王全九 緱麗娜 孫 燕 劉 陽 解江博 朱夢杰

(1.西安理工大學省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室， 西安 710048；2.中國科學院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室， 陜西楊凌 712100)

0 引言

我國淡水資源短缺問題一直十分突出[1]，人均淡水資源量僅為世界人均水平的1/3[2]。水資源短缺成為影響我國區(qū)域社會、經(jīng)濟和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[3]。我國農(nóng)業(yè)用水量占全國用水總量的60%以上[4]，農(nóng)業(yè)用水的供需矛盾日益嚴重[5]。合理開發(fā)利用其他水資源、發(fā)展新型農(nóng)業(yè)灌溉技術、提高農(nóng)業(yè)用水生產(chǎn)效率是緩解我國農(nóng)業(yè)淡水資源緊缺的有效途徑。

據(jù)統(tǒng)計，我國地下微咸水資源儲量約2×1011m3/a，大部分埋藏于地下10～100 m處，適宜被開采利用[6]。國內(nèi)外利用咸水與微咸水進行農(nóng)業(yè)灌溉已有百年歷史，我國亦從20世紀六七十年代就開始對微咸水灌溉技術進行研究利用，在寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古等北方地區(qū)，利用微咸水灌溉能夠使作物高產(chǎn)[7]。實踐表明，微咸水灌溉是解決淡水資源短缺的有效途徑之一[8]。但微咸水灌溉同時也會增加土壤次生鹽堿化風險，進而破壞土壤結(jié)構(gòu)、抑制作物生長[9]。因此，如何安全高效地利用微咸水進行農(nóng)田灌溉是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水土資源科學可持續(xù)利用的重要內(nèi)容[10]。在現(xiàn)有水資源條件下，尋找提高水資源利用率的新途徑、發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè)已成為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要切入點[11]。

近年來，磁化、去電子、增氧等灌溉水活化技術作為簡便、低能耗、低投入、無污染且高效的水處理技術，已受到學者們的廣泛關注。其中增氧技術于20世紀70年代出現(xiàn)，從生物學角度開辟了灌溉水生理功效提升的新研究領域。近年來，國內(nèi)外研究結(jié)果一致表明，增氧灌溉對作物產(chǎn)量提高具有明顯的促進作用[12-16]。種子萌發(fā)是作物正常生長發(fā)育的基礎，研究結(jié)果表明，氧氣是種子萌發(fā)的主要影響因素之一，影響種子的萌發(fā)特性[17]。熊元基等[18]在對周圍土壤進行機械、化學、電解增氧后發(fā)現(xiàn)，種子的基本生理指標均有不同程度提高。蔣程瑤等[19]采用微納米氣泡技術提高水中含氧量的方法對小白菜、生菜等葉菜種子發(fā)芽進行了研究，結(jié)果表明，充足的水氧環(huán)境有利于種子萌發(fā)和幼苗生長。胡德勇等[20]在電磁式空氣泵通氣技術進行增氧灌溉的條件下研究了秋黃瓜的萌發(fā)特征，結(jié)果表明，增氧對大棚秋黃瓜種子的種子發(fā)芽力指標、種子活力指標以及發(fā)芽整齊度較未處理對照組均有所提高。

研究表明，微咸水的安全利用需采用科學的方式，以降低微咸水灌溉所帶來的土壤次生鹽堿化風險，增氧灌溉活化水技術對植物生長具有改善與促進作用[21]。本文將增氧灌溉技術與微咸水灌溉技術相結(jié)合，研究增氧微咸水對小麥種子萌發(fā)特征的影響，為提高微咸水安全高效利用、降低微咸水利用風險提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試微咸水由氯化鈉試劑(氯化鈉質(zhì)量分數(shù)大于等于99.5%，分析純)和淡水(礦化度0.2 g/L、溶解氧質(zhì)量濃度9.5 mg/L)配置而成。增氧處理采用微納米氣泡快速發(fā)生裝置，增氧過程中采用HQ40型便攜式溶氧儀監(jiān)測微咸水溶解氧質(zhì)量濃度變化。

小麥種子為西農(nóng)585。

1.2 試驗設計

試驗在西安理工大學西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室培育基地進行，試驗處理分別為微咸水(B)、增氧淡水(O)、增氧微咸水(BO)，以及未處理淡水(CK)作為對照，進行不同礦化度和不同增氧水平條件下的小麥種子萌發(fā)試驗。微咸水(1～5 g/L)、增氧淡水(9.5～22.5 mg/L)各5個處理，不同礦化度(1、3、5 g/L)和不同增氧水平(9.5、12.5、16.5、19.5、22.5 mg/L)耦合處理15個。每個處理重復3次。采用培養(yǎng)皿進行小麥種子萌發(fā)試驗。每個培養(yǎng)皿選取25顆已消毒種子均勻放置在濕潤濾紙上，置于恒溫培養(yǎng)箱中進行催芽。每天定時更換濾紙以保證培養(yǎng)皿中微咸水的礦化度保持不變。

1.3 測定指標與方法

本試驗測定指標為種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)和幼芽平均高度。

根據(jù)《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》，小麥種子的萌發(fā)數(shù)量以根長達到種子長度的1/2作為萌發(fā)標準并于每天定時記錄；第7天將培養(yǎng)皿中所有供試小麥的根剪下稱量獲得根鮮質(zhì)量，稱量前用濾紙吸走多余水分。發(fā)芽勢和發(fā)芽率的測定時間分別為第4、7天，計算公式為

GV=N4/A×100%

(1)

GP=N7/A×100%

(2)

GPn=Nn/A×100%

(3)

VI=GIS

(4)

其中

GI=∑(Gt/Dt)

(5)

S=M/A

(6)

式中GV——發(fā)芽勢，%GP——發(fā)芽率，%

GPn——第n天發(fā)芽率，%

GI——發(fā)芽指數(shù)VI——活力指數(shù)

S——每粒種子根鮮質(zhì)量，g

Gt——t時間內(nèi)已萌發(fā)種子的數(shù)量

Dt——t時間內(nèi)相應發(fā)芽時間，d

Nn——第n天已萌發(fā)種子的數(shù)量

M——供試種子總根鮮質(zhì)量，g

A——供試種子數(shù)量

幼芽平均高度利用尺子對所有大于0.3 cm的幼苗進行測量，并對測量種子數(shù)量進行計數(shù)，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

分析數(shù)據(jù)均采用平均值。使用SPSS 21.0進行方差分析，研究不同礦化度和不同增氧水平對小麥種子各萌發(fā)指標影響的顯著性差異。使用Excel進行多元回歸分析，研究增氧微咸水的溶解氧質(zhì)量濃度、礦化度與種子萌發(fā)指標之間的經(jīng)驗關系模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 微咸水對小麥種子萌發(fā)特征的影響

2.1.1微咸水下種子的萌發(fā)特征

圖1(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同)為不同礦化度的微咸水對小麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和幼芽平均高度的影響。由圖1可知，在微咸水條件下(礦化度1～5 g/L)，小麥種子發(fā)芽勢、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、幼芽平均高度隨著礦化度的增加均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。發(fā)芽率和單粒根質(zhì)量隨著礦化度的增加呈現(xiàn)減小趨勢。

圖1 小麥萌發(fā)指標隨微咸水礦化度的變化曲線Fig.1 Germination index of wheat changes with salinity of brackish water

發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)在礦化度為2、3 g/L時較淡水處理(CK)都表現(xiàn)為增加，發(fā)芽勢分別較對照組增加8.77%、6.14%，發(fā)芽指數(shù)分別較對照組增加25.11%、0.31%。在礦化度為1 g/L時發(fā)芽勢較淡水處理(CK)減小7.02%，但發(fā)芽指數(shù)增加了9.16%，這是由于礦化度1 g/L處理使萌發(fā)2 d內(nèi)種子的萌發(fā)數(shù)量高于淡水處理(CK)，但萌發(fā)3～4 d時種子的萌發(fā)數(shù)量增長量比淡水處理(CK)低。礦化度為4、5 g/L時發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均低于淡水處理(CK)。活力指數(shù)在礦化度為1、2 g/L時分別較淡水處理(CK)增加2.50%、2.70%，當?shù)V化度為3、4、5 g/L時分別較淡水處理(CK)減小10.28%、18.37%、44.58%。單粒根質(zhì)量在所有礦化度下較淡水處理(CK)均表現(xiàn)為抑制作用，分別減小5.14%、10.94%、9.37%、14.27%、37.74%。礦化度為3 g/L時活力指數(shù)較淡水處理(CK)表現(xiàn)為抑制，但發(fā)芽指數(shù)與之相反，這說明此條件下單粒根質(zhì)量對活力指數(shù)起主導作用，而礦化度為1、2 g/L時發(fā)芽指數(shù)對活力指數(shù)起主導作用。發(fā)芽率隨礦化度的升高呈減小趨勢，礦化度為1、2、3、4、5 g/L條件下分別較淡水處理(CK)降低了0.36%、1.79%、9.32%、14.34%、19.71%，表明微咸水對種子發(fā)芽率具有不利影響。發(fā)芽率與發(fā)芽勢在礦化度為2、3 g/L時的影響作用相反，這說明2、3 g/L礦化度有利于種子萌發(fā)4 d時發(fā)芽數(shù)量的增加，但不利于4～7 d發(fā)芽數(shù)量的持續(xù)增長。幼芽平均高度在微咸水礦化度為3 g/L時最大，相比于淡水處理(CK)，幼芽平均高度增加14.53%，礦化度為1、2 g/L條件下的幼芽平均高度分別增加1.74%、4.65%，礦化度為4、5 g/L條件下的幼芽平均高度較淡水處理(CK)減小20.16%、21.13%，表明當微咸水礦化度大于4 g/L時對幼芽平均高度有明顯抑制作用。其中在礦化度為2 g/L時，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均為微咸水處理下的最大值，幼芽平均高度高于淡水處理(CK)，發(fā)芽率略有降低但仍大于90%，單粒根質(zhì)量減小幅度不大?？梢哉J為在微咸水條件下，礦化度2 g/L較利于小麥種子萌發(fā)。

淡水處理(CK)的發(fā)芽勢低于礦化度2、3 g/L的發(fā)芽勢，表明適量的鹽脅迫提高了種子萌發(fā)初期的發(fā)芽數(shù)量。淡水處理(CK)的發(fā)芽指數(shù)明顯低于礦化度為1、2 g/L的發(fā)芽指數(shù)，表明較低的鹽脅迫使種子萌發(fā)初期的發(fā)芽數(shù)量增加。并且在礦化度為1、2 g/L處理下的發(fā)芽率未低于90%，較接近淡水處理的發(fā)芽率，而其發(fā)芽指數(shù)的明顯提高可以認為是礦化度為1、2 g/L的處理使小麥種子的發(fā)芽進程提前導致。幼芽平均高度在礦化度1 g/L處理下略高于淡水處理(CK)，在礦化度3 g/L處理下明顯高于淡水處理(CK)，這可能是由于較低礦化度的鹽脅迫提高了萌發(fā)初期種子的萌發(fā)數(shù)量，而越早萌發(fā)出的幼芽，生長的時間越長，也就越高。小麥的部分指標在較低鹽脅迫環(huán)境中高于淡水處理(CK)，這可能是小麥萌發(fā)過程中對鹽脅迫的一種適應性反應。在植物處于逆境時，組織細胞內(nèi)會大量累積活性氧，導致脂膜過氧化，誘導細胞程序性死亡[22]，而抗氧化酶擔任清除活性氧的關鍵步驟[23]。據(jù)此推測，小麥種子在處于較低鹽脅迫時，組織細胞內(nèi)累積的活性氧數(shù)量較低，抗氧化酶等的酶活性有一定提高，有利于種子的萌發(fā)，致使部分指標高于淡水處理(CK)；當?shù)V化度超過3 g/L時，種子處于較高鹽脅迫，組織細胞內(nèi)累積大量活性氧，此時抗氧化酶已不足以清除活性氧，導致脂膜過氧化，且抗氧化酶和其他未知酶的大量存在或許對種子萌發(fā)也不利，致使各項指標迅速下降。

2.1.2指標間相關性分析

微咸水處理條件下的微咸水礦化度與小麥種子萌發(fā)指標(發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼芽平均高度)之間存在一定的相關性，對其進行相關性分析，結(jié)果見表1。

表1 微咸水條件下礦化度與各指標間的相關系數(shù)Tab.1 Correlation coeffient between salinity and various indexes under brackish water condition

由表1可看出，皮爾遜相關系數(shù)均符合|r|>0.5，表明礦化度與各指標之間具有中度及以上相關性。并且小麥種子發(fā)芽率和活力指數(shù)與礦化度之間均呈現(xiàn)顯著相關關系。

2.2 增氧淡水對小麥種子萌發(fā)特征的影響

2.2.1增氧淡水下小麥種子的萌發(fā)特征

增氧淡水溶解氧質(zhì)量濃度分別為9.5、12.5、16.5、19.5、22.5 mg/L，其中溶解氧質(zhì)量濃度9.5 mg/L即為未增氧淡水。圖2為不同溶解氧質(zhì)量濃度增氧淡水對小麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、單粒根質(zhì)量和幼芽平均高度的影響。由圖2可知，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加而先增加后略有減??；活力指數(shù)、幼芽平均高度隨溶解氧質(zhì)量濃度的增加而先減小后增加；發(fā)芽率隨溶解氧質(zhì)量濃度增加表現(xiàn)為先基本不變后減小趨勢。

圖2 小麥萌發(fā)指標隨增氧淡水溶解氧質(zhì)量濃度的變化曲線Fig.2 Index of wheat germination changes with concentration of dissolved oxygen in oxygenated fresh water

發(fā)芽勢在溶解氧質(zhì)量濃度12.5 mg/L時最大，較淡水處理(CK)增加14.04%，溶解氧質(zhì)量濃度在12.5～22.5 mg/L時，發(fā)芽勢緩慢降低，但溶解氧質(zhì)量濃度16.5、19.5、22.5 mg/L條件下發(fā)芽勢仍分別較淡水處理(CK)增加11.40%、11.40%、10.53%，表明適當提高溶解氧質(zhì)量濃度有利于增加小麥種子萌發(fā)4 d的萌發(fā)數(shù)量。發(fā)芽率在溶解氧質(zhì)量濃度為9.5～16.5 mg/L時基本保持不變，在16.5～22.5 mg/L之間呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，在16.5、22.5 mg/L時分別較CK減小3.58%、4.66%，表明溶解氧質(zhì)量濃度的增高對發(fā)芽率影響不大，但過高的溶解氧質(zhì)量濃度對種子發(fā)芽率略有抑制作用。發(fā)芽指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5～22.5 mg/L均高于淡水處理，分別增加1.07%、3.41%、12.37%、9.46%，發(fā)芽指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時最大，表明溶解氧質(zhì)量濃度增加有利于種子前期萌發(fā)數(shù)量的增加。單粒根質(zhì)量和活力指數(shù)在12.5、16.5、19.5 mg/L時均低于淡水處理(CK)，在溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時均高于淡水處理(CK)。結(jié)合發(fā)芽指數(shù)變化特征可以發(fā)現(xiàn)，溶解氧質(zhì)量濃度12.5～19.5 mg/L單粒根質(zhì)量的減小主要影響了活力指數(shù)的降低。幼芽平均高度在溶解氧質(zhì)量濃度為9.5～19.5 mg/L之間時，表現(xiàn)為下降趨勢，19.5～22.5 mg/L時表現(xiàn)為上升趨勢，但溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時幼芽平均高度仍低于淡水處理(CK)，表明溶解氧質(zhì)量濃度的增加對幼芽平均高度具有抑制作用。

2.2.2指標間相關性分析

增氧淡水條件下小麥種子萌發(fā)過程中溶解氧質(zhì)量濃度與萌發(fā)指標之間存在一定的相關性，對其進行相關性分析以及顯著性分析，結(jié)果見表2。

表2 增氧淡水條件下溶解氧質(zhì)量濃度與各指標的相關系數(shù)Tab.2 Correlation coefficent between dissolved oxygen concentration and various indexes under oxygenated fresh water condition

由表2可看出，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)與溶解氧質(zhì)量濃度之間的皮爾遜相關系數(shù)均符合|r|>0.5，表明具有中度及以上相關性。而活力指數(shù)、單粒根質(zhì)量、幼芽平均高度與溶解氧質(zhì)量濃度之間的皮爾遜相關系數(shù)|r|>0.3，表明具有低度相關性。結(jié)合顯著性相關分析可以表明，增氧淡水條件下，小麥種子發(fā)芽指數(shù)與溶解氧質(zhì)量濃度之間呈顯著正相關關系，而發(fā)芽率與溶解氧質(zhì)量濃度之間呈現(xiàn)顯著負相關關系。

2.3 增氧微咸水對小麥種子萌發(fā)特征的影響

2.3.1增氧微咸水下小麥種子的萌發(fā)特征

研究增氧微咸水對小麥種子萌發(fā)特征的影響時，針對礦化度和溶解氧質(zhì)量濃度對試驗設置交叉處理，更有效地揭示在微咸水與增氧淡水耦合條件下小麥種子萌發(fā)狀況，得到可靠穩(wěn)定的模型。分別在礦化度為1、3、5 g/L條件下，設置溶解氧質(zhì)量濃度分別為9.5、12.5、16.5、19.5、22.5 mg/L。其中，溶解氧質(zhì)量濃度9.5 mg/L為未增氧處理。圖3(圖中不同大寫字母表示在溶解氧質(zhì)量濃度為9.5 mg/L時，不同礦化度條件下各處理差異顯著(P<0.05))為不同礦化度的微咸水進行增氧處理影響小麥種子萌發(fā)指標的變化特征。

圖3 小麥萌發(fā)指標隨增氧微咸水的溶解氧質(zhì)量濃度、礦化度的變化Fig.3 Index of wheat germination changes with dissolved oxygen concentration and salinity of oxygenated brackish water

在礦化度為1 g/L時，發(fā)芽勢、單粒根質(zhì)量、幼芽平均高度隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加先增加后減小。礦化度為1 g/L時，發(fā)芽勢在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L分別較淡水處理(CK)增加5.26%、23.68%、14.04%，在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時較淡水處理(CK)減小3.51%。未增氧處理、礦化度1 g/L的微咸水條件下發(fā)芽勢較淡水處理(CK)減小7.02%，分析得到對礦化度1 g/L微咸水進行增氧處理可以減弱礦化度對發(fā)芽勢的抑制作用。礦化度為1 g/L時，單粒根質(zhì)量在未增氧處理條件下較淡水處理減小5.14%，在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時單粒根質(zhì)量較淡水處理增加9.41%，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L時單粒根質(zhì)量分別較淡水處理減小0.53%、0.82%、11.09%。其中，溶解氧質(zhì)量濃度為12.5、16.5、19.5 mg/L的單粒根質(zhì)量高于未增氧、礦化度1 g/L的微咸水處理，但溶解氧質(zhì)量濃度達到22.5 mg/L時單粒根質(zhì)量低于未增氧處理微咸水。幼芽平均高度僅在微咸水溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時高于淡水處理(CK)，亦僅在此溶解氧質(zhì)量濃度條件下高于未增氧微咸水處理，溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L分別較淡水處理(CK)減小2.00%、2.23%、4.07%。在礦化度為1 g/L時，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先減小后增加、再減小趨勢。發(fā)芽率僅在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時高于淡水處理(CK)4.30%。發(fā)芽指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為9.5、12.5、19.5 mg/L時分別較淡水處理增加7.95%、6.80%、17.16%，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、22.5 mg/L時較淡水處理(CK)減小5.22%、9.35%。但發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均僅在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時高于未增氧、礦化度1 g/L的微咸水處理。活力指數(shù)表現(xiàn)為先增加后減小、再增加后減小的波動趨勢，這應該是與溶解氧質(zhì)量濃度與礦化度在共同作用效果出現(xiàn)相反時，起主導作用的因素不同有關。在礦化度為1 g/L時，活力指數(shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5、19.5 mg/L時分別較淡水處理(CK)增加15.33%、14.91%，且均明顯高于未增氧、礦化度1 g/L的微咸水處理?；盍χ笖?shù)在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、22.5 mg/L時分別較淡水處理(CK)減小5.63%、20.47%，且均明顯低于未增氧、礦化度1 g/L的微咸水處理。結(jié)合單粒根質(zhì)量和發(fā)芽指數(shù)變化特征，在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時單粒根質(zhì)量的增長對活力指數(shù)增長起主導作用，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5 mg/L時發(fā)芽指數(shù)的增長對活力指數(shù)增長起主導作用。由此可知，礦化度為1 g/L、溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時，增氧處理可以改善礦化度對種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、單粒根質(zhì)量的抑制作用，進一步促進發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的提高，但對幼芽平均高度有較小抑制作用。

在礦化度為3 g/L時，發(fā)芽勢和發(fā)芽率隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加先減小后增加。發(fā)芽勢在增氧處理為12.5 mg/L時較淡水處理增加3.51%，在增氧處理為16.5、19.5、22.5 mg/L時分別較淡水處理減小0.44%、1.75%、0.44%。發(fā)芽率在4個增氧處理條件下均低于淡水處理(CK)，分別較淡水處理(CK)減小12.54%、15.41%、17.92%、15.41%。同時結(jié)合淡水增氧處理分析，隨著溶解氧質(zhì)量濃度提高，促進種子發(fā)芽勢增長的作用逐漸減弱，增氧微咸水處理下種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率的抑制作用亦逐漸減弱，但仍低于未增氧、礦化度3 g/L微咸水處理。這說明在3 g/L礦化度條件下，種子的發(fā)芽勢已達到較高水平，再進行增氧處理對種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率不利。在礦化度為3 g/L時，發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)和幼芽平均高度隨著溶解氧質(zhì)量濃度的增加均表現(xiàn)為先減小后增加、再減小后增加的趨勢。在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5、16.5、19.5 mg/L條件下，較淡水處理(CK)，發(fā)芽指數(shù)分別減小7.39%、6.01%、10.25%，單粒根質(zhì)量分別減小19.88%、5.57%、11.27%，活力指數(shù)分別減小26.90%、12.49%、21.37%，且均低于未增氧、礦化度3 g/L微咸水處理。在溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時，發(fā)芽指數(shù)較淡水處理(CK)略增長0.98%，單粒根質(zhì)量與活力指數(shù)較淡水處理幾乎無差異，但均高于未增氧、礦化度3 g/L微咸水。這說明在3 g/L礦化度條件下當溶解氧質(zhì)量濃度達到22.5 mg/L時，可以減小礦化度對發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量和活力指數(shù)的抑制作用。幼芽平均高度僅在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時低于淡水處理(CK)4.55%，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L時較淡水處理(CK)分別增長4.64%、4.13%、4.81%，但均低于未增氧、礦化度3 g/L微咸水處理。由此可知，礦化度為3 g/L、溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時，增氧處理可以緩解礦化度對種子發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)的抑制作用，對幼芽平均高度具有促進作用，使發(fā)芽勢略有降低，但發(fā)芽率仍達到80%。

在礦化度為5 g/L時，發(fā)芽勢隨溶解氧質(zhì)量濃度的增加而先增加后減小、再增加；發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)、幼芽平均高度均隨溶解氧質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。其中，溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時，小麥種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)均分別較淡水處理(CK)減小7.02%、17.20%、0.70%、15.05%、16.64%，但均高于未增氧、礦化度5 g/L微咸水處理。相比于淡水處理(CK)，在溶解氧質(zhì)量濃度為16.5、19.5、22.5 mg/L時，發(fā)芽勢分別減小35.09%、33.33%、23.25%，發(fā)芽率分別減小32.62%、32.62%、37.28%，發(fā)芽指數(shù)分別減小21.56%、22.23%、40.84%，單粒根質(zhì)量分別減小24.08%、22.84%、28.19%，活力指數(shù)分別減小41.29%、40.72%、58.09%，且均低于未增氧、礦化度5 g/L微咸水處理。幼芽平均高度在溶解氧質(zhì)量濃度達到16.5 mg/L時較淡水處理(CK)減小10.89%，并且在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時較淡水處理(CK)減小13.26%，但均高于未增氧、礦化度5 g/L微咸水處理。幼芽平均高度在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5、22.5 mg/L時，分別較淡水處理(CK)減小24.70%、46.85%，且均低于未增氧、礦化度5 g/L微咸水處理。由此可知，礦化度為5 g/L時、溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時，增氧處理可以緩解礦化度對種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、單粒根質(zhì)量、活力指數(shù)、幼芽平均高度的抑制作用。

研究表明，納米氣泡增氧水可以產(chǎn)生活性氧，水中活性氧含量對種子萌發(fā)至關重要，并且納米氣泡增氧水中的活性氧含量與水中納米氣泡密度呈正相關[24]。本次研究中增氧水的處理是采用微納米氣泡快速發(fā)生裝置對自來水進行增氧到溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L，再將自來水(溶解氧質(zhì)量濃度9.5 mg/L)與該增氧水進行不同比例的混合以獲得其他增氧水平(12.5、16.5、19.5 mg/L)，可以認為本研究中的不同增氧水平對應不同活性氧含量水平。過量的活性氧具有氧化作用，導致脂質(zhì)過氧化、DNA損傷和斷裂[25-26]。而中等水平的活性氧含量具有生理促進作用，適量的活性氧對細胞壁的松弛有較大影響，并且可作為作物生長過程中的一種重要信號分子[27-28]。

本研究淡水增氧處理結(jié)果中，溶解氧質(zhì)量濃度22.5 mg/L時的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均較溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L時略有降低，這可能是由于溶解氧質(zhì)量濃度22.5 mg/L時活性氧過量，對作物細胞產(chǎn)生了不利的氧化作用導致。本研究在不同礦化度條件下再進行納米氣泡增氧處理，是鹽脅迫與納米氣泡增氧處理的耦合。1 g/L礦化度在溶解氧質(zhì)量濃度為19.5 mg/L較適宜，這可能是由于對比淡水其礦化度提升幅度較小，使這一結(jié)果與淡水增氧結(jié)果表現(xiàn)一致。3 g/L礦化度下的發(fā)芽勢明顯高于1 g/L礦化度下，適量的鹽脅迫促進了種子萌發(fā)初期的發(fā)芽勢，較1 g/L礦化度相比種子處于一個較有利的環(huán)境中，這可能提高了種子對活性氧氧化作用的抵抗能力，所以種子可以耐受較高溶解氧質(zhì)量濃度(22.5 mg/L)，且該溶解氧質(zhì)量濃度促進種子的代謝作用。礦化度5 g/L下種子的各項指標均明顯低于CK，種子處于一個非常不利的環(huán)境中，其細胞應該已遭受到破壞，這可能導致種子細胞對溶解氧質(zhì)量濃度的耐受性明顯降低，所以在溶解氧質(zhì)量濃度為12.5 mg/L時較未增氧、礦化度5 g/L表現(xiàn)出促進作用，溶解氧質(zhì)量濃度超過12.5 mg/L反而不利于種子發(fā)芽。

2.3.2指標間相關性分析

不同礦化度微咸水增氧條件下小麥種子萌發(fā)過程中溶解氧質(zhì)量濃度與萌發(fā)指標(發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼芽平均高度)之間存在一定的相關性，對其進行相關性分析以及顯著性分析，結(jié)果見表3。由表3可以看出，在礦化度為3、5 g/L時，發(fā)芽率與溶解氧質(zhì)量濃度之間呈現(xiàn)極強相關。而礦化度為1 g/L時發(fā)芽率與溶解氧質(zhì)量濃度僅具有中度以下相關性，這可能是由于礦化度為1 g/L微咸水條件下的小麥種子本就具有較高發(fā)芽率(93%)，而增氧處理對小麥種子發(fā)芽率在較高增氧處理(12.5～16.5 mg/L)時影響作用微小，僅在高溶解氧質(zhì)量濃度(16.5～22.5 mg/L)時具有較小抑制作用。因此造成礦化度為1 g/L時，溶解氧質(zhì)量濃度與種子發(fā)芽率之間相關性不明顯。由此可知，當微咸水礦化度較高時，增氧處理能夠在一定程度上影響小麥種子的發(fā)芽率。

表3 增氧微咸水條件下溶解氧質(zhì)量濃度與各指標的相關系數(shù)Tab.3 Correlation coefficent between dissolved oxygen concentration and various indexes under oxygenated brackish water condition

2.4 經(jīng)驗模型構(gòu)建

根據(jù)指標間相關性和顯著性分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率與微咸水礦化度、增氧淡水溶解氧質(zhì)量濃度、增氧微咸水溶解氧質(zhì)量濃度之間均具有較好相關性，所以可以建立關系模型對發(fā)芽率在微咸水處理和增氧處理耦合條件下的變化特征進行描述。利用增氧微咸水處理的試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，建立增氧微咸水條件下的發(fā)芽率與礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度的經(jīng)驗模型：

假設發(fā)芽率與增氧微咸水中礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度之間存在關系式

GV=KCaMb

(7)

式中C——溶解氧質(zhì)量濃度

M——礦化度

K、a、b——系數(shù)

將式(7)兩邊同時取對數(shù)，得

lnGV=lnK+alnC+blnM

(8)

將增氧微咸水試驗中發(fā)芽率及相應的溶解氧質(zhì)量濃度、礦化度數(shù)據(jù)代入式(8)，利用Excel進行回歸分析得lnK=0.261 95，a=-0.180 84，b=-0.123 43，可得K為1.299 46。

則式(7)具體形式為

GV=1.299 46C-0.180 84M-0.123 43

(9)

式(9)即為在增氧微咸水處理條件下，發(fā)芽率與礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度之間經(jīng)驗模型的具體方程。采用Excel 2010對方程進行回歸分析，得到相關系數(shù)為0.900 2，決定系數(shù)為0.810 3，表明發(fā)芽率與增氧微咸水的溶解氧質(zhì)量濃度、礦化度之間具有較高相關性，且方程擬合程度較好。

3 結(jié)論

(1)微咸水礦化度試驗結(jié)果表明，微咸水礦化度與小麥種子發(fā)芽率之間存在負相關關系。礦化度小于等于3 g/L的微咸水能夠提高小麥種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、幼芽平均高度，發(fā)芽率雖有所下降，但未低于80%。微咸水礦化度大于3 g/L時，小麥種子萌發(fā)的各項指標均降低，故應用于小麥農(nóng)田灌溉具有較大風險。

(2)增氧處理結(jié)果表明，當溶解氧質(zhì)量濃度由9.5 mg/L增加至22.5 mg/L時，有利于提高小麥種子萌發(fā)前4 d的萌發(fā)數(shù)量，對單粒根質(zhì)量和幼芽平均高度則具有抑制作用；當溶解氧質(zhì)量濃度為22.5 mg/L時，對發(fā)芽率略有抑制作用，對單粒根質(zhì)量具有促進作用。

(3)微咸水礦化度與增氧處理耦合試驗結(jié)果表明，增氧處理可以改善或緩解礦化度對種子萌發(fā)指標的抑制作用。礦化度1、3、5 g/L時的較適宜溶解氧質(zhì)量濃度分別為19.5、22.5、12.5 mg/L。

(4)發(fā)芽率與礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度之間具有較好的相關性，建立了增氧微咸水灌溉下的小麥種子發(fā)芽率與礦化度、溶解氧質(zhì)量濃度之間的經(jīng)驗模型，經(jīng)回歸分析，擬合度較好。