棉花秸秆水浸提液对生菜的化感效应

刘跃鹏，席凯鹏，王慧杰，王 咪，武琳琳

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

我国作为一个农业大国，农作物秸秆资源丰富，全国每年作物秸秆总量达7亿t，秸秆主要以棉花、小麦、玉米和水稻为主。目前，秸秆利用的主要方式是焚烧和还田，秸秆还田不仅可以提高秸秆的利用率，还具有培肥土壤、减少污染的作用[1-5]。有研究表明，作物秸秆中虽然富含有机质、腐植酸及作物生长所必需的氮、磷、钾等无机营养元素，但直接将秸秆还田可能会引起化感物质的释放，从而减少作物产量。近年来，对农业有机废弃物的研究越来越受到人们的重视[6-9]，但是利用农作物秸秆浸提液充当营养液来调控蔬菜生长的报道较少。

本试验以棉花秸秆为原料制备的浸提液为营养液，研究其对生菜种子萌发和幼苗生长发育的影响，为农业废弃物利用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供体材料为棉花秸秆（晋棉57），采自山西省农业科学院棉花研究所农场。受体生菜种子为从日出种业购买的奶油生菜种子。

1.2 试验方法

1.2.1 棉花秸秆浸提液的制备 将收获后的棉花秸秆10 kg，80℃杀青2 h后在110℃烘干，然后用粉碎机粉碎，在室温（25℃）下称取粉碎秸秆1 kg，并加入10 kg蒸馏水，在振荡器上振荡浸提48 h，得到100 mg/mL的秸秆浸提母液[10]，再用蒸馏水将其稀释成 5，10，20，40 mg/mL 的溶液，冷藏备用。用蒸馏水作为对照（CK）。

1.2.2 发芽及水培试验 选取籽粒饱满的生菜种子50粒，用1 g/L HgCl2消毒10 min，经蒸馏水冲洗数次，滤干后分别在发芽床上（直径为9 cm的培养皿，内铺有2层湿滤纸）均匀排列，每处理重复3次。在人工智能培养箱中恒温（25℃）、光照4 000 lx（12 h）下进行培养。播种后48 h，开始统计萌发情况（胚根或胚轴突破种皮1～2 mm时为萌发），每24h统计1次，并及时补充等量水浸提液和蒸馏水，使滤纸始终保持湿润。第10天统计发芽率，计算种子发芽指数和活力指数。

采用育苗移栽的方式，待生菜在育苗盘中长到六叶一心时[11]，清水洗净根部后用海绵包裹定植于管道式水培种植设备。每个栽培装置中种植36棵，生长过程中利用充气泵供氧。每隔5 d换一次营养液，定植后第20天随机取5株长势相近的生菜，测定根长、苗高和鲜、干质量等指标。

1.3 测定项目及方法

发芽率、发芽指数计算参照文献[12]进行。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法；可溶性糖含量测定采用蒽酮-硫酸法；维生素C含量测定采用 2，4- 二硝基苯肼法[11，13]。

1.4 数据处理

试验采用SPSS 12.0和Excel 2003进行方差分析和显著性检测。

2 结果与分析

2.1 秸秆水浸提液对生菜种子发芽的影响

作物秸秆水浸提液对种子发芽的影响表现有抑制、促进/抑制双重作用及无显著作用3种形式[14]。

从表1可以看出，棉花秸秆水浸提液对生菜种子的发芽率、发芽指数均表现为低浓度促进、高浓度抑制，处理质量浓度为10 mg/mL时，发芽率和发芽指数均最高。浸提液对种子活力指数完全表现为抑制，处理质量浓度在5～10 mg/mL时，种子活力指数随质量浓度增加而略微降低；当处理质量浓度在20～40 mg/mL时，种子活力指数随质量浓度增加而急剧下降，这可能是随着质量浓度的增大，营养液中酚酸等影响种子萌发的物质增多，进而影响了种子的活力[15-17]。

表1 秸秆水浸提液对生菜种子发芽的影响

2.2 秸秆水浸提液对生菜幼苗生长的影响

由表2可知，棉花秸秆水浸提液可抑制生菜幼苗根系的生长，且随质量浓度加大抑制作用增强；对苗高则表现为促进/抑制双重作用，处理质量浓度在5～10 mg/mL时，对苗高具有促进作用，处理质量浓度在20～40 mg/mL时，对苗高具有抑制作用。

表2 秸秆水浸提液对生菜幼苗生长的影响

2.3 秸秆水浸提液对生菜幼苗干鲜质量的影响

从表3可以看出，秸秆浸提液对生菜幼苗鲜质量影响大于对干质量的影响。秸秆浸提液对生菜鲜质量的影响为促进/抑制双重作用，当处理质量浓度为5 mg/mL时，生菜幼苗鲜质量最大。秸秆浸提液对生菜幼苗干质量无显著影响。

表3 秸秆水浸提液对生菜幼苗干鲜质量的影响

2.4 秸秆水浸提液对生菜种子可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和维生素C含量的影响

可溶性蛋白、可溶性糖和维生素C的含量是蔬菜品质和营养的重要评价指标之一，反映了植物体内碳水化合物的运转情况。由表4可知，低质量浓度棉花秸秆水浸提液培育的生菜的可溶性蛋白和可溶性糖含量均明显高于对照，而高质量浓度棉花秸秆水浸提液处理的生菜可溶性蛋白含量和可溶性糖含量明显低于对照。而生菜维生素C含量随着处理质量浓度的增加不断上升。由此可知，低质量浓度棉花秸秆水浸提液可以促进生菜生长，提高生菜品质；而高质量浓度棉花秸秆水浸提液可以抑制生菜的生长，降低其品质。

表4 秸秆水浸提液对生菜种子可溶性蛋白、可溶性糖和维生素C含量的影响 mg/g

3 结论与讨论

植物的化感作用受化感物质性质、浓度、互作方式及受体植物敏感性的不同，可表现出促进作用、抑制作用、促进/抑制双重作用和无显著作用等多种形式[18-19]。大量研究表明，植物化感作用对受体作物的影响因梯度而异，具有明显的浓度效应，本试验的研究结果也证实了这一点。植物化感作用对受体的影响主要表现为对种子发芽率、苗高、根长、苗干、鲜质量和植物品质的影响，影响因浓度处理而异。本试验得到类似结果，当水浸提液质量浓度为5～10 mg/mL时，秸秆浸提液对生菜的生长及品质均有促进作用；当质量浓度增加到20 mg/mL时，开始抑制生菜的生长，降低其品质，原因可能是根系直接接触秸秆浸提液且质量浓度较高所致。至于秸秆水浸液中起作用的关键物质及其作用机理尚需进一步研究。

因此，将秸秆浸提液应用于蔬菜栽培是可行的，但作物的化感能力还与作物的品种紧密相关，作物品种间的化感能力差异非常显著。另外，进行秸秆还田时，应当充分考虑秸秆的种类和秸秆对作物的化感作用而适量还田，以防秸秆过量还田对作物生长产生不利影响。本试验在实验室条件下进行，仅对受试蔬菜的发芽率、发芽指数、活力指数、根长、苗高、幼苗干鲜质量、可溶性蛋白、可溶性糖及维生素C含量等10项指标进行了测定分析，化感作用的大小具有一定的片面性，很难评价和定量分析化感效应。在实践中，秸秆还田还需要考虑土壤、生物、气候环境的综合影响，需进一步研究。