王艷會(huì)，孫昊蔚，衛(wèi)朝輝，王 力

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

目前，水資源短缺已成為世界性問(wèn)題，其中我國(guó)的人均水資源占有量不足世界水平的1/4，資源性缺水十分嚴(yán)重[1]。全國(guó)用水量中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水量最大，占到總量的一半以上[2]。作為我國(guó)三大糧食作物之一，小麥(TriticumaestivumL.)是生育期需水量較大的農(nóng)作物，幾乎占農(nóng)業(yè)總用水量的1/3[2-3]。因此，如何保證水資源高效利用，提高水分生產(chǎn)率[4]，實(shí)現(xiàn)小麥的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)對(duì)保障糧食安全具有重大意義。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，各種新型的水處理技術(shù)層出不窮[5]。20世紀(jì)中葉以來(lái)，一種無(wú)毒、無(wú)污染、簡(jiǎn)便、高效的物理水處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)展[4，6]，經(jīng)該技術(shù)處理后，水的理化性質(zhì)(電導(dǎo)率、pH值、表面張力、滲透性、黏滯系數(shù)等)發(fā)生顯著改變，水分子活性被提升，稱之為活化水，該技術(shù)被稱為活化水技術(shù)[7]。研究表明，常見(jiàn)的磁化(水分子垂直通過(guò)特定磁場(chǎng))與去電子(水分子通過(guò)去電子器)等活化水技術(shù)能夠加快土壤水分入滲速率，提高水肥利用效率，促進(jìn)農(nóng)田作物生長(zhǎng)及增產(chǎn)[7-9]。近年來(lái)，活化水技術(shù)應(yīng)用于作物灌溉、促進(jìn)作物增效增產(chǎn)方面的研究成為農(nóng)業(yè)水土資源高效利用領(lǐng)域新的熱點(diǎn)[10]。有證據(jù)表明，活化水(多數(shù)為磁化水)不僅影響作物種子萌發(fā)、產(chǎn)量和品質(zhì)，而且影響作物的生長(zhǎng)過(guò)程、作物的根系及生理特性[11-14]。Savostin[12]首先提出了特定磁場(chǎng)有利于植物地上部的生長(zhǎng)，用磁化水灌溉小麥，不僅可以增加其地上生物量，還能促進(jìn)根系生長(zhǎng)，根長(zhǎng)較對(duì)照提高了40.4%[13]。朱練峰等[14]用磁化水灌溉2種雜交水稻(Oryzasativasubsp.Indica，Oryzasativasubsp.japonica)，結(jié)果表明，磁化水灌溉處理對(duì)水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的提升有促進(jìn)作用。去電子水處理技術(shù)由美國(guó)首次提出，廣泛用于工業(yè)水油分離處理，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用近幾年才開(kāi)始被關(guān)注[15]。有學(xué)者研究表明，去電子微咸水灌溉可以促進(jìn)棉花(Gossypiumspp.)植株生長(zhǎng)發(fā)育，提高水分利用效率和作物產(chǎn)量，并可以改善土壤水鹽運(yùn)移特性，緩解土壤鹽分脅迫[15-17]。綜上所述，目前，活化水在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用多以磁化水為主，去電子水的作用效果報(bào)道較少，且磁化與去電子2種活化方式疊加耦合的效果研究亦少；同時(shí)，活化水影響作物產(chǎn)量提升的機(jī)理還不清楚，比如水活化后如何影響作物根系的形態(tài)結(jié)構(gòu)與活力水平，目前還鮮有報(bào)道。因此，本研究擬通過(guò)室內(nèi)水培與大田試驗(yàn)相結(jié)合的方式研究地下水經(jīng)活化處理后對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響，其中大田試驗(yàn)側(cè)重于研究活化水灌溉對(duì)小麥產(chǎn)量的影響，室內(nèi)水培試驗(yàn)主要研究活化水對(duì)小麥種子萌發(fā)、根系活力及根系構(gòu)型的影響，且大田與室內(nèi)水培試驗(yàn)均對(duì)小麥葉片葉綠素含量、株高、干物質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，同時(shí)探討了活化水對(duì)小麥植株生長(zhǎng)的潛在作用，以期為未來(lái)活化水作用功效與機(jī)制的研究提供借鑒，也為活化水在小麥生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 大田試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)于2018年10月-2019年5月在陜西省楊凌示范區(qū)曹新莊試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)(E 108°04′02″，N 34°17′38″，海拔520 m)進(jìn)行。該區(qū)地處關(guān)中平原中部，屬半濕潤(rùn)易旱區(qū)，年均氣溫12.9 ℃，無(wú)霜期210 d，年均降水量550～600 mm，土壤類型為土墊旱耕人為土(塿土)。試驗(yàn)期間降水量、大氣溫度如圖1所示。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 供試小麥品種為小偃22號(hào)，播種量為187.5 kg/hm2，播種前施基肥，參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)作水平，施用242 kg/hm2的氮肥和172 kg/hm2的磷肥，肥料分別為尿素和磷酸二銨，同時(shí)施農(nóng)藥辛硫磷45 kg/hm2(防止地下蛀蟲(chóng))。試驗(yàn)期間采用滴灌系統(tǒng)，在小麥越冬期(1月15日)、拔節(jié)期(4月12日)、灌漿期(5月24日)分別進(jìn)行灌溉，灌溉處理包括地下水灌溉(GI)、去電子水灌溉(GDI)、磁化水灌溉(GMI)、先去電子后磁化水灌溉(G(D+M)I)、先磁化后去電子水灌溉(G(M+D)I)，單次灌溉量均為60 mm，總灌溉量180 mm，并且試驗(yàn)設(shè)零灌溉(I0)為空白對(duì)照，共計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積16 m2(4 m×4 m)，小區(qū)間隔0.6 m。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

1.2 室內(nèi)水培試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2019年6-9月在西北農(nóng)林科技大學(xué)科研溫室中進(jìn)行。供試小麥品種與大田試驗(yàn)一致。試驗(yàn)用水類型同大田試驗(yàn)，即：地下水(G)、去電子水(GD)、磁化水(GM)、先去電子后磁化水(G(D+M))、先磁化后去電子水(G(M+D))，用以配制營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)小麥，共計(jì)5個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)10次，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.2 室內(nèi)培養(yǎng) 精選飽滿、大小均勻的小麥種子，使其浸泡在55 ℃的溫水中15 min，然后放置于3% H2O2溶液中浸泡10 min(殺菌消毒)，用蒸餾水沖洗殘留在種子上的H2O2，隨后再加入蒸餾水浸泡3 h，最后平鋪在放有濕濾紙的培養(yǎng)皿中在室溫(25±3) ℃下進(jìn)行遮光催芽(催芽第3天溫室中降溫系統(tǒng)出現(xiàn)故障，溫度高達(dá)35 ℃，可能使得小麥發(fā)芽率偏低)。每天更換活化水，5 d后選擇長(zhǎng)勢(shì)一致、健壯的幼苗，去掉胚乳后將幼苗轉(zhuǎn)入盛有Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的長(zhǎng)方形聚乙烯塑料盆(規(guī)格為長(zhǎng)40 cm，寬30 cm，高23 cm)中進(jìn)行培養(yǎng)，用定植棉將幼苗固定于泡沫板的孔中，每盆6株。培養(yǎng)條件為溫度25 ℃/20 ℃(晝/夜)，濕度60%～70%，自然光照，每5 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液用增氧泵(森森有限公司，ACO-005)早晚各通氣1 h[18-19]。營(yíng)養(yǎng)液具體配制方法如表1[20]。

1.3 活化水制備

磁化水經(jīng)磁化裝置制成，該裝置由儲(chǔ)水桶(800 L塑料桶)、輸水管道及磁鐵組成。本研究選取磁場(chǎng)強(qiáng)度為3 000 Gs的永磁磁鐵(包頭鑫達(dá)磁性材料廠)，將永磁磁鐵安裝在出水管外壁，當(dāng)水流經(jīng)過(guò)外置永磁體管道時(shí)，因垂直于磁場(chǎng)切割磁感線而受到磁化[21]。去電子水由去電子處理系統(tǒng)制成，該系統(tǒng)包括去電子處理器(韓國(guó)亞美華(北京)環(huán)境科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)，W600DELF)、接地電極(電阻5 Ω)、導(dǎo)線、塑料水桶(800 L)。當(dāng)水流經(jīng)去電子處理器時(shí)，水中一定數(shù)量的電子在管道壁上富集，并由接地電極導(dǎo)入地下，水體中的鹽分物質(zhì)只剩正離子與正電荷，從而制成去電子水[15]。先去電子后磁化水是地下水先經(jīng)過(guò)去電子裝置然后再經(jīng)過(guò)磁化裝置制成的，先磁化后去電子水則是地下水先經(jīng)過(guò)磁化裝置然后再經(jīng)過(guò)去電子裝置制成的。大田試驗(yàn)中制備完成的活化水立即由自吸噴射泵(中國(guó)臺(tái)州匯精機(jī)電有限公司，JET-1100)導(dǎo)入滴灌系統(tǒng)，滴灌帶鋪設(shè)在靠近小麥的部位，每小區(qū)鋪設(shè)20條，滴頭間距30 cm，滴頭流量1.38 L/h；室內(nèi)水培試驗(yàn)則用制備完成的活化水直接配制營(yíng)養(yǎng)液以培養(yǎng)小麥?；罨闹苽淞烤杂盟繛橐罁?jù)。

表1 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液組成成分Tab.1 The composition of Hoagland nutrient solution

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 大田試驗(yàn)指標(biāo) 旗葉SPAD值(相對(duì)葉綠素含量)、株高、干物質(zhì)量：分別于拔節(jié)期(4月15日)與灌漿期(5月9日)進(jìn)行測(cè)定。葉片葉綠素含量采用日本柯尼卡美能達(dá)公司產(chǎn)便攜式SPAD-502型葉綠素儀測(cè)定，每重復(fù)隨機(jī)取5片生長(zhǎng)一致的旗葉測(cè)定。同時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集具有代表性的植株5株(只取地上部分)，帶回實(shí)驗(yàn)室用卷尺測(cè)定其高度，取平均值；然后放入烘箱，于105 ℃殺青0.5 h后調(diào)至70 ℃烘干，稱質(zhì)量。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成：成熟期，每個(gè)小區(qū)收獲1 m2(1 m×1 m)樣方內(nèi)小麥，曬干后點(diǎn)算其單位面積內(nèi)的麥穗總數(shù)，脫粒后進(jìn)行實(shí)際籽粒產(chǎn)量的測(cè)定；同時(shí)從中隨機(jī)取籽粒1 000粒進(jìn)行稱量。穗粒數(shù)的測(cè)定方法為每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20穗，點(diǎn)算其穗粒數(shù)，取平均值。

1.4.2 室內(nèi)水培試驗(yàn)指標(biāo) 種子發(fā)芽率：每日觀察并記錄每個(gè)培養(yǎng)皿中發(fā)芽種子數(shù)，發(fā)芽5 d后所有處理均無(wú)新種子萌發(fā)，發(fā)芽種子數(shù)占供試種子數(shù)的百分比即為發(fā)芽率(%)。

葉綠素、株高、干物質(zhì)量：水培90 d(小麥拔節(jié)期)時(shí)，每處理隨機(jī)選取30片生長(zhǎng)一致的旗葉進(jìn)行葉綠素含量的測(cè)定；同時(shí)每處理隨機(jī)選取30株小麥植株，每株分離為地上和地下部分，進(jìn)行株高的測(cè)量；最后測(cè)定根干物質(zhì)量與地上部干物質(zhì)量。測(cè)定方法同大田試驗(yàn)。

根系活力：采用氯化三苯基四氮唑還原法(TTC法)進(jìn)行測(cè)定，無(wú)色的TTC能被根系還原為紅色的物質(zhì)，產(chǎn)物的多少與根系的琥珀酸脫氫酶活性呈正比，因此，可用單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量的根系還原的TTC量(單位為mg/(g·h))來(lái)表示根系活力強(qiáng)弱[22]。根系活力與根系構(gòu)型的測(cè)定取樣時(shí)間亦為水培90 d。

根系構(gòu)型：將用蒸餾水清洗干凈的小麥根系放入裝有少量水的有機(jī)玻璃盤(pán)上，用鑷子小心將每條根展開(kāi)，使根與根之間不交叉、不重疊，用EPSON掃描儀(V370)進(jìn)行掃描，再用根系圖像分析軟件WinRHIZO Reg. 2012b(Regent Instrument Inc.)對(duì)掃描圖進(jìn)行定量測(cè)定，測(cè)定指標(biāo)分別為總根長(zhǎng)、總根表面積、總根體積、根直徑、總根尖數(shù)[23]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016和SPSS 22軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以平均數(shù)加減標(biāo)準(zhǔn)差(X±s)表示。用單因素(One-way ANOVA)和Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析和多重比較，并用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 大田試驗(yàn)

2.1.1 活化水灌溉對(duì)小麥葉片葉綠素含量(SPAD)值的影響 圖2為不同類型灌溉水處理下小麥拔節(jié)期與灌漿期旗葉SPAD值。由圖2可知，不同灌水處理拔節(jié)期與灌漿期小麥旗葉SPAD值均大于I0處理，分別提高了1.5%～6.1%與1.9%～10.3%。同一灌溉量水平(180 mm)下，拔節(jié)期小麥旗葉SPAD值由大到小為GDI>GMI>G(D+M)I>G(M+D)I>GI，其中GDI處理顯著最高(P<0.05)；灌漿期小麥旗葉SPAD值由大到小則為G(D+M)I>GDI>G(M+D)I>GMI>GI，各類活化水灌溉處理較地下水灌溉顯著提高了4.0%～8.3%(P<0.05)。另外，零灌溉與地下水灌溉處理的小麥葉片SPAD值表現(xiàn)為灌漿期低于拔節(jié)期，分別低0.9，0.7；各類活化水灌溉處理則表現(xiàn)為灌漿期高于拔節(jié)期，高0.3～3.0。這可能是因?yàn)榛罨喔忍幚硐鹿酀{后期小麥葉片仍保持綠色，推測(cè)活化水灌溉可減慢生長(zhǎng)后期葉片SPAD值的降低，延長(zhǎng)小麥灌漿期，有利于光合產(chǎn)物的增加。

2.1.2 活化水灌溉對(duì)小麥株高與干物質(zhì)量的影響 不同灌溉水處理下，小麥拔節(jié)期-灌漿期株高與干物質(zhì)量的增量表現(xiàn)出一定差異(圖3)。如圖3-A，拔節(jié)期-灌漿期，GDI、GMI、G(D+M)I、G(M+D)I處理下小麥株高的增量分別為13.3，11.0，11.6，11.0 cm，10、GI處理下小麥株高的增量分別為3.2，8.2 cm，GDI、GMI、G(D+M)I、G(M+D)I處理小麥株高的增量顯著高于I0與GI處理的增量(P<0.05)，且較GI處理分別提高了62.1%，33.5%，40.6%，33.8%。如圖3-B，拔節(jié)期-灌漿期小麥干物質(zhì)量的增量亦表現(xiàn)為GDI、GMI、G(D+M)I、G(M+D)I處理顯著高于I0與GI處理(P<0.05)，較GI處理分別提高了157.9%，123.7%，139.5%，118.4%。由以上結(jié)果可知，相同的灌溉量，各類活化水灌溉處理下的小麥株高增長(zhǎng)速率與地上部干物質(zhì)量的累積效果均優(yōu)于地下水灌溉，其中去電子水灌溉處理效果最佳。

2.1.3 活化水灌溉對(duì)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響 不同灌溉水處理對(duì)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響不同(表2)。由表2可知，I0處理的穗數(shù)與產(chǎn)量均顯著低于各灌水處理，表明全生育期不灌水抑制了小麥產(chǎn)量的形成。同一灌溉量水平(180 mm)下，GDI、GMI、G(D+M)I、G(M+D)I處理的穗粒數(shù)顯著高于GI處理，且GDI處理的小麥穗數(shù)(572/m2)較GI處理(525/m2)顯著提高了9.0%(P<0.05)，各灌溉處理間小麥千粒質(zhì)量的差異均未達(dá)到顯著水平。就小麥的產(chǎn)量而言，GDI、G(D+M)I、G(M+D)I處理的小麥產(chǎn)量較GI處理顯著提高了17.8%，15.4%，2.8%(P<0.05)；GMI處理的產(chǎn)量較GI處理提高了1.0%，二者之間差異不顯著(P>0.05)。說(shuō)明同一灌溉量處理下，活化水較地下水灌溉更有利于產(chǎn)量的提升，且去電子水、先去電子后磁化水灌溉處理時(shí)能夠獲得更高的產(chǎn)量。

表2 活化水灌溉處理下小麥的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Tab.2 The yield and yield components of wheat under activated water irrigation

2.2 室內(nèi)水培試驗(yàn)

2.2.1 活化水對(duì)小麥種子發(fā)芽率的影響 不同水處理下的小麥種子發(fā)芽率有所差異，去電子水、磁化水、先去電子后磁化水、先磁化后去電子水處理的小麥種子發(fā)芽率均高于地下水處理(圖4)。各處理小麥種子的發(fā)芽率由大到小為G(D+M)>GD>G(M+D)>GM>G，其中G(D+M)處理的發(fā)芽率(69.0%)顯著高于其他處理(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P>0.05)，G(D+M)、GD、G(M+D)和

GM處理分別較G處理提高了64.3%，19.8%，16.7%，4.0%。整體來(lái)看，相對(duì)于地下水，活化水處理可以促進(jìn)小麥種子的萌發(fā)，其中去電子水處理的效果優(yōu)于磁化水，同時(shí)去電子與磁化2種活化方式疊加耦合的效果為先去電子后磁化處理的影響較大。

2.2.2 活化水對(duì)小麥株高、干物質(zhì)量與葉片葉綠素含量的影響 由表3可知，不同活化水處理的小麥干物質(zhì)量與葉片葉綠素含量均顯著大于地下水處理(P<0.05)，株高則表現(xiàn)為各處理間無(wú)顯著差異(P>0.05)。葉片葉綠素含量方面，GD、G(D+M)、GM與G(M+D)處理較G處理提高了8.9%～17.3%，GD處理增幅最大，G(M+D)處理增幅最小。地上部干物質(zhì)量與根干物質(zhì)量方面，GD、GM、G(D+M)、G(M+D)處理的地上部干物質(zhì)量與根干物質(zhì)量分別較G處理提高了101.3%，85.2%，102.4%，59.6%與90.9%，66.6%，75.5%，35.9%，可見(jiàn)活化水處理對(duì)小麥地上部干物質(zhì)量的影響大于根部。綜上所述，地下水經(jīng)活化處理后培養(yǎng)小麥可增加其葉片葉綠素含量，同時(shí)促進(jìn)干物質(zhì)量的累積，這與大田試驗(yàn)的結(jié)果一致。但株高的提升幅度較小，可能是因?yàn)樵囼?yàn)處于水培條件下，各處理小麥伸長(zhǎng)所需水分的供給均較充足。

表3 活化水處理對(duì)小麥株高、干物質(zhì)量與葉片葉綠素含量的影響Tab.3 Effects of activated water treatments on plant height，biomass and leaf chlorophyll content of wheat

2.2.3 活化水對(duì)小麥根系構(gòu)型的影響 各類活化水與地下水處理對(duì)小麥根系構(gòu)型各參數(shù)的影響不同(表4)，其中總根表面積、總根體積、根直徑、總根尖數(shù)等根系構(gòu)型指標(biāo)在GD處理時(shí)最大，總根長(zhǎng)則是G(D+M)處理最大。小麥的總根長(zhǎng)表現(xiàn)為各活化水處理均顯著大于地下水(G)處理(P<0.05)，G(D+M)、GD處理的總根長(zhǎng)較G處理分別增加了36.1%，32.7%，高于GM、G(M+D)處理的增幅(22.0%，17.6%)。各處理的總根表面積與總根體積的大小均為GD>G(D+M)>GM>G(M+D)>G，其中GD處理顯著最大(P<0.05)，其總根表面積與總根體積較G處理分別提高了42.0%，52.6%。總根尖數(shù)方面，與G處理相比，GD、GM、G(D+M)、G(M+D)處理的總根尖數(shù)分別增加了29.7%，17.6%，17.3%，10.7%。根直徑則表現(xiàn)為GD處理較G處理顯著提高了9.4%(P<0.05)，其他各處理間差異不顯著(P>0.05)?？傮w看來(lái)，各類活化水處理對(duì)小麥總根長(zhǎng)、總根表面積、總根體積、總根尖數(shù)等根系構(gòu)型各指標(biāo)的提高具有明顯的促進(jìn)作用，且去電子水、先去電子后磁化水的效果較為顯著。

表4 活化水處理對(duì)小麥根系構(gòu)型的影響Tab.4 Effects of activated water treatments on root configuration of wheat

2.2.4 活化水對(duì)小麥根系活力的影響 圖5為各類活化水與地下水處理下小麥根系活力的測(cè)定結(jié)果。根系活力的大小為GD>G(D+M)>G(M+D)>GM>G，其中不同活化水處理均顯著高于地下水處理(P<0.05)，GD、G(D+M)處理的根系活力較G處理分別提高了194.2%，162.7%，高于G(M+D)、GM處理的增幅(86.3%，75.8%)，且GD與G(D+M)處理的根系活力分別顯著高于GM與G(M+D)處理(P<0.05)?？梢?jiàn)，活化水均有利于顯著提高小麥的根系活力，其中去電子、先去電子后磁化處理的效果優(yōu)于磁化、先磁化后去電子處理。

2.2.5 小麥生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性 通過(guò)對(duì)不同水分條件下的小麥植株地上部干物質(zhì)量、株高、根干物質(zhì)量、根系活力及各根系構(gòu)型指標(biāo)之間的相關(guān)性分析(表5)可知，小麥的地上部干物質(zhì)量與株高、根系活力呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與根干物質(zhì)量、總根長(zhǎng)、總根表面積、總根體積呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；株高與根干物質(zhì)量、根系活力、總根長(zhǎng)、總根體積呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與總根表面積呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；根干物質(zhì)量與根系活力呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與總根長(zhǎng)、總根表面積、總根體積呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；根系活力與地上部干物質(zhì)量、株高、根干物質(zhì)量、總根長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；各根系構(gòu)型指標(biāo)之間的相關(guān)性極顯著(P<0.01)。

表5 小麥生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果Tab.5 Correlation analysis result of wheat growth indexes

3 討論與結(jié)論

水大量存在于作物細(xì)胞中，作為細(xì)胞的重要組成成分，其參與了植株整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中的新陳代謝。水經(jīng)活化處理(磁化、去電子等)后，其理化特性發(fā)生了一定程度的改變，這些變化對(duì)維持植物正常新陳代謝具有促進(jìn)作用[7]。相關(guān)研究表明，盡管磁化與去電子技術(shù)的作用途徑和方式有所不同，但對(duì)水理化性質(zhì)(接觸角、黏度、電導(dǎo)率、表面張力等)的改變效果具有相似的作用[10]。在室溫下，水一般以30～40個(gè)水分子依靠氫鍵締合成分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)存在[24]。水被磁化與去電子后，水分子間平均距離增大，部分氫鍵變?nèi)跎踔翑嗔?，締合水分子簇變小，大分子團(tuán)變?yōu)樾》肿訄F(tuán)[25]，這使得水的活力增加，水分子與其他物質(zhì)作用的能力提高，從而直接影響物質(zhì)傳輸與作物生長(zhǎng)[10，26]。

3.1 活化水對(duì)小麥植株地上部生長(zhǎng)的影響

小麥的株高、生物量等形態(tài)指標(biāo)是影響其產(chǎn)量形成的重要因素[27]。研究表明，活化水能夠促進(jìn)植株生長(zhǎng)，并為細(xì)胞提供大量的能量，有利于細(xì)胞的分裂、生長(zhǎng)和發(fā)育[28]，有增加作物產(chǎn)量與改善作物品質(zhì)的功效。趙國(guó)林等[11]通過(guò)2 a的大田試驗(yàn)，證明磁化水浸種可促進(jìn)小麥種子萌發(fā)，并提高小麥幼苗生長(zhǎng)勢(shì)，與對(duì)照相比，單位面積有效穗數(shù)與穗粒數(shù)增加，2 a平均增產(chǎn)14.7%。然而邱念偉等[29]通過(guò)水培試驗(yàn)研究表明，磁化水處理對(duì)小麥的發(fā)芽參數(shù)和幼苗生長(zhǎng)無(wú)明顯的生物學(xué)效應(yīng)。本研究結(jié)果表明，活化水灌溉可以加快小麥地上部的生長(zhǎng)且增產(chǎn)。具體表現(xiàn)為同一灌溉量水平(180 mm)下，拔節(jié)期-灌漿期，活化水灌溉的小麥株高增長(zhǎng)速率與干物質(zhì)累積量均顯著高于地下水灌溉處理；且各類活化水灌溉處理收獲時(shí)的小麥產(chǎn)量較地下水灌溉提高了1.0%～17.8%。同樣室內(nèi)水培試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，各類活化水培養(yǎng)的小麥種子發(fā)芽率較地下水處理提高了4.0%～64.3%，地上部干物質(zhì)量也顯著提高了59.6%～102.4%。

作為葉綠體中最為重要的色素，葉綠素在光合作用過(guò)程中可以吸收和轉(zhuǎn)化光能，葉綠素含量的多少?zèng)Q定了植物光合作用的強(qiáng)弱、生物量積累以及植物生長(zhǎng)狀況[30]。已有研究證明，活化水(磁化水與去電子水)灌溉能促進(jìn)植株體內(nèi)葉綠素含量的增加，且提高凈光合速率，在棉花[16-17]、番茄(Lycopersiconesculentum)[8]、紅鮮椒(Capsicumannuum)[31]、豇豆(Vignaunguiculata)[32]等作物上均有報(bào)道。本研究中，田間與室內(nèi)水培試驗(yàn)均證實(shí)了經(jīng)活化水處理的小麥葉片葉綠素含量高于地下水處理，提高了8.9%～17.3%，且大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)活化水灌溉的小麥灌漿期葉片SPAD值較拔節(jié)期高0.3～3.0，地下水灌溉處理則較拔節(jié)期降低0.7，由此可知，活化水灌溉可減慢生長(zhǎng)后期葉片SPAD值的降低，促進(jìn)小麥葉片葉綠素的積累。

3.2 活化水對(duì)小麥根系生長(zhǎng)的影響

小麥根系的生長(zhǎng)、發(fā)育、分布和形態(tài)構(gòu)建除了由本身的品種特性決定外，還受各種農(nóng)藝措施的影響[33]。有國(guó)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)處理對(duì)作物根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用較明顯，且根系對(duì)活化水的響應(yīng)大于地上部[34]。同樣，我國(guó)學(xué)者也發(fā)現(xiàn)，與普通水灌溉相比，磁化水灌溉的農(nóng)作物根系生長(zhǎng)與發(fā)育情況較優(yōu)[35]。趙黎明等[36]研究表明，水稻秧苗經(jīng)磁化水處理一段時(shí)間后，其根數(shù)、根長(zhǎng)分別增加了21.74%，20.62%。張新宇等[37]研究發(fā)現(xiàn)，磁化處理對(duì)扦插苗根系形態(tài)有顯著影響，其根直徑、根表面積、根體積顯著高于對(duì)照處理。本研究的試驗(yàn)結(jié)果與上述結(jié)論相似，與地下水處理相比，各類活化水培養(yǎng)的小麥根干物質(zhì)量與根系活力分別顯著提高了35.9%～90.9%與75.8%～194.2%，同時(shí)各根系構(gòu)型指標(biāo)(總根長(zhǎng)、總根表面積、總根體積、總根尖數(shù)等)也顯著增大。

3.3 活化水影響小麥生長(zhǎng)的潛在作用

大量研究表明，活化水灌溉可以增加作物產(chǎn)量，而產(chǎn)量的增加是在作物吸收更多水分和養(yǎng)分的基礎(chǔ)上完成的[10-11，16，38]。根系作為直接與土壤或營(yíng)養(yǎng)液接觸的重要器官，影響作物吸收水分及養(yǎng)分的過(guò)程，作物的生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成由根系是否正常生長(zhǎng)發(fā)育決定[39]。相關(guān)研究表明，植物的地下部分與地上部分是相互協(xié)調(diào)的關(guān)系，地上部分的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)狀況由根系的生長(zhǎng)情況和活力水平直接影響[20]。總根長(zhǎng)、總根表面積等形態(tài)學(xué)參數(shù)可以反映根系吸收水分與養(yǎng)分的強(qiáng)度和范圍[40]，適宜的根系形態(tài)與健壯的根系能為植株提供充足的水分與養(yǎng)分[41]。除此之外，根系活力是一種客觀反映根系生命活動(dòng)的生理指標(biāo)，其泛指根系新陳代謝能力的強(qiáng)弱，包括吸收、合成、呼吸作用和氧化力等[42]。根系活力越高，吸收水分與養(yǎng)分的能力越強(qiáng)，且較強(qiáng)的根系活力有助于延緩地上部衰老，促進(jìn)光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)[43]，因此與產(chǎn)量的形成密切相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9以上[44-45]。本研究的室內(nèi)水培試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)小麥株高、地上部干物質(zhì)量等指標(biāo)與根干物質(zhì)量、根系活力、總根長(zhǎng)、總根表面積、總根體積均呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明經(jīng)活化水培養(yǎng)的小麥根系活力增強(qiáng)，根系構(gòu)型顯著改善，根干物質(zhì)量與根系活力較地下水分別顯著提高了35.9%～90.9%與75.8%～194.2%，使其吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力提高，維持植物旺盛代謝，進(jìn)而促進(jìn)地上部的生長(zhǎng)和生物量的積累，其中地上部干物質(zhì)量提高了59.6%～102.4%。綜上所述，活化水促進(jìn)小麥植株生長(zhǎng)的潛在作用在于其對(duì)根系生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，而其提升根系活力與根系構(gòu)型的機(jī)理尚不清楚，仍有待于進(jìn)一步研究。