基于深地環境的油菜種子儲藏后期耗水量研究

摘" 要：隨著科技和社會的不斷發展，地表農業受到諸多挑戰，例如城市化程度的加劇、地表肥力的下降等，減少農業可使用的種植面積，且碳封存壓力增加，故而將種植區域轉移到深地下被認為是可有效避免這些挑戰的方式。因此為進一步探索深地農業的可行性，該研究將油菜種子儲藏在金礦的0、240、690及1 410 m，分別儲藏30、60及90 d后取出，研究油菜在后期生長過程中的耗水規律。結果表明，埋深在0 m處儲藏30 d后的油菜種子在后續生長需水期時會有最大的耗水量，有利于油菜生長發育，這意味著深地農業實施的第一步，種子儲藏是可行的，驗證深地農業的可行性，為深地農業發展提供數據支撐。此外，深地環境儲藏也提供了一種新型種子預處理方式，可有效促進油菜的生長發育。

關鍵詞：深地環境；油菜種子；耗水量；種子儲藏；深地農業

中圖分類號：S565.4" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）09-0016-04

Abstract： With the continuous development of science and technology and society， surface agriculture is faced with many challenges， such as the intensification of urbanization and the decline of surface fertility， which reduces the planting area available to agriculture and increases the pressure of carbon sequestration. Therefore， the transfer of planting areas to deep underground is considered to be effective in avoiding these challenges. In order to further explore the feasibility of deep-underground agriculture， rapeseed seeds were stored in gold deposits of 0， 240， 690 and 1 410 meters deep and taken out after 30， 60 and 90 days of storage， respectively， and used to study the law of water consumption during rape growth in the later stage. The results show that the rape seeds buried at the depth of 0 meter for 30 days will have the maximum water consumption in the subsequent growth and water demand period， which is beneficial to the growth and development of rapes， which means that in the first step in the implementation of deep-ground agriculture， seed storage is feasible， thus verifying the feasibility of deep-underground agriculture and providing data support for the development of deep-underground agriculture. In addition， deep-underground environmental storage also provides a new method of seed pretreatment， which can effectively promote the growth and development of rapes.

Keywords： deep-underground environment; rape seeds; water consumption; seed storage; deep-underground agriculture

日益變化的環境條件已逐漸成為未來農業發展的制約因素。例如，全球持續變暖、地表土壤肥力下降和城市密度增加，為了應對這些威脅，有學者提出了可持續集約化和可持續農業，但這些措施成本高昂也難以廣泛使用，這也引發了多年的爭議和耗時的研究[1-2]。與這些方法相比，利用現有的深地下環境可能可以有效地應對上述挑戰，因為這不僅能夠有效地增加自然資源，還能為地表農業分擔壓力，這就需要對深地農業這種新型農業模式進行進一步的探索和研究。深地環境中的高溫高濕因素使得深地下農業難以直接發展，然而，作為農業生產的第一步，種子貯藏容易在深地環境中進行。因此，現階段將探究在深地環境中貯藏種子是否可以影響作物后續生長。

目前，預處理技術常基于種子面對逆境脅迫的應激反應，可以加速種子萌發，提高種子發芽率[3]。最常用的預處理技術包括微波輻射和物理加熱等[4-5]。最近的研究表明，用特定的保護劑對種子進行預處理也可以有效刺激種子的萌發過程，這種方法對種子啟動起著至關重要的作用[6]。越來越多的證據表明，種子啟動可以提高脅迫條件下幼苗的萌發和早期生長[7-8]。

油菜籽是產量最高的油籽作物，此外由于其粒小皮薄，組織疏松且極易吸收空氣中的水分，油菜等一類的十字花科植物的種子成為了廣泛研究種子老化的模型[9]。本試驗將油菜種子放置在深地環境中進行儲藏預處理后，了解其在后期生長過程中的相關生理指標等，可以為后期深地農業的開展夯下堅實的基礎。

土壤水分是影響農業的重要因素之一，其保證了作物的正常生長，進而確保獲得足夠的產量。土壤水分利用效率體現了作物將土壤水轉化為自身干物質的能力，現有研究表明適宜的耕作方法、施肥或秸稈還田等措施可有效提高作物的水分利用效率[10]。然而，有關預處理后的種子在全生育期內的土壤水分利用的研究鮮有報道。因此，本研究針對經過深地環境儲藏后的油菜種子來進行全生育期的試驗，研究不同的儲藏深度和儲藏時間處理下油菜種子在后期生長過程中的土壤水分利用情況，為深地農業的實施奠定基礎。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

供試材料為德興油12油菜種子（Brassica napus L.），供試土壤采用高營養黏壤土，有機質含量較高，營養物質豐富。

1.2" 試驗方法

1.2.1" 儲藏環境及方式

選取位于中國吉林省夾皮溝市的二道溝金礦進行種子的儲藏，該金礦有多個不同深度的水平隧道，本次試驗選取位于其中0、240、690和1 410 m的水平隧道儲藏種子，其環境參數見表1。

試驗油菜種子采用密封包裝，隔絕大部分的空氣濕度和氣體交換，之后暴露于深地環境中。將密封包裝的種子分別放置在0、240、690和1 410 m，并分別存放30、60和90 d，統一時間收回。將同一時間段內的原商業塑料袋中帶小呼吸孔的種子作為空白對照組（CK），并模擬正常儲藏條件儲藏。

1.2.2" 試驗設計

試驗地位于四川省成都市四川大學水電學院，以露天盆栽方式進行，選用口徑為38 cm，高40.5 cm的塑料盆，每盆播種3粒，試驗設置4×3個試驗組，4個儲藏深度及3個儲藏時間，另設置空白對照組，每組設置3個重復，共計39盆油菜，隨機排列，其中，放置在240 m處儲藏90 d的試驗樣本被工人損壞不計。所有的油菜適時定苗移栽，確保每盆一株。在整個試驗過程中，所有的栽培措施與常規方法一致。

1.3" 測定指標及方法

1.3.1" 土壤水分監測

油菜移栽時在每一罐土壤中安裝土壤濕度監測傳感器并埋設。使用HOBO U30 NRC傳感器（Onset Computer Corporation），測量土壤體積含水量，推斷油菜的水分利用情況。

1.3.2" 油菜耗水量

按照下列公式計算

式中：ET為作物將土壤中水分轉化為自身干物質量的水分；w為降雨或灌溉后的土壤含水量；w為下一次降雨或灌溉后的土壤含水量。

1.4" 數據處理與分析

使用SPSS 25中的單因素ANOVA分析，分別對不同儲藏時間和儲藏深度對各生育期油菜用水的影響進行顯著性分析（plt;0.05），使用EXCEL進行圖表繪制。

2" 結果與分析

2.1" 儲藏時間對油菜各生育期用水的影響

如圖1所示，在油菜苗期生育階段，埋深240和690 m處的油菜幼苗的耗水不隨儲藏時間的變化而變化，然而埋深在0 m處，可以明顯看出油菜幼苗耗水隨時間的增加而增加。1 410 m處的種子也有類似趨勢，在儲藏90 d后油菜耗水量顯著高于儲藏時間較低的2種情況（30和60 d）。在油菜的蕾薹期，油菜耗水量的趨勢幾乎與苗期完全相反。例如，埋深在0 m處，油菜耗水量隨時間的增加顯著降低。在油菜的花期和成熟期，油菜的耗水量有類似的趨勢。埋深大于240 m的儲藏環境中，油菜的耗水量先逐漸減小后再增加，而當深度位于1 410 m處，油菜耗水量呈逐漸減小的趨勢。后2個生育期的差異體現在埋深0 m處，花期呈先減小后增加的趨勢，而成熟期呈逐漸遞減的趨勢。

2.2" 儲藏深度對油菜各生育期用水的影響

圖2為不同儲藏深度條件下油菜在各生育期的耗水情況。整體來看，所有的油菜種子在儲藏60 d后均呈現隨深度先減小后增加的趨勢。除苗期外，其余生育期均在690 m處達到最小值，而苗期的耗水量最小值在埋深1 410 m處取得，但與690 m處的耗水量之間無顯著性差異。690 m處獲得最小的耗水情況這一現象在其余生育期中也被觀察到。例如，在苗期和蕾薹期，儲藏30 d和90 d的情況下，耗水最小值均在690 m處取得。在花期和成熟期之間，僅在儲藏30 d后會在690 m處達到最小值。整體來看，埋深最淺的種子在儲藏最短的時間下在后3個生育期內耗水最為劇烈，與對照相比也有明顯差異。

3" 結論

作物耗水量包含土壤蒸發量、植株蒸騰量[11]，在本次試驗中將土壤含水量的變化值均視為植株耗水量。整體來看，所有的處理中，僅在埋深0 m處儲藏30 d的油菜種子在后期生長過程中的耗水超過對照組。合理灌溉及降雨條件下，油菜的最終產量與耗水量呈正相關關系[12]，這意味著在0 m處儲藏30 d后的油菜可能會獲得較高的產量，而耗水量最低的處理在埋深690 m儲藏60 d處獲得，與對照相比減少了52.45%，耗水量少的情況下會使油菜終產降低。研究表明，蕾薹期和花期是油菜最為需水的階段，這會決定油菜的產量[13]。本研究顯示出0 m處儲藏30 d后的油菜在這2個生育期內有最高的耗水量；但仍能注意到儲藏90 d后埋深0 m處的油菜種子在花期也有較高的耗水量，因此，該處理下或許也會有較高的產量。

僅考慮儲藏時間對油菜耗水量的影響，大體上可呈現先降低后增加的趨勢。但一些處理條件下呈現油菜耗水量隨儲藏時間的延長而逐漸降低的趨勢。通常情況下，隨著儲藏時間的增加，種子的活力會逐漸降低，但90 d不會是種子活性降低的閾值，因此環境因素對種子活力的影響可能更大。這也體現在儲藏深度對油菜耗水量的影響上。如圖2所示，即使儲藏時間更久，埋深在0 m處的油菜種子通常會在后期生長中具有更高的耗水量，在690 m處會達到最小值，可能是因為環境中的高溫高濕等因素降低了種子的活性，進而影響到種子后期的生長發育。然而，1 410 m相對與690 m而言擁有更高的溫度及濕度，但在一些處理下耗水量高于690 m，因此，猜測深地環境中的其他因素對種子產生了影響。

在深地環境中儲藏后的油菜種子在大部分情況下都受到了抑制作用，可能是因為環境中的高溫高濕等因素降低了種子的活性。然而，可以觀察出在儲藏30 d后埋深在0 m處的種子受到了明顯的促進作用，這體現在該條件下油菜在后期的生長過程中具有更高的耗水量。因此，將種子放置在深地環境中進行儲藏可以有效刺激種子內的有效成分，影響種子活力，并對后續生長發育產生影響，進而增加作物耗水量等一系列生理指標，這些效應甚至會最終影響到作物的產量和品質。根據本研究的結果，可以預測深地農業具有一定程度的可實施性，具體表現在淺深地區域會取得一定的正向效果。

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