楊娜 白新祿 胡志偉 王德勝 支金虎

摘要：為解決南疆小麥生產(chǎn)上日益缺水的問題，探索了小麥種子萌發(fā)對不同水質(zhì)的響應，將3個春小麥品種的種子置于4種不同礦化度的水環(huán)境中進行發(fā)芽試驗，對不同品種萌發(fā)和根系生長指標進行測定分析。結果表明：隨著礦化度的升高，3個春小麥品種的萌發(fā)特性指標均下降。根據(jù)主成分分析將7個小麥萌發(fā)及根系生長指標簡化為2個關鍵因子指標，建立綜合評價體系，最終得出綜合排名前三的處理分別為：蒸餾水澆灌新春15號、自來水澆灌新春15號和蒸餾水澆灌新春8號，主成分綜合得分分別為1.56、0.81、0.53；微咸井水澆灌新春6號綜合排名最低。綜合分析認為，蒸餾水澆灌新春15號綜合表現(xiàn)最好，但使用蒸餾水灌溉成本過高，由于新春15號耐鹽性最強，可推薦在生產(chǎn)中應用；并結合實際情況推薦在當?shù)卮盒←溕a(chǎn)中用綠化灌溉水全部或部分替代農(nóng)業(yè)灌溉水進行灌溉。

關鍵詞：春小麥；礦化度；種子萌發(fā)；根系特征；綜合評價

中圖分類號：S512.1? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2024）01-0069-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.01.012

Effects of Irrigation Waterwith Different Contents of Total Dissolved

Solidson the Germination Characteristics of Spring Wheat Seeds

YANG Na 1， 2， 3， BAI Xilu 1， 2， 3， HU Zhiwei 1， 2， 3， WANG Desheng 1， 2， 3， ZHI Jinhu 1， 2， 3

（1. College of Agriculture， Tarim University， Alar Xinjiang 843300， China; 2. Key Laboratory of Genetic Improvement and Efficient Production of Characteristic Crops in Arid Region of Southern Xinjiang， Alar Xinjiang 843300， China; 3. Research Centreof Agricultural Resources and Environment in Southern Xinjiang， Alar Xinjiang 843300， China）

Abstract： In order to solve the issue of water shortage， explore the response of wheat seed germination to different water quality， germination experiment was conducted on 3 spring wheat varieties（Xinchun 15， Xinchun 8 and Xinchun 6） seeds in 4 different germination water with diverse contents of total dissolved solids（distilled water 0 mg/L， tap water 495 mg/L， green irrigation water 772 mg/L and brackish well water 4 152 mg/L）， germination and root growth parameters of different varieties were determined and analyzed. The results showed that with the rise of salinity， three spring wheat varieties germination parameters were decreased. According to the principal component analysis， 7 wheat germination and root growth parameters were simplified to two key factors， and a comprehensive evaluation system was established. The top three treatments were： Xinchun 15 with distilled water， Xinchun 15 withtap water and Xinchun 8 with distilled water. The comprehensive scores of principal components were 1.56，0.81 and 0.53， respectively， and the comprehensive ranking of Xinchun 6 with brackish well water was the lowest. According to the comprehensive analysis， the comprehensive performance of Xinchun 15 with distilled water was the best， but the irrigation cost of using distilled water is too high. Due to the strongest salt tolerance of Xinchun 15， thisvariety can be promotedin localproduction. Combined with the actual situation， it is recommended to use green irrigation water to completely or partially replace agricultural irrigation water for irrigation in local spring wheat production.

Key words： Spring wheat; Total dissolved solidcontent; Seed germination; Root characteristic; Comprehensive evaluation

全球大部分小麥分布在干旱半干旱地區(qū)，中國的干旱半干旱面積約占全國陸地總面積的47%，主要分布在北方，其水資源僅占全國總量的9.7%［1 ］。我國淡水資源短缺問題一直存在［2 ］，人均淡水資源量僅為世界人均水平的1/3［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突顯［5 ］。合理開發(fā)利用地下咸水資源灌溉農(nóng)業(yè)已成為各國關注的焦點。據(jù)統(tǒng)計，我國地下10～100 m處微咸水資源儲量約2 000億m3/a，適宜被開采利用［6 ］。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)效率是緩解農(nóng)業(yè)淡水資源緊缺的有效途徑［7 ］。研究表明，咸水、微咸水灌溉是解決淡水資源短缺的有效途徑之一［8 - 9 ］。合理利用微咸水不會造成作物減產(chǎn)［10 - 13 ］。也有研究表明微咸水屬于劣質(zhì)水，用于農(nóng)業(yè)灌溉會導致土壤發(fā)生次生鹽堿化，并且鹽分脅迫會嚴重影響作物的生長發(fā)育，造成作物水分虧缺、離子毒害、養(yǎng)分失衡及氧化應激反應，導致作物細胞損傷、生長減弱，甚至死亡［14 ］。相同灌水量下，小麥株高、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量、干物質(zhì)隨著灌溉水礦化度的增加而降低，相同礦化度下，株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)隨著灌水量的減少而減少［15 ］。國內(nèi)外專家普遍認為當土壤中的鹽分低于作物耐鹽水平的情況下，作物可以正常生長，不影響其產(chǎn)量，但土壤中的鹽分過高時作物產(chǎn)量開始下降［16 ］。

鑒于對微咸水灌溉的不同認識，我們在新疆阿拉爾地區(qū)利用不同礦化度水對春小麥的發(fā)芽特性進行了研究。新疆阿拉爾地區(qū)位于我國西北內(nèi)陸干旱地區(qū)，常年降水稀少，水資源短缺是當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展最主要的制約因素。研究灌溉水礦化度對小麥發(fā)芽生長的影響對該地區(qū)咸水資源高效利用具有重要意義。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

供試春小麥品種為新春6號、新春8號、新春15號，均由新疆農(nóng)業(yè)科學院提供。試驗用水為蒸餾水（礦化度0 mg/L，塔里木大學農(nóng)學院提供）、自來水（礦化度495 mg/L，采自塔里木大學園藝試驗站）、綠化灌溉水（礦化度772 mg/L，采自塔里木大學綠化用水管道）、微咸井水（礦化度4 152 mg/L，采自阿拉爾市氣象局），各試驗用水的水質(zhì)礦化度均由塔里木大學農(nóng)學院采用重量法測定。

1.2? ?試驗設計與方法

試驗為2因素多水平設計，供試春小麥品種3個，試驗用水4種。共設12個處理，重復3次。試驗處理及編號見表1。挑選籽粒大小一致、健康、籽粒飽滿的種子，用體積分數(shù)為1%的高錳酸鉀（KMnO4）溶液浸泡30 min，用蒸餾水反復沖洗3～5次，置于鋪3層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每皿擺放30粒種子。分別加入4種不同礦化度的水。將培養(yǎng)皿放置于恒溫培養(yǎng)箱（溫度25 ℃、濕度40%）中，在黑暗條件下培養(yǎng)10 d。萌發(fā)第1 天開始測定發(fā)芽率，第3天測定發(fā)芽勢，第10 天測定根系特征指標。

1.2.1? ? 種子活力指標及測定? ? 種子活力指標主要有發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等，試驗期間測定不同處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢，并計算發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

發(fā)芽率=（計數(shù)正常幼苗數(shù)/檢測種子粒數(shù)）×100%

發(fā)芽勢=（第３天發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）

式中，Dt為發(fā)芽天數(shù)，Gt為與Dt相對應的每天發(fā)芽種子數(shù)。

活力指數(shù)（VI）=S×GI

式中，S為一定時期內(nèi)幼苗正常生長的高度。

1.2.2? ? 根系的測量? ? 利用LA－S植物圖像分析系統(tǒng)（杭州萬深檢測科技有限公司）測量根總長、根平均直徑、根總面積、根總體積。

1.3? ?數(shù)據(jù)處理

運用軟件Excel、SPSS 26.0對數(shù)據(jù)進行處理分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?不同礦化度水質(zhì)對不同品種春小麥萌發(fā)的影響

2.1.1? ? 發(fā)芽率與發(fā)芽勢? ? 水體礦化度的增加會降低各供試春小麥的發(fā)芽率與發(fā)芽勢，不同礦化度水質(zhì)對春小麥發(fā)芽勢的影響大于發(fā)芽率（表2）。蒸餾水（CK）處理下，發(fā)芽率與發(fā)芽勢最高，W3（微咸井水）處理最低，且不同春小麥品種表現(xiàn)不同。新春15號發(fā)芽率與發(fā)芽勢分別降低了16.67、5.56個百分點，新春8號分別降低了11.33、6.78個百分點，新春6號分別降低了16.67、8.89個百分點。由于W1（自來水）與W2（綠化灌溉水）間發(fā)芽率與發(fā)芽勢有小幅度降低，新春15號發(fā)芽率與發(fā)芽勢分別降低了1.11、1.11個百分點，新春8號分別降低了4.25、0.11個百分點，新春6號分別降低了0.34、3.34個百分點。在不同礦化度下，均以新春15號的發(fā)芽率和發(fā)芽勢最高，新春8號居第2位，新春6號最低。在CK水質(zhì)條件下，發(fā)芽率新春15號與新春8號差異不顯著，與新春6號差異顯著；新春8號與新春6號差異不顯著。在W3水質(zhì)條件下，發(fā)芽率新春15號與新春8號差異不顯著，二者均與新春6號差異顯著。在W1、W2水質(zhì)條件下，發(fā)芽率新春15號、新春8號、新春6號間差異均不顯著。不同水質(zhì)條件下新春15號、新春8號、新春6號的發(fā)芽率差異均不顯著。同一水質(zhì)條件下，發(fā)芽勢新春15號與新春8號差異不顯著，但均與新春6號差異顯著；不同水質(zhì)條件下新春15號、新春8號、新春6號的發(fā)芽勢差異均不顯著。

另外，不同品種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢在各處理間存在一定差異（表2），處理CK-15發(fā)芽率、發(fā)芽勢均最高，分別為48.89%、35.56%；處理W3-6均最低，分別為10.00%、2.22%。處理CK-15的發(fā)芽率與處理W2-8、W3-8、CK-6、W1-6、W2-6、W3-6均差異顯著，與其余處理均差異不顯著；CK-8與W1-6、W2-6、W3-6均差異顯著，與其余處理均差異不顯著；W3-6與其余處理均差異顯著。處理CK-15的發(fā)芽勢與處理CK-6、W1-6、W2-6、W3-6均差異顯著，與其余處理均差異不顯著；處理CK-6、W1-6、W2-6、W3-6間差異均不顯著。

2.1.2? ? 發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)? ? 水質(zhì)礦化度對3個春小麥品種的發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)的影響相同，發(fā)芽指數(shù)均隨著礦化度的增加而逐漸降低，活力指數(shù)隨著礦化度的增加呈先降低后升高再降低（表2）。在CK下發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均最高，W3處理下均最低。W3處理下新春15號的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)較CK分別降低了12.49%、69.14%。新春8號較CK分別降低了27.30%、51.84%。新春6號較CK分別降低了60.00%、88.98%。新春8號的4個處理在不同水質(zhì)下的發(fā)芽指數(shù)均最高，新春6號最低。新春15號4個處理在不同水質(zhì)下的活力指數(shù)顯著高于其他品種。由活力指數(shù)的變化規(guī)律可看出，除在W1～W2水平（495～772 mg/L礦化度范圍）內(nèi)，各品種小麥的活力指數(shù)均上升外，其余范圍均會使小麥活力指數(shù)降低。

另外，不同品種春小麥種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)在各處理間存在一定的差異（表2）。各處理發(fā)芽指數(shù)以CK-8最高，為30.29；W3-6最低，為3.02?；盍χ笖?shù)以CK-15最高，為97.36；W3-6最低，為2.22。其中處理CK-15的發(fā)芽指數(shù)與處理CK-6、W1-6、W2-6、W3-6均差異顯著，與其余處理均差異不顯著；處理CK-6、W1-6、W2-6、W3-6間差異均不顯著?；盍χ笖?shù)各處理間差異均達顯著水平。

2.2? ?不同礦化度水質(zhì)對不同品種春小麥種子幼根的影響

隨著水質(zhì)礦化度的升高，各供試春小麥的幼苗根系長度、根表面積、根體積、平均直徑均呈下降趨勢（表3）。礦化水處理W1、W2、W3與CK相比，根系長度新春15號分別降低了26.80%、33.96%、55.95%，新春8號分別降低了15.31%、47.73%、57.79%。新春6號分別降低了14.73%、17.78、25.14%。其中以新春15號受水質(zhì)礦化度影響最大。

根表面積也隨水質(zhì)礦化度的升高而呈逐漸降低趨勢。在水平的3個礦化水處理下，W1-15、W2-15、W3-15的根表面積分別較CK-15降低了20.06%、22.96%、47.10%，W1-8、W2-8、W3-8的根表面積分別較CK-8降低了22.44%、41.39%、54.07%，W1-6、W2-6、W3-6的根表面積分別較CK-6降低了23.11%、40.02%、47.91%。可知，新春15號的根表面積在CK～W2水平（礦化度為0～772 mg/L）時受影響最小，為20.06%～22.96%；新春6號根表面積在W2～W3水平（礦化度為772～4 152 mg/L）時受影響最小，為8.68%。

礦化度的升高對根體積影響較大。在3個水平的礦化水（W1、W2、W3）處理下，根體積新春15號分別較CK-15降低了9.30%、13.63%、31.72%；新春8號分別較CK-8降低了22.30%、33.20%、49.75%，新春6號分別較CK-6降低了26.61%、38.58%、46.39%。新春15號、新春8號的根體積在不同礦化度水平間差異不顯著，而新春6號的根體積在不同礦化度水平間存在顯著差異，其中CK-6與W1-6、W2-6、W3-6均差異顯著，W1-6、W2-6、W3-6間差異均不顯著。

在3個水平的礦化水（W1、W2、W3）處理下，根系平均直徑新春15號分別較CK-15降低了15.79%、26.32%、39.47%，新春8號分別較CK-8降低了7.41%、11.11%、29.63%，新春6號分別較CK-6降低了18.52%、22.22%、37.04%。

2.3? ?小麥測試各指標與水質(zhì)礦化度間的相關性

各品種小麥測定的指標與礦化度之間的皮爾遜相關系數(shù)均符合|r| ＞ 0.5，表明各項指標均具有中度及以上相關性，試驗所測指標與礦化度之間均呈負相關，3個供試春小麥品種的發(fā)芽勢（-0.992**、-0.953* 、 -0.996**）與礦化度顯著或極顯著負相關，發(fā)芽指數(shù)（-0.972*、-0.958*、-0.981*）均與礦化度顯著負相關，根系長度（-0.979*、-0.981*、-0.952*）均與礦化度顯著負相關，根系體積（-0.961*、-0.991**、-0.965*）與礦化度顯著或極顯著負相關，新春8號的活力指數(shù)（-0.996**）與礦化度極顯著負相關，新春15號的根系平均直徑（-0.998**）與礦化極顯著負相關，新春6號的根系平均直徑（-0.976*）與礦化度顯著負相關。說明礦化度對小麥萌發(fā)起到顯著抑制作用。

2.4? ?不同礦化水處理下各春小麥品種測試指標的主成分分析

影響小麥根系生長指標有2個成分，其主成分特征值大于1，方差貢獻率達到了90.786%，剩余方差貢獻率較小，忽略不計（表4）。將原本7項指標轉換為2個獨立的綜合指標，可解釋根系生長指標的全部信息，主成分1中僅有根系長度的負荷值為負數(shù)，主成分2中負荷值為負數(shù)的為發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢（表5）。綜合分析表達式為：F綜合= 0.73 248×F1+0.175 38×F2。

經(jīng)計算，處理CK-15主成分綜合得分最高。各處理排名由高到低依次為CK-15、W1-15、CK-8、W2-15、W1-8、W2-8、W3-15、CK-6、W3-8、W1-6、W2-6、W3-6。其中綜合得分最高的處理為CK-15，得分1.56；綜合得分最低的處理為W3-6，得分-1.20。由此可知，處理CK-15為最佳處理，用蒸餾水澆灌新春15號時種子萌發(fā)及根系生長效果表現(xiàn)最好（表6）。

3? ?討論與結論

隨著國家對糧食安全的進一步重視，新疆小麥種植面積不斷增加，農(nóng)業(yè)用水壓力逐步增大，利用多種水源進行農(nóng)田灌溉勢在必行，用水的礦化度是首先需要考慮的問題。在相同的礦化度條件下，小麥品種種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、根系長度、根系體積、根系平均直徑反映了不同小麥品種種子發(fā)芽期耐鹽性的強弱［17 ］。本試驗表明，隨著灌溉水礦化度的增加，小麥的發(fā)芽率、發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)均受到顯著的抑制，而活力指數(shù)在礦化度為495～772 mg/L范圍內(nèi)會小幅度的上升，之后繼續(xù)降低，這與王全九等［18 ］的研究相近。礦化度與小麥發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、根長度、根體積、根系平均直徑之間存在不同程度的負相關關系，這與何磊等［19 ］的研究相近。相同礦化度灌溉水澆灌后，不同春小麥品種的各項測定指標存在相同規(guī)律，均表現(xiàn)出由大到小依次為新春15號、新春8號、新春6號，這與李士磊等［20 ］的研究相似。因此，鹽分離子濃度過高會抑制小麥的發(fā)芽與生長，但鹽分離子同時也是小麥生長不可或缺的養(yǎng)分元素，相對較低礦化度的水比蒸餾水更利于小麥種子發(fā)芽與幼根生長，這也與自然界中低促高抑的原理相符合。3種春小麥的發(fā)芽率在對照蒸餾水澆灌下條件下均表現(xiàn)為最高。通過主成分分析，蒸餾水澆灌春小麥品種新春15號時主成分綜合得分最高（1.56）；自來水澆灌新春15號時主成分綜合得分為0.81，排名第二；蒸餾水澆灌新春8號綜合排名第三，得分為0.53；用微咸井水（W3）澆灌新春6號時綜合排名最后，主成分綜合得分最低（-1.20）。可見蒸餾水灌溉對春小麥發(fā)芽生長最好，但成本過高。雖然綠化灌溉水綜合排名較低，但在實際生產(chǎn)應用中，農(nóng)業(yè)綠化灌溉水中較低濃度礦化度水質(zhì)可適當提高春小麥的萌發(fā)以及根系生長能力。

綜合分析，供試3個春小麥品種中以新春15號耐鹽性能最強，推薦在生產(chǎn)中應用。同時結合當?shù)貙嶋H，建議在當?shù)卮盒←溕a(chǎn)中可用較低礦化度的綠化灌溉水全部或部分替代農(nóng)業(yè)灌溉用水進行灌溉，以提高經(jīng)濟效益。

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收稿日期：2023 - 10 - 16

基金項目：塔里木大學校長基金創(chuàng)新團隊項目（TDZKCX202301）。

作者簡介：楊? ?娜（1999 — ），女，甘肅張掖人，碩士，研究方向為植物營養(yǎng)與環(huán)境。Email： 1850895310@qq.com。

通信作者：支金虎（1978 — ），男，甘肅張掖人，教授，博士，主要從事植物營養(yǎng)與環(huán)境的相關研究工作。Email：zjhzky@163.com。