浓缩沼液浸种对水稻甬优12种子萌发及幼苗质量的影响

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。