灌溉水礦化度對不同品種大豆發芽和生長的影響

張鑫紅，趙 杰，肖 輝，張玉梅，鄭茹梅，張 波，張 穎

（1.天津市濱海新區農業農村發展服務中心，天津 300270；2.天津市農業科學院 農業資源與環境研究所，天津 300192；3.天津市生態環境保護綜合行政執法總隊，天津 300191）

農業農村部印發的《“十四五”全國種植業發展規劃》中，將提高大豆油料產能和自給率放到重要位置，提出鹽堿地種植大豆的新措施。2023年，中央一號文件提出要推進大豆和油料產能提升工程，穩步開發利用鹽堿地種植大豆。由此可見，鹽堿地是具有開發利用潛力的重要后備土地資源，耐鹽堿大豆種質資源篩選是有效利用鹽堿地資源、提高大豆生產能力的重要途徑。本研究通過引進不同大豆品種，利用人工氣候室和智能溫室進行大豆耐鹽能力鑒定，分析不同大豆品種的耐鹽水平，為鹽堿地區選擇大豆品種提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試大豆品種共19個，見表1。

表1 供試大豆品種

1.2 試驗設計

1.2.1 人工氣候室溶液浸泡種子發芽試驗 試驗設品種、灌溉水礦化度2個因素。參試大豆品種19個，人工配制灌溉水礦化度分別為0、2、4、8、12、16 g·L-1，共6個梯度。采用培養皿進行種子發芽試驗，設3次重復。先將培養皿內墊3層紗布，再鋪2層濾紙，按試驗設計倒入定量的灌溉水，每個培養皿均勻播15粒大豆種子，在種子上覆蓋2層紗布，放入25 ℃人工氣候室恒溫培養，每天觀察培養皿水分情況，適當補充水分[1-2]。

1.2.2 智能溫室基質栽培培養試驗 試驗設大豆品種、灌溉水礦化度2個因素。參試大豆品種4個，主要從發芽試驗中篩選出比較耐鹽的大豆品種。灌溉水礦化度設0、4、6、8、12、16 g·L-1，共 6個梯度，試驗設4次重復。基質栽培的營養缽上口徑12 cm、底徑8 cm、深10 cm，裝入專用基質后播種大豆，每盆播種4粒，覆蓋厚0.5 cm的基質，統一放入防滲水泥池中，保持3 cm淡水層，使基質濕潤，保證有充足的水分使大豆發芽。待大豆出苗時，將其移至白色PVC培養池中，培養池規格為40 cm×100 cm×20 cm。將相同礦化度灌溉水處理的營養缽放在位置相同的培養池中。采用過飽和灌溉方法，按試驗設計在培養池中灌入8 cm深的礦化度水，浸泡2 h后放水，每2 d進行1次，使各處理灌溉水的礦化度保持穩定[3-4]。

1.3 調查項目

測定項目包括種子發芽勢、發芽率、種子（植株）成活率、株高、葉片葉綠素含量、生物量、根長等指標。

人工氣候室溶液浸泡種子發芽試驗于2022年7月21日播種，自大豆種子發芽開始，每天觀察記錄種子發芽情況，計算發芽勢、發芽率。智能溫室基質栽培培養試驗于2022年8月9日開始，用不同礦化度水灌溉大豆，在8月25日、9月1日、9月13日分別調查大豆植株成活率，9月13日測定其生物量，8月9日、8月18日、8月25日、9月1日、9月13日測量其株高，8月18日、8月25日、9月1日、9月13日測定大豆葉片葉綠素含量的相對值（Spad值），9月13日調查大豆根長。

大豆株高用直尺測量；葉片葉綠素含量用手持SPAD葉綠素儀測定；生物量用直接稱重法測定；大豆根長用直尺測量。試驗中的全部植株均進行測量調查，計算平均值。

按下列公式計算種子發芽勢、發芽率、植株成活率：

發芽勢是指種子在發芽試驗初期，在規定日期內正常發芽的種子數占供試種子數的百分比。

發芽率是指種子在發芽試驗終期，在規定時間內全部正常發芽的種子數占供試種子數的百分比。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同礦化度灌溉水對大豆種子發芽勢、發芽率的影響

2.1.1 對大豆種子發芽勢的影響 結果表明（圖1），在淡水灌溉處理下，19個供試大豆品種的種子發芽勢均在60%以上。其中，當灌溉水礦化度為2 g·L-1時，“中黃313”“中作J20030”“中黃334”的種子發芽勢低于50%，其他品種的種子發芽勢均超過60%；當灌溉水礦化度為4 g·L-1時，“中黃314”“中作J20030”的種子發芽勢低于50%，其他品種的種子發芽勢均超過60%；當灌溉水礦化度為8 g·L-1時，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”“中豆57”“油6019”“中黃313”的種子發芽勢高于50%，其他品種的種子發芽勢均低于50%；當灌溉水礦化度為12 g·L-1時，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”的種子發芽勢仍能達到60%以上；當灌溉水礦化度為16 g·L-1時，“中豆63”“中豆49”“油6019” 的種子發芽勢仍達到40%，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34” 的種子發芽勢高于30%。

總體而言，當灌溉水礦化度為4 g·L-1時，19個供試大豆品種的種子發芽勢均表現良好。能耐受8 g·L-1礦化度灌溉水的大豆品種為“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”“中豆57”“油6019”，能耐受12 g·L-1礦化度灌溉水的大豆品種為“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”，能耐受16 g·L-1礦化度灌溉水的大豆品種為“中豆63”。

2.1.2 對大豆種子發芽率的影響 結果表明（圖2），在淡水灌溉處理下，除“中黃334”外，其他品種的種子發芽率均在60%以上；當灌溉水礦化度為2 g·L-1時，“中黃313”“中作J20030”“中黃334”的種子發芽率低于50%，其他品種的種子發芽率均超過60%；當灌溉水礦化度為4 g·L-1時，“中黃314”的種子發芽率低于50%，其他品種的種子發芽率均超過60%；當灌溉水礦化度為8 g·L-1時，“冀豆12”“中黃55”“中黃80”“中黃314”“中作J20030”“中黃334”“中黃341”的種子發芽率低于50%，而“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”“中豆57”“中黃39”“中黃348”“中作J20050”的種子發芽率均超過70%；當灌溉水礦化度為12 g·L-1時，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”的種子發芽率仍能達到60%以上；當灌溉水礦化度為16 g·L-1時，“邯豆13”“齊黃34”的種子發芽率高于40%。

圖2 不同礦化度灌溉水對大豆種子發芽率的影響

綜上所述，種子發芽勢和發芽率是檢測種子品質的重要標準，選擇發芽率與發芽勢較高的種子，可確保作物一次性播種保全苗，從而提高農作物產量[5]。試驗表明，灌溉水礦化度低于4 g·L-1時，大部分供試大豆品種的種子發芽勢和發芽率均表現較好，極個別品種出現一定程度的不耐受表現。灌溉水礦化度為8 g·L-1時，不同大豆品種表現出不同的耐受程度，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”“中豆57”的種子發芽勢和發芽率均高于50%；灌溉水礦化度為12 g·L-1時，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”耐受性較好；灌溉水礦化度達到16 g·L-1時，“邯豆13”“齊黃34”的種子發芽勢和發芽率表現出較高耐受性。

2.2 不同礦化度灌溉水對大豆植株成活率的影響

通過種子耐鹽性發芽試驗得出，在19個供試大豆品種中，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”的種子發芽勢和發芽率表現良好，具有一定的耐鹽堿潛力，繼而對這4個大豆品種進行智能溫室基質栽培培養試驗。發現隨著鹽脅迫生長時期的延長，大豆植株成活率總體呈下降趨勢（圖3）。在基質培養環境下，“冀豆17”隨著灌溉水礦化度的增加，植株成活率基本低于60%。“邯豆13”在灌溉水礦化度為4～12 g·L-1時，植株成活率維持在80%左右；而在灌溉水礦化度為16 g·L-1時，植株成活率下降到29%。“齊黃34”在灌溉水礦化度為4～8 g·L-1時，植株成活率為40%～80%；而在灌溉水礦化度為16 g·L-1時，植株成活率下降到6%。“中豆63”在灌溉水礦化度為4～8 g·L-1時，植株成活率為60%～80%；而在灌溉水礦化度為12 g·L-1時，植株成活率降低明顯。從大豆植株平均成活率來看，供試品種的耐鹽能力從強到弱的順序為“邯豆13”＞“中豆63”＞“齊黃34”＞“冀豆17”。結果表明，“邯豆13”能耐受的灌溉水礦化度為12 g·L-1，“齊黃34”“中豆63”能耐受的灌溉水礦化度為8 g·L-1，“冀豆17”能耐受的灌溉水礦化度為4 g·L-1。

圖3 不同礦化度灌溉水對大豆植株成活率的影響

2022年8月9日開始按試驗設計持續進行鹽水灌溉，并分別在第15、23、35天時進行植株成活率調查，結果表明（圖3），“邯豆13”持續35 d生長在礦化度為12 g·L-1的水環境中，最終植株成活率為38%；“齊黃34”持續23 d生長在礦化度為8 g·L-1的水環境中，最終植株成活率為31%；“中豆63”持續35 d生長在礦化度為8 g·L-1的水環境中，最終植株成活率為33%；“冀豆17”持續35 d生長在礦化度為4 g·L-1的水環境中，最終植株成活率為33%。

2.3 不同礦化度灌溉水對大豆生物量的影響

9月13日調查大豆生物量（圖4），生物量較高的品種為“邯豆13”“中豆63”。在單株生物量方面，“齊黃34”在灌溉水礦化度為4 g·L-1時的生物量相當于淡水灌溉處理的25%；“中豆63”在灌溉水礦化度為6 g·L-1時的生物量相當于淡水灌溉處理的51%，而在灌溉水礦化度為8 g·L-1時的生物量相當于淡水灌溉處理的31%；“邯豆13”在灌溉水礦化度為12 g·L-1時的生物量相當于淡水灌溉處理的79%，而在灌溉水礦化度為16 g·L-1時的生物量相當于淡水灌溉處理的46%；“冀豆17”在灌溉水礦化度為16 g·L-1時的生物量相當于淡水灌溉處理的66%。

圖4 不同礦化度灌溉水對大豆生物量的影響

從生物量的相對值來看，4個大豆品種的耐鹽能力從強到弱的順序為“冀豆17”>“邯豆13”>“中豆63”>“齊黃34”。從生物量的絕對值來看，“邯豆13”“中豆63”耐鹽能力較強，在灌溉水礦化度為16 g·L-1時的生物量相當于淡水灌溉處理的46.8%和41.5%，生物量較“冀豆17”分別增加118.6%和206.9%，“邯豆13”“中豆63”耐受持續灌溉水礦化度的閾值分別為12 g·L-1和8 g·L-1。

2.4 不同礦化度灌溉水對大豆植株性狀的影響

2.4.1 對大豆株高的影響 8月9日、8月18日、8月25、9月1日、9月13日調查大豆株高，結果表明（圖5），“冀豆17”在灌溉水礦化度為4 g·L-1以下時，各品種各時期的株高明顯高于淡水灌溉處理；在灌溉水礦化度為6 g·L-1時，5個調查時期的大豆平均株高分別相當于淡水灌溉處理的79.57%、86.27%、61.24%、73.31%、93.06%；但在灌溉水礦化度為6 g·L-1以上時，各品種各時期的株高明顯低于淡水灌溉處理。“齊黃34”在灌溉水礦化度為12 g·L-1以下時，各品種各時期的株高明顯低于淡水灌溉處理；在灌溉水礦化度為12g·L-1時，“齊黃34”5個調查時期的株高分別相當于淡水灌溉處理的89.57%、83.19%、69.59%、67.48%、68.88%；在灌溉水礦化度為16 g·L-1時，“齊黃34”各時期的株高比淡水灌溉處理更低。“邯豆13”“中豆63”在灌溉水礦化度為12 g·L-1時，各品種各時期的株高與淡水灌溉處理相當；但當灌溉水礦化度為16 g·L-1時，各品種各時期的株高明顯低于淡水灌溉處理，如“邯豆13”在灌溉水礦化度為16 g·L-1時，5個調查時期的株高分別為淡水灌溉處理的71.62%、76.39%、79.04%、76.63%、77.23%。“邯豆13”“中豆63”隨著灌溉水礦化度的提高（礦化度從0增至16 g·L-1），各時期的株高差距較小，9月13日調查，灌溉水礦化度為4、6、8、12、16 g·L-1處理的“邯豆13”株高分別為淡水灌溉處理的100%、94%、96%、93%、77%。

圖5 不同礦化度灌溉水對大豆株高的影響

從灌溉水礦化度對大豆株高的影響來看，“冀豆17”能耐受的灌溉水礦化度為4 g·L-1，“齊黃34”“油6019”“中黃313”能耐受的灌溉水礦化度為12 g·L-1，“邯豆13”“中豆63”能耐受的灌溉水礦化度為16 g·L-1。

2.4.2 對大豆葉片葉綠素含量的影響 8月18日、8月25、9月1日、9月13日調查大豆葉片葉綠素含量，即在灌溉不同礦化度水處理后的第8、15、23、35天分別調查大豆葉片葉綠素含量，結果表明（圖6），“冀豆17”在灌溉水礦化度為4 g·L-1時，各時期的葉片葉綠素含量明顯高于淡水灌溉處理；但生長后期在灌溉水礦化度為6 g·L-1以上時，各時期的葉片葉綠素含量明顯降低，而且低于淡水灌溉處理。在灌溉水礦化度為6 g·L-1時，4個調查時期的葉片葉綠素含量分別相當于淡水灌溉處理的872.5%、488.5%、93.0%、12.1%。“齊黃34”在灌溉水礦化度為12 g·L-1時，生長后期的葉片葉綠素含量明顯低于淡水灌溉處理；在灌溉水礦化度為12 g·L-1時，4個調查時期的葉片葉綠素含量分別相當于淡水灌溉處理的103.4%、85.1%、34.4%、0.0%；在灌溉水礦化度為16 g·L-1時，各時期的葉片葉綠素含量明顯降低。“邯豆13”“中豆63”在灌溉水礦化度為12 g·L-1時，各時期的葉片葉綠素含量與淡水灌溉處理相當；但生長后期在灌溉水礦化度為16 g·L-1時，各時期的葉片葉綠素含量明顯低于淡水灌溉處理，而“邯豆13”各時期的葉片葉綠素含量降低程度略低些。“邯豆13”在灌溉水礦化度為16g·L-1時，4個調查時期的葉片葉綠素含量分別相當于淡水灌溉處理的91.4%、99.3%、46.4%、25.0%。“邯豆13”“中豆63”灌溉不同礦化度水各時期的葉片葉綠素含量差別不大，適應灌溉水礦化度的范圍較廣。經9月1日調查，灌溉水礦化度為4、6、8、12、16 g·L-1處理的“邯豆13”葉片葉綠素含量分別相當于淡水灌溉處理的100%、93%、102%、100%、91%、46%。

圖6 不同礦化度灌溉水對大豆葉片葉綠素含量（Spad值）的影響

從8月9日開始持續灌溉較高礦化度水后（圖6），“冀豆17”持續生長在礦化度為4 g·L-1的灌溉水中35 d，葉片葉綠素含量相當于淡水灌溉處理的13%；“齊黃34”持續生長在礦化度為8 g·L-1的灌溉水中35 d，葉片葉綠素含量相當于淡水灌溉處理的16%；“中豆63”持續生長在礦化度為8 g·L-1的灌溉水中35 d，葉片葉綠素含量相當于淡水灌溉處理的60%；“邯豆13”持續生長在礦化度為12 g·L-1的灌溉水中35 d，葉片葉綠素含量相當于淡水灌溉處理的65%。

從灌溉水礦化度對大豆葉片葉綠素含量的影響來看，“冀豆17”能耐受的灌溉水礦化度為4 g·L-1，“齊黃34”能耐受的灌溉水礦化度為8 g·L-1，“邯豆13”“中豆63”能耐受的灌溉水礦化度為12 g·L-1。

2.4.3 對大豆根長的影響 9月13日調查大豆根長（圖7），當灌溉水礦化度為4 g·L-1時，“邯豆13”“齊黃34”的大豆根長相當于淡水灌溉處理的74.3%和77.5%；當灌溉水礦化度為16 g·L-1時，“邯豆13”“齊黃34”的大豆根長才降到淡水灌溉處理的50%以下；當灌溉水礦化度為16 g·L-1時，“冀豆17”“中豆63”的大豆根長仍然為淡水灌溉處理的52.3%和74.7%。

圖7 不同礦化度灌溉水對大豆根長的影響

從灌溉水礦化度對大豆根長的影響來看，“邯豆13”“中豆63”能耐受的灌溉水礦化度為16 g·L-1。灌溉水礦化度在4～12 g·L-1的范圍內，不同礦化度灌溉水對4個大豆品種的根系長度沒有產生顯著影響，僅在灌溉水礦化度達到16 g·L-1時才表現出明顯變化，特別是“冀豆17”“齊黃34”的根系生長受灌溉水礦化度16 g·L-1的影響較大。

3 結論與討論

19個供試大豆品種在灌溉水礦化度低于4 g·L-1時，大部分供試大豆品種的種子發芽勢和發芽率均表現良好；在灌溉水礦化度達到8 g·L-1時，供試大豆品種表現出不同的耐受程度，其中“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”“中豆57”的種子發芽勢和發芽率均高于50%；在灌溉水礦化度為12 g·L-1時，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”的耐受性較好；在灌溉水礦化度達到16 g·L-1時，從種子發芽勢和發芽率方面分析，“邯豆13”“齊黃34”表現出較高的耐受性。

在智能溫室基質栽培處理下，“冀豆17”“邯豆13”“齊黃34”“中豆63”的耐鹽能力與發芽階段均有所差異。從大豆植株成活率方面分析，“邯豆13”能耐受的灌溉水礦化度為12 g·L-1，“齊黃34”“中豆63”能耐受的灌溉水礦化度為8 g·L-1，“冀豆17”能耐受的灌溉水礦化度為4 g·L-1。從大豆生物量的相對值和絕對值方面分析，與淡水灌溉處理比較，“邯豆13”“中豆63”耐鹽能力較強，能耐受持續灌溉水礦化度的閾值分別為12 g·L-1和8 g·L-1。從大豆株高方面分析，“冀豆17”能耐受的灌溉水礦化度為4 g·L-1，“齊黃34”能耐受的灌溉水礦化度為12 g·L-1，“邯豆13”“中豆63”能耐受的灌溉水礦化度為16 g·L-1。從大豆葉片葉綠素含量方面分析，“冀豆17”能耐受的灌溉水礦化度為4 g·L-1，“齊黃34”能耐受的灌溉水礦化度為8 g·L-1，“邯豆13”“中豆63”能耐受的灌溉水礦化度為12 g·L-1。從大豆根長方面分析，“邯豆13”“中豆63”能耐受的灌溉水礦化度為16 g·L-1。

綜上所述，“邯豆13”“齊黃34”的種子發芽勢和發芽率對中高度礦化度灌溉水表現出較高的耐受性，“邯豆13”“中豆63”的植株對中高度礦化度灌溉水有較高的耐受性，即耐鹽能力較強。