(fā)率很高，經(jīng)純水浸種可達(dá)98%，其萌發(fā)速度也很快。24h沼液浸種對(duì)日本晴水稻種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率未產(chǎn)生促進(jìn)作用。2%～5%沼液對(duì)水稻種子萌發(fā)率無顯著影響。但10%及更高濃度的沼液使水稻種子萌發(fā)率急劇下降(P＜0.05)，25%和50%沼液處理萌發(fā)率分別僅為對(duì)照的50%(P＜0.05)和3%(P＜0.05)，純沼液處理無種子萌發(fā)(P＜0.05)。沼液浸種同樣降低了水稻種子的萌發(fā)速率。除2%沼液處理水稻種子萌發(fā)速率較對(duì)照無顯著變化(P＞0.05)外，更高濃度沼液浸種后水稻種子萌發(fā)速率呈顯著下降趨勢(shì)(圖1)。其中，5%沼液處理S值較對(duì)照下降27%(P＜0.05)，10%～25%沼液處理S值分別較對(duì)照下降57%～76%(P＜0.05)，50%沼液處理S值僅為對(duì)照的1%(P＜0.05)。

2.2不同濃度沼液浸種對(duì)水稻形態(tài)學(xué)參數(shù)的影響催芽開始后72h內(nèi)，純水浸種的對(duì)照幼苗芽長可達(dá)3.6cm(圖2)。2%沼液浸種后水稻幼苗芽長與對(duì)照相比無顯著差異(P＞0.05)。5%及以上濃度沼液浸種后水稻幼苗芽長隨沼液濃度的升高呈線性下降。其中，5%和50%沼液浸種處理芽長分別較對(duì)照下降16%(P＜0.05)和86%(P＜0.05)。粗出現(xiàn)小幅下降，但較對(duì)照差異不顯著(P＞0.05)。僅50%沼液處理較對(duì)照下降28%(P＜0.05)。對(duì)照水稻幼苗平均根數(shù)為4.3條•株－1(圖2)。2%沼液浸種后水稻幼苗單株根數(shù)可達(dá)5.0條•株－1，較對(duì)照增加15%(P＜0.05)。隨著沼液濃度的升高，這種促進(jìn)作用隨即消失。5%沼液浸種后單株水稻幼苗根數(shù)比對(duì)照下降12%(P＞0.05)。10%～50%沼液浸種使單株水稻幼苗根數(shù)急劇下降，僅為對(duì)照的23%(P＜0.05)，即每株只有1條根。純水浸種條件下單株水稻平均總根長為8.4cm(圖2)。除2%沼液浸種處理單株總根長與對(duì)照無顯著差異外(P＞0.05)，更高濃度沼液浸種對(duì)水稻幼苗單株總根長整體呈抑制趨勢(shì)。其中，5%沼液處理單株總根長較對(duì)照下降28%(P＜0.05)，10%～25%處理較對(duì)照下降69%～76%(P＜0.05)。50%沼液處理單株總根長為對(duì)照的5%(P＜0.05)。

2.3不同濃度沼液浸種對(duì)水稻幼苗生物量的影響沼液浸種對(duì)水稻幼苗生物量的影響見圖3。2%沼液浸種后水稻幼苗芽生物量較純水浸種的對(duì)照略有增加，但差異不顯著(P＞0.05，圖3)。更高濃度沼液處理水稻幼苗芽生物量隨沼液濃度的升高呈線性下降。其中，5%沼液處理水稻幼苗芽生物量較對(duì)照下降22%(P＜0.05)，50%沼液處理芽生物量較對(duì)照下降83%(P＜0.05)。不同濃度沼液浸種均顯著降低了水稻幼苗根生物量(圖3)。其中，2%和5%沼液浸種后水稻幼苗根生物量較對(duì)照分別下降27%和40%(P＜0.05)，10%～50%沼液浸種使根生物量下降62%～86%(P＜0.05)。芽/根生物量比值進(jìn)一步證實(shí)沼液浸種對(duì)水稻幼苗根的抑制作用大于對(duì)芽的抑制作用(圖3)。這表現(xiàn)為不同濃度沼液處理水稻幼苗芽/根生物量比值均高于對(duì)照，其中2%～25%沼液浸種后幼苗芽/根比值上升31%～44%，50%沼液處理芽/根比值較低、中濃度沼液處理有所下降，但仍比對(duì)照高8%。

2.4沼液浸種濃度與水稻萌發(fā)參數(shù)的相關(guān)性分析由單因素方差分析可知，不同濃度沼液處理間上述測(cè)定指標(biāo)均存在顯著差異(表1)。其中，水稻種子萌發(fā)率，萌發(fā)速率，幼苗芽長、根數(shù)、總根長、芽生物量和根生物量的差異均達(dá)極顯著水平(P＜0.001)，另外，幼苗莖粗和芽/根生物量比值的差異也達(dá)顯著水平(P＜0.05)。由相關(guān)性檢驗(yàn)可知，上述多數(shù)指標(biāo)的變化趨勢(shì)與處理沼液濃度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中，水稻種子萌發(fā)率，萌發(fā)速率，幼苗芽長、根數(shù)、總根長、芽生物量和根生物量分別與沼液濃度之間在α=0.001水平上相關(guān)極顯著，莖粗與沼液濃度之間在α=0.01水平上相關(guān)顯著。僅芽/根生物量比值與沼液濃度之間的相關(guān)性未達(dá)顯著水平。

2.5不同濃度沼液浸種對(duì)水稻材料呼吸速率的影響沼液浸種24h后，即催芽剛開始且僅部分水稻種子露白時(shí)，不同濃度沼液處理呼吸作用就已發(fā)生顯著變化。其中，2%沼液浸種后水稻種子呼吸速率與純水浸種的對(duì)照無顯著差異(P＞0.05，圖4)，但5%沼液處理種子呼吸速率較對(duì)照增加4.6倍(P＜0.05)。更高濃度沼液處理下，水稻種子呼吸速率變化幅度有所下降，10%處理呼吸速率較對(duì)照提高2.8倍(P＜0.05)，25%沼液處理較對(duì)照仍提高1.3倍(P＞0.05)，但50%沼液處理水稻種子呼吸速率被抑制，比對(duì)照降低21%(P＞0.05)。催芽72h時(shí)，對(duì)照水稻材料(主要為幼苗)呼吸速率較催芽初始(種子)上升約3倍(圖4)。催芽72h時(shí)所有沼液處理水稻呼吸速率均顯著低于同期對(duì)照，其中，2%～10%沼液處理呼吸速率較對(duì)照下降30%～32%(P＜0.05)，25%沼液處理較對(duì)照下降48%(P＜0.05)，50%沼液處理較對(duì)照下降63%(P＜0.05)。

3討論與結(jié)論

筆者實(shí)驗(yàn)條件下，日本晴水稻種子萌發(fā)率可達(dá)98%。2%沼液浸種不影響水稻種子萌發(fā)率，可增加萌出幼苗的根數(shù)及芽生物量，但降低根生物量，因而促使芽/根生物量比值增加。2%沼液浸種對(duì)水稻種子萌發(fā)速率，萌出幼苗的長度、莖粗和總根長無顯著影響。5%及以上濃度沼液浸種不利于水稻種子萌發(fā)，其抑制作用隨著沼液濃度的增加而增強(qiáng)。50%和100%沼液浸種后水稻種子的萌發(fā)幾乎完全被抑制。以往多數(shù)報(bào)道認(rèn)為沼液浸種可以促進(jìn)水稻種子的萌發(fā)，但是，龍勝碧等［21］發(fā)現(xiàn)沼液浸種降低了水稻種子的萌發(fā)率，筆者研究結(jié)果與其一致。為進(jìn)一步探討該抑制過程，筆者還分析了催芽期間水稻材料呼吸速率的變化，發(fā)現(xiàn)催芽初期5%～25%沼液處理材料的呼吸速率遠(yuǎn)高于對(duì)照和2%沼液處理。雖然沼液中含有大量微生物［22］，但筆者實(shí)驗(yàn)中呼吸速率上升幅度與沼液濃度不呈正比，且50%沼液處理呼吸速率很低，可以判斷呼吸速率的上升是由于水稻種子本身引起的，而并非沼液中殘余微生物的代謝，說明5%～25%沼液浸種刺激了水稻種子萌發(fā)早期呼吸速率的升高。為何萌發(fā)后期水稻種子的呼吸速率反而下降，尚無明確的解釋。催芽72h時(shí)所測(cè)呼吸速率主要來自已萌出的水稻幼苗，相關(guān)數(shù)據(jù)也進(jìn)一步佐證了幼苗的生長隨著沼液濃度的升高而呈逐漸減弱的趨勢(shì)。筆者研究表明，沼液浸種整體不利于水稻種子萌發(fā)，可能有2個(gè)方面的原因。首先，沼液中可能存在重金屬。筆者后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)同一沼氣池中(不同批次)沼液ρ(Pb)達(dá)到20.12mg•L－1。劉明久等［23］曾報(bào)道水稻催芽過程中50mg•L－1的Pb2+處理可抑制幼苗的芽高、根長、苗鮮質(zhì)量及根鮮質(zhì)量，但不影響種子發(fā)芽率。BIAN等也曾發(fā)現(xiàn)太湖地區(qū)蔬菜地使用沼液施肥后，土壤和植物中Ni、Zn、Cd和Pb等重金屬超標(biāo)，高濃度沼液處理之所以抑制水稻種子的萌發(fā)，有可能是因?yàn)槭艿絇b污染的干擾。GB5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求ρ(Pb)不超過0.2mg•L－1。沼液等有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)應(yīng)用過程中可能引發(fā)的重金屬污染是一個(gè)需要密切關(guān)注的問題。其次，沼液中可能含有其他抑制幼苗萌出的成分。沼液成分復(fù)雜，除含有植物生長所需的N、P、K等營養(yǎng)成分以外，也可能存在其他尚不清楚的生物抑制物質(zhì)。部分水稻沼液浸種實(shí)驗(yàn)中，會(huì)在浸種后催芽前以清水洗凈種子。而筆者試驗(yàn)中浸種后材料未經(jīng)清洗，催芽過程中也只是以去離子水保持濕潤，可能是種子表面黏附的沼液殘余物抑制了后續(xù)幼苗的萌出。綜上所述，水稻浸種過程中應(yīng)慎用沼液。但這并非完全否定沼液在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。筆者研究表明，在水稻分蘗期和抽穗期以沼液進(jìn)行施肥實(shí)驗(yàn)，可有效提高水稻產(chǎn)量(數(shù)據(jù)尚未發(fā)表)。這可能是種子萌發(fā)期較分蘗期和抽穗期對(duì)沼液中某些成分更敏感，因而容易造成不利影響。

作者：倪天馳 周長芳 朱洪光 周飛 李祎涵 胡楚琦 單位：南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院  醫(yī)藥生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 同濟(jì)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程研究院生物質(zhì)能源研究中心