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浓缩沼液浸种对水稻甬优12种子萌发及幼苗质量的影响

2018-11-16李国雷廖敏吕婷丁亚丽陈树森

浙江农业科学 2018年11期
关键词:根数根长沼液

李国雷,廖敏,吕婷,丁亚丽,陈树森

(1.浙江省农业资源与环境重点实验室,浙江 杭州 310058; 2.象山县农业技术推广中心,浙江 象山 315700; 3.浙江大学 环境与资源学院,浙江 杭州 310058)

沼气工程已成为处理农村畜禽养殖粪便及作物秸秆等废弃物,减少其环境污染的重要措施,但其发酵尾产物沼渣、沼液的去向成为环保及农业领域新的关注热点。经过发酵,虽然尾产物中有机质含量显著下降,但尾产物沼液中仍含有丰富的营养元素、氨基酸、腐植酸、生长素、水解酶、维生素等生物活性物质,具有生物肥料和生物农药的双重特性[1-2]。将沼液作为有机肥施于农田,不仅能够提高作物产量、改善土壤品质,而且可以减少化肥和农药的施用,提高资源利用效率[2-3]。但沼液养分含量低,直接施用肥效不高,物流成本大,缺乏相应的肥料标准,因而难以商品化。随着膜处理技术的发展,研究表明,采用反渗透和纳滤膜浓缩技术,可实现沼液10倍浓缩[4],由此生产的浓缩沼液便于贮藏运输、节约水肥成本,是一种良好的液体有机肥,有助于沼液肥的商品化。

沼液在水稻种植过程中的应用有不少报道,但结论却存在较大差异。多数研究认同施用沼液可以提高水稻产量和质量,减轻病虫害[1-5],但沼液完全代替化肥施用对水稻生长及产量形成是不利的。不少研究发现,沼液浸种可以促进水稻种子的萌发,提升幼苗质量和抗逆性,不过相关报道多集中于不同沼液浸种时间对种子萌发的影响上[6-11],这些研究采用的沼液均为原液,而有关浓缩沼液作为种子浸种剂的应用研究较少。甬优12是宁波地区广泛种植的超级稻品种,种子价格相对较贵,提高其发芽率和幼苗素质,对于节约种植户的投入(生产成本)具有重要意义。鉴于此,本研究采用浙江普遍推广的水稻甬优12种子和浓缩10倍沼液作为研究对象,探讨浓缩沼液浸种对水稻甬优12种子萌发及秧苗素质的影响,以期为浓缩沼液的应用和促进其商品化提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地点位于浙江省象山县东陈乡农业公共服务中心(科技创业园),29°24′32.60″N,121°53′48.13″E,实验室分析测定委托浙江省农业资源与环境重点实验室进行。

采用人工选取的水稻甬优12饱满(精选)种子作为研究对象。试验用沼液来自浙江宁波象山县茅洋养殖场的沼气工程点。沼液经纳滤膜和反渗透组合技术进行浓缩,浓缩倍数为10倍。浓缩沼液的基本理化性质:pH值7.94,电导率11.7 mS·cm-1,有机质2.49 g·L-1,总氮、总磷、总钾、铜和锌的体积质量(浓度)分别为5 856.4、224.85、1 752.5、3.45、18.5 mg·L-1。

1.2 浸种及萌发

以去离子水稀释纯浓缩沼液,获得0、10%、20%、40%、100%的浓度梯度(相当于总氮质量浓度为0、585.6、1 171.3、2 242.6、5 856.4 mg·L-1)。于小烧杯中,依次加入浓度梯度稀释后的浓缩沼液100 mL,每杯放入200颗种子,使种子完全浸入沼液中。每个沼液处理浓度设置3个重复。为防浸种过程中沼液残余微生物耗氧而导致水稻种子缺氧,将小烧杯置于恒温振荡器(TS-100C,上海天呈实验仪器制造有限公司)上培养,设定温度为30 ℃,转速150 r·min-1。24 h后去除沼液,将种子转移至光照培养箱[GZX-150,林茂科技(北京)有限公司]内催芽。种子置于玻璃培养皿中,上下各铺1层滤纸,用去离子水于每日早晚2次湿润滤纸,并以无明显积水为准,每个培养皿放置20粒种子。培养箱设定t(光)∶t(暗)=12 h∶12 h,照度为6 000 lx,保持温度在30 ℃。观察出芽情况。

此外,以20%浓缩沼液为浸种剂,设置12、24、48、72 h浸种时间,到达相应浸种时间后,进行催芽培养,培养过程同上,观察出芽情况。

1.3 幼苗活力与长势测定

催芽3 d后不再有新的种子萌出,此时从每个培养皿中选出3株长势最佳的幼苗,测定其茎长、茎粗、根数和总根长等形态学参数。同时,分别测定对应幼苗的呼吸速率。具体地,采用CIRAS-2光合测定系统联合土壤呼吸室(PP Systems,美国)进行,每组沼液处理随机取3个皿。测定条件以大气为气源,控制流速为200 mL·min-1,测定温度为室温(25 ℃)。

测定过程中保持幼苗表面湿润,仪器稳定后记录CO2摩尔分数差值(△x)。测定结束后称出幼苗鲜重(m),并以此换算出单位质量幼苗每小时的呼吸量,即呼吸速率(R):

式中:v为气体流速;24.7为室温和标准大气压下空气的平均摩尔体积(L·mol-1);60为时间单位换算率(min·h-1);R以CO2计(μmol·g-1·h-1)。

最后将每皿幼苗的芽(茎叶)和根自基部切开,烘干至恒重后称量,换算为单株平均干重。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2013和SPSS 17.0软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 浓缩沼液浸种浓度对甬优12水稻种子萌发的影响

由图1可知,随着浸种用浓缩沼液浓度增加(0~20%),甬优12水稻种子萌发率逐渐增加,当浓缩沼液浓度为20%时种子萌发率最高(88.3%),之后,随着浸种用浓缩沼液浓度增加(20%~100%),种子萌发率下降,全部用浓缩沼液时,水稻种子的发芽率只有4.1%。这说明,当浸种用浓缩沼液添加浓度在20%以下时对甬优12水稻种子萌发有促进作用,浓度过高反对种子萌发有抑制作用,最佳浸种用液为20%的浓缩沼液。之所以一定量的浓缩沼液可以提升种子的发芽率,主要是因为沼液中含有丰富的氮、磷、钾等营养物质和各类氨基酸、赤霉素、生长素等多种活性物质,有利于水稻种子的新陈代谢,对水稻生长有调控作用[1-3],但当沼液超出一定浓度后,由于电解质浓度过高,对种子形成胁迫,不利于种子的新陈代谢,导致种子的萌发与生长受到抑制[12]。

图1 不同浓度浓缩沼液浸种对甬优12水稻种子萌发的影响

2.2 浓缩沼液浸种时间对水稻甬优12种子萌发的影响

由图2可知,随着浸种时间延长,甬优12水稻种子萌发率先增加,至浸种24 h时种子萌发率达到最大(88.3%),之后随着浸种时间延长,种子萌发率下降,浸种72 h时,水稻种子的发芽率只有75.2%。说明浸种24 h以下对甬优12水稻种子萌发具有促进作用,但浸种时间过长会抑制种子萌发。20%浓缩沼液的最佳浸种时间为24 h。浸种时间过长之所以会抑制水稻种子的萌发,主要是因为受到诱导和激发的种子处于厌氧环境,其呼吸作用受到抑制[13],这一现象在其他研究中也得到证实[7-8]。

图2 浓缩沼液浸种时间对甬优12水稻种子萌发的影响

2.3 浓缩沼液浸种浓度对水稻甬优12幼苗质量的影响

由图3可知,随着浸种用浓缩沼液浓度的增加,甬优12水稻幼苗的芽长、茎粗、根数、总根长及单株生物量(干重)等指标,在浓缩沼液浓度20%以下时逐渐增大,至浓缩沼液添加量20%时,各指标达到最大,幼苗的芽长、茎粗、根数、总根长及生物量分别达到4.6 cm、0.91 mm、6.2条、7.00 cm和1.53 mg,之后,各指标开始下降,至全部为浓缩沼液时,水稻幼苗的芽长、茎粗、根数、总根长及单株生物量(干重)分别下降至0.4 cm、0.53 mm、1.2条、1.20 cm、0.10 mg,其中,芽长、根数和总根长在所有浓缩沼液浓度处理间均存在显著差异。结果说明,当浓度为20%以下时,浓缩沼液浸种有助于提升甬优12水稻幼苗的质量,但添加浓度过高则会抑制水稻幼苗生长。20%的浓缩沼液对提升幼苗质量效果最佳。

图3 不同浓度浓缩沼液浸种对甬优12水稻幼苗质量的影响

2.4 浓缩沼液浸种浓度对水稻甬优12幼苗呼吸速率的影响

由图4可知,随着浸种用浓缩沼液浓度增加,甬优12水稻幼苗呼吸速率在浓缩沼液浓度20%以下时逐渐升高,至浓度20%时水稻幼苗呼吸速率达到最大(33.6 μmol·g-1·h-1),之后水稻幼苗呼吸速率开始下降,至全部为浓缩沼液时,水稻幼苗呼吸速率只有1.1 μmol·g-1·h-1,所有浓缩沼液浓度处理间水稻幼苗呼吸速率均存在显著差异。这进一步说明当浓缩沼液浓度为20%以下时,浸种可提升水稻甬优12幼苗的活力,但过高的添加浓度则不利于水稻幼苗呼吸,幼苗活力下降,说明浓缩沼液最佳浸种用浓度为20%。

图4 不同浓度浓缩沼液浸种对甬优12水稻幼苗呼吸速率的影响

3 小结

本研究表明,采用一定浓度的浓缩沼液浸种一定时间,将显著提升水稻甬优12种子的发芽率,同时水稻幼苗质量和活力亦显著增强,其最佳浸种浓度为20%,最佳浸种时间为24 h。最佳条件下浸种并催芽3 d后,水稻甬优12种子的发芽率达到88.3%,幼苗芽长、茎粗、根数、总根长和单株生物量(干重)分别达到4.6 cm、0.91 mm、6.2条、7.00 cm和1.53 mg,水稻幼苗呼吸速率达到33.6 μmol·g-1·h-1。采用超出上述浓度的浓缩沼液或时间浸种时,将显著抑制种子的发芽率及幼苗的质量与活力。

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