高寒退化草地恢復(fù)中種子包衣對(duì)出苗的影響

劉迎春，向畑恭男

(1.青海畜牧獸醫(yī)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 湟源 812009； 2.日本高知工科大學(xué)物質(zhì)環(huán)境科學(xué)系，日本 高知 780-0000)

青藏高原高寒草地占高原總面積的58%[1]。由于過(guò)牧、特殊的氣候和其他因素，高寒草地出現(xiàn)了不同程度的退化，青海省退化草地占草地總面積的33%[2]。該地區(qū)草地生態(tài)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，歷經(jīng)了漫長(zhǎng)的過(guò)程，一旦破壞很難自然恢復(fù)[3]，建植栽培草地是恢復(fù)退化草地的重要途徑。禾本科和莎草科植物是青海省高寒草地的建群種和優(yōu)良牧草[4]。由于莎草科植物特殊的發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)特性，建植栽培草地中尚未采用莎草科植物[5]。披堿草屬多年生草種已經(jīng)馴化為牧草品種[6-7]，目前廣泛應(yīng)用于栽培草地建植和飼草生產(chǎn)中，經(jīng)過(guò)幾十年的改良，草地生態(tài)環(huán)境得到了一定程度的恢復(fù)[8-10]。高寒草地土壤水分直接影響種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[4，11]，進(jìn)而影響草地建植。然而該地區(qū)的主要?dú)夂蛱卣魇歉珊担?5%的地區(qū)年降水量300 mm，其余35%的地區(qū)為500 mm[3]。如何使種子充分利用有限的土壤水分，確保種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，本研究嘗試包衣牧草種子來(lái)達(dá)到此目的。

種子包衣的作用包括滅除雜草、生物防治病蟲(chóng)害、施種肥、施用生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、控制播種和種子特異型處理等[12]。包衣材料的作用機(jī)理是包裹種子90%以上的表面積，包衣材料在土壤中吸水膨脹卻不溶解,在種子萌發(fā)過(guò)程中，緩慢釋放有效成分,在種子周?chē)鷦?chuàng)造一種小環(huán)境,協(xié)助萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[13]。恢復(fù)高寒退化草地中，采用牧草種子包衣技術(shù)來(lái)改善其周?chē)耐寥浪值难芯旷r見(jiàn)報(bào)道[12]。本研究旨在研究植物來(lái)源的親水性膠類(lèi)包衣材料對(duì)牧草種子萌發(fā)和出苗的影響。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 試驗(yàn)用牧草種子垂穗披堿草(Elymusnutant)和山野豌豆(Viciaamoena)均由青海省畜牧獸醫(yī)職業(yè)技術(shù)學(xué)院種子庫(kù)提供。

1.2種子包衣材料和包衣方法 包衣材料是源于植物的親水膠和藻粉組成，親水膠包括黃原膠、羧甲基纖維素鈉、角叉膠和小麥粉。該單細(xì)胞海洋自養(yǎng)微藻(Phaeocystissp.neconon-1)采自日本沖繩島，在添加Eppley’s營(yíng)養(yǎng)液的人工海水中培養(yǎng)，光照1 600 lx、室溫、持續(xù)充氣，4周后，離心過(guò)濾收集，淡水沖洗4遍，脫鹽，65℃烘干，研磨成粉末。藻體質(zhì)量的50%是細(xì)胞外多糖包膜(糖被)，具有很強(qiáng)的吸水性，藻體60%為有機(jī)物，37%為無(wú)機(jī)物[14]。用上述親水膠和藻粉混合制成4種混合物，成分詳見(jiàn)表1。混合物比單一成分的粘合度好，利于包衣。用4種包衣混合物手工完成2種牧草種子的包衣。

表1 4種包衣混合物的成分 %

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1不同包衣混合物對(duì)種子萌發(fā)的影響 本試驗(yàn)在培養(yǎng)箱(NK System LH 220 SP 22F-A4P)中進(jìn)行。首先將培養(yǎng)箱設(shè)定為25℃、光照16 h，50粒未包衣種子置于培養(yǎng)皿中的土壤上，水分飽和，每天觀察發(fā)芽，胚根長(zhǎng)度為1 mm的種子視為發(fā)芽，從培養(yǎng)皿中剔除，持續(xù)觀察10 d并統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率。試驗(yàn)重復(fù)3次。

將4種不同混合物包衣的種子各50粒以及50粒未包衣種子置于培養(yǎng)皿中的土壤上，培養(yǎng)箱設(shè)定為16 h光照期內(nèi)溫度為15℃、8 h黑暗期內(nèi)溫度為5℃，每個(gè)培養(yǎng)皿的土壤體積為50 cm×50 cm×2 cm，播種時(shí)每個(gè)培養(yǎng)皿給水40 mL，之后每天給水5 mL，經(jīng)測(cè)定，這種給水方式可保持土壤水分15%～18%，此溫度、光照和土壤水分模擬高寒草地春季的氣候條件[15]。每天觀察出苗，胚芽鞘的長(zhǎng)度為1 mm時(shí)視為種子出苗，從培養(yǎng)皿中剔除，持續(xù)觀察45 d，統(tǒng)計(jì)種子最大出苗率。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3.2包衣混合物的持水力測(cè)定 測(cè)定4種包衣混合物的膠體在一定時(shí)間和溫度下含水量的變化，即持水力。稱(chēng)量4種混合物各0.5 g，加水1 mL，混合物吸水飽和后成為膠體。稱(chēng)量0.5 g 1.3.1中的土壤，加水1 mL，土+水混合物作為對(duì)照。將4種膠體和土+水混合物置于40℃的烘箱中，每30 min稱(chēng)量膠體和土+水混合物的質(zhì)量。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.4數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析方法 研究使用SAS 8.0(SAS Institute Inc.,Cary,NC,USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

種子出苗率符合邏輯斯蒂方程：

Y=K/(1+ae-rt)

(1)

式中，Y為出苗率(%)，t為時(shí)間，r為種子出苗速率，K為最大出苗率(%)，(lna)/r是種子出苗率達(dá)到半數(shù)的時(shí)間(d)。

烘箱內(nèi)包衣混合物膠體含水量變化符合指數(shù)方程：

W=W0e-bt

(2)

式中，W為膠體瞬時(shí)含水量(g)，W0為膠體初始含水量(g)，t為時(shí)間(h)，b為膠體含水量變化速率(g/h)，可用b表示各種包衣混合物膠體的持水力。

采用Excel制圖，分析膠體持水力b與包衣種子出苗率和出苗速率的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1包衣種子的出苗 未包衣種子在25℃、光照16 h、水分飽和條件下，發(fā)芽率分別為86%和88%(表2)。但在模擬高寒草地春季氣候的條件下，兩種牧草的未包衣種子出苗率分別為38%和24%。劉迎春和Limnach[16]曾報(bào)道青藏高寒草甸區(qū)(海拔3 900 m)垂穗披堿草出苗率為40%，證明此模擬條件與當(dāng)?shù)卮杭镜臍夂蚝芙啤６N子包衣后，出苗率和出苗速率均高于未包衣種子，垂穗披堿草種子出苗率為60%～80%，出苗速率為0.527～0.806；山野豌豆的出苗率為48%～82%，出苗速率為0.461～0.800，1號(hào)混合物包衣的垂穗披堿草的出苗率達(dá)到80%，山野豌豆達(dá)到82%，都接近了它們的發(fā)芽潛力。可以推斷在恢復(fù)高寒退化草地實(shí)踐中，可以采用種子包衣技術(shù)。包衣種子出苗率達(dá)到半數(shù)的時(shí)間均比未包衣種子短，它們能提早出苗、迅速覆蓋地面。因此，可以利用種子包衣技術(shù)調(diào)控牧草種的比例，使優(yōu)良牧草成為優(yōu)勢(shì)種，抑制雜草的生長(zhǎng)。

表2 2種牧草種子的發(fā)芽潛力、未包衣和包衣種子在模擬高寒草地條件下的出苗率和邏輯斯蒂方程系數(shù)

包衣聚合物決定種子萌發(fā)和出苗，吸水性聚合物能夠緩慢持續(xù)地釋放水分，為胡蘿卜(Daucuscarotavar.sativa)種子萌發(fā)和出苗所利用[17]；油菜(Brassicanapus)種子出苗率比對(duì)照高80%，菜籽增產(chǎn)38%[18]；包衣為水稻(Oryzasativa)種子釋放水分的同時(shí)，還能提高真菌殺滅劑的藥效[19]。在潮濕的土壤中，用疏水聚合物包衣大豆(Glycinemax)種子，可以減少種子吸入的水分，保護(hù)種子提高出苗[20]。但是，吸水性聚合物包衣種子并非都有利于提高種子萌發(fā)和出苗，Mangold和Sheley[21]觀察發(fā)現(xiàn)，用工業(yè)聚合物包衣冰草(Agropyrconcristatum)種子時(shí)，出苗率下降了160%，這些包衣材料與種子爭(zhēng)奪水分，甚至使種子脫水死亡。同樣的包衣材料處理不同多年生禾本科牧草和小灌木種子時(shí)，效果相差甚遠(yuǎn)[22]。本研究采用植物來(lái)源的包衣材料，沒(méi)有與種子爭(zhēng)奪水分，也適合于垂穗披堿草和山野豌豆，證明高寒草地條件下可以采用這些包衣材料。有研究報(bào)道，在自然條件下包衣種子出苗率高于試驗(yàn)室條件下的出苗率[22]，所以有必要在高寒草地重復(fù)本研究。

2.2包衣混合物的持水力 包衣混合物膠體在40℃烘箱內(nèi)含水量變化符合指數(shù)方程，每種混合物膠體指數(shù)方程的系數(shù)及其相關(guān)性系數(shù)列于表3。持水力b值與膠體水分下降速度呈反比。4種混合物的b值均高于對(duì)照，表明混合物膠體的持水力高于對(duì)照。而且1號(hào)至4號(hào)混合物的b值不同，從大到小依次為1號(hào)>2號(hào)>3號(hào)>4號(hào)，其持水力表現(xiàn)為1號(hào)>2號(hào)>3號(hào)>4號(hào)。1號(hào)和2號(hào)包衣混合物的羧甲基纖維素鈉的比例較高，3號(hào)和4號(hào)的小麥粉成分可能不利于其持水力(表1)。廢紙漿、藻粉和林木種子混合播種時(shí)，混合物中藻粉比例決定了其持水力不同[23]。

表3 包衣混合物膠體的質(zhì)量變化指數(shù)方程及其系數(shù)

2.3包衣混合物膠體持水力與種子出苗率和出苗速率的相關(guān)性分析 表4列出兩種牧草種子的出苗率(k)、出苗速率(V)與持水力(b)的相關(guān)性。兩種牧草用4種混合物包衣種子的出苗率、出苗速率和達(dá)到半數(shù)出苗率的時(shí)間，都因包衣混合物而不同，1號(hào)至4號(hào)包衣混合物的持水力，以及包衣種子的出苗率和出苗速率從大到小依次為2號(hào)>1號(hào)>3號(hào)>4號(hào)。垂穗披堿草的出苗率、出苗速率與持水力均呈極顯著的線性正相關(guān)，山野豌豆的出苗率、出苗速率也與持水力呈顯著的正線性相關(guān)，表明包衣種子的萌發(fā)出苗，取決于包衣混合物的持水力。廢紙漿+藻粉混合物的持水力與林木種子出苗率呈正相關(guān)[23]。可以推斷在模擬高寒草地春季氣候條件下，包衣混合物不僅能夠吸收、保持水分，而且還能夠?yàn)榉N子萌發(fā)的生理過(guò)程中提供水分，是種子萌發(fā)和出苗的決定條件。

表4 兩種牧草種子的出苗率和出苗速率與包衣混合物膠體持水力相關(guān)性分析

3 小結(jié)

在模擬高寒草地條件下，包衣種子的出苗率和出苗速率均高于未包衣種子，因?yàn)榘禄旌衔锬軌蛭蘸捅Ａ敉寥浪郑诜N子萌發(fā)的生理過(guò)程中為其持續(xù)地提供水分。包衣是種子萌發(fā)和出苗的決定條件，采用本研究的包衣材料可以改善退化草地恢復(fù)中的種子出苗，調(diào)控草地牧草種的比例。有必要在高寒草地實(shí)地重復(fù)本研究。為了在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣此項(xiàng)包衣技術(shù)，還應(yīng)該尋找當(dāng)?shù)厝菀撰@取的、價(jià)格低廉的包衣材料，研究相應(yīng)的包衣技術(shù)。

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