保水劑對(duì)4種典型荒漠植物種子萌發(fā)的影響

馬 靜， 單立山， 王洋， 李星辰， 李 毅

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070)

種子包衣是以種子為載體，利用物理型、化學(xué)型和生物型種衣劑對(duì)種子進(jìn)行處理，使得種子表面形成一個(gè)保護(hù)屏障，在病蟲害防治和作物生長調(diào)控方面具有顯著作用，為種子的生長創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。種子丸粒化飛播是荒漠地區(qū)植被恢復(fù)與建設(shè)的重要手段[1]，對(duì)種子進(jìn)行丸化包衣，能夠提高種子的重量、防止隨風(fēng)漂移和增加埋藏深度。目前，飛播治沙造林技術(shù)存在一個(gè)亟需解決的問題，即種子在飛播后的成活率低，這一過程受諸多因素影響，其中溫度、土壤水分和種子埋藏深度為主要因素[2-3]。當(dāng)種子撒播在干旱地區(qū)時(shí)，在有限的土壤水分供應(yīng)下，保水劑作為水分供應(yīng)的另一源泉，能夠?yàn)榉N子萌發(fā)提供充足的水分，從而提高種子發(fā)芽率和成活率，對(duì)荒漠地區(qū)育林育草具有重大意義。荒漠地區(qū)常年干旱少雨，風(fēng)沙大，植被覆蓋度低，自然環(huán)境惡劣，各種因素限制著種子萌發(fā)，在這眾多的影響因素中，水分是影響種子萌發(fā)的最主要因素[4]。我國干旱和半干旱地區(qū)的年均降水量一般不足400 mm，且多為無效降水[5]。如何充分利用有限的降水資源，提高飛播后成活率，是國內(nèi)外飛播治沙造林關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問題。保水劑是一種具有超強(qiáng)的吸水和保水能力的高分子聚合物，其吸收水分后重量可超過自身重量的數(shù)百倍甚至上千倍，它的運(yùn)用能夠在很大程度上改善土壤孔隙度等土壤物理性狀，提高土壤水分蓄積能力，促進(jìn)植物根系生長，從而改善種子生長環(huán)境，提高種子萌發(fā)能力，增加植物成活率[6-8]。在干旱地區(qū)，水分是限制植物生長和分布的主要因素，運(yùn)用保水劑能夠提高土壤含水量，在植物生長的關(guān)鍵時(shí)期為其供應(yīng)水分。李興等[9]研究了保水劑對(duì)梭梭(Haloxylonammodendron)和白梭梭(Haloxylonpersicum)種子萌發(fā)及幼苗根系生長狀況的影響，結(jié)果表明適宜濃度的保水劑對(duì)梭梭和白梭梭種子的萌發(fā)及幼苗根系的生長有促進(jìn)作用。李瑩等[10]對(duì)沙棘(Hippophaerhamnoides)種子的研究以及李加國等[11]對(duì)檸條(Caraganakorshinskii)種子的研究均表明，適量的保水劑可以促進(jìn)種子的萌發(fā)及幼苗的生長。楊永輝等[12]通過保水劑用量對(duì)小麥不同生育期根系生理特性的影響研究發(fā)現(xiàn)，施用保水劑降低了冬小麥根系質(zhì)膜透性和可溶性糖含量，提高了根系活力。目前對(duì)保水劑應(yīng)用的研究主要以農(nóng)業(yè)種子以及半干旱地區(qū)植物為主，對(duì)干旱地區(qū)典型荒漠植物等的研究相對(duì)較少。因此，開展典型荒漠植物種子最適保水劑濃度篩選研究，對(duì)荒漠地區(qū)植被恢復(fù)和環(huán)境重塑具有重要意義。

紅砂(Reaumuriasoongarica)、檸條、泡果白刺(Nitrariasphaerocarpa)、花棒(Hedysarumscoparium)是典型的荒漠植物，具有耐旱、耐鹽堿、抗逆性強(qiáng)、分布廣、面積大、集沙能力強(qiáng)等特點(diǎn)[13]，在我國西北干旱半干旱地區(qū)廣泛分布，對(duì)該地區(qū)的生態(tài)保護(hù)具有重要作用。荒漠植物的典型特點(diǎn)具有在干旱季節(jié)休眠的特性，雨季來臨時(shí)，它們迅速吸收水分重新生長。本研究以西北典型荒漠植物紅砂、檸條、泡果白刺、花棒種子為研究對(duì)象，測定不同保水劑用量下4種典型荒漠植物的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，試圖確定其最佳用量，為科學(xué)的防治荒漠化及荒漠區(qū)人工植被恢復(fù)提供理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 種源地概況 4種典型荒漠植物種子采集于甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，該地位于河西走廊東北部，東西北三面被騰格里和巴丹吉林兩大沙漠包圍，呈現(xiàn)出各類沙丘和沙質(zhì)草甸交錯(cuò)分布的地貌格局，屬于典型溫帶干旱荒漠性氣候區(qū)，年均氣溫7.8 ℃，年均降水量小于120 mm，蒸發(fā)量卻大于2 600 mm，降水稀少、蒸發(fā)量大、生態(tài)環(huán)境極其脆弱。

1.1.2 種子的采集與處理 供試的檸條、花棒、泡果白刺和紅砂種子于2016年秋采自于甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，在種子成熟期將野外灌木植物種子采集裝置布置于種源地，一周后，將該裝置內(nèi)脫落的種子收集，保證采集到完全成熟的種子。然后將種子帶回進(jìn)行初步除雜，得到可試驗(yàn)的種子。最后將種子低溫貯藏。

1.1.3 試驗(yàn)種子品質(zhì) 采用保水劑處理前，測定種子品質(zhì)，結(jié)果詳見表1。

表1 試驗(yàn)種源和品質(zhì)

1.2 研究方法

1.2.1 保水劑濃度設(shè)置 種子準(zhǔn)確稱重后，用10%的雙氧水消毒，采用清水浸種12 h，以種子顆粒數(shù)等份，每份50粒種子，分別加入種子重量的1%，4%，7%，10%，13%的保水劑，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，加入少量的水使保水劑均勻吸脹，充分?jǐn)嚭暇鶆颍贡Ｋ畡┠芡耆じ皆诜N子表面，室溫下放置過夜，蒸發(fā)種子表面多余水分。對(duì)照采用空白處理。

1.2.2 發(fā)芽測定 按照國家標(biāo)準(zhǔn)“林木種子檢驗(yàn)規(guī)程”(GB2722-1999)進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，每處理3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)50粒種子，恒溫培養(yǎng)箱25 ℃培養(yǎng)，發(fā)芽箱內(nèi)光照強(qiáng)度1 200 lx，每天光照8 h，黑暗16 h，從置床之日第2天起每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽個(gè)數(shù)，直至發(fā)芽結(jié)束。計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽速率和發(fā)芽指數(shù)。

發(fā)芽勢是指發(fā)芽試驗(yàn)的初期，規(guī)定的日期內(nèi)正常發(fā)芽種子占供試種子數(shù)的百分率，即發(fā)芽勢；發(fā)芽勢的大小表明發(fā)芽速率的快慢，也表明種子活力的強(qiáng)弱。

發(fā)芽指數(shù)是種子的活力指標(biāo)，是指在發(fā)芽試驗(yàn)期間，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽粒數(shù)，然后計(jì)算出發(fā)芽指數(shù)。

式中：Gt——在t日的發(fā)芽數(shù)；T——種子總數(shù)；Tn——發(fā)芽達(dá)到高峰之前的總發(fā)芽數(shù)；S——平均苗高(cm)；Dt——發(fā)芽日數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

基本數(shù)據(jù)分析和繪圖采用Excel軟件，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，顯著性檢驗(yàn)采用LSD法，用一般線性模型對(duì)保水劑用量和物種的交互效應(yīng)進(jìn)行雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同保水劑用量對(duì)4種種子發(fā)芽率的影響

雙因素方差分析(表2)發(fā)現(xiàn)，不同物種種子發(fā)芽率存在極顯著差異(p<0.01)，保水劑用量對(duì)發(fā)芽率影響顯著(p<0.05)，保水劑用量和物種的交互作用對(duì)種子發(fā)芽率影響不顯著(p>0.05)。由圖1可知，不同量保水劑處理對(duì)檸條、花棒、泡果白刺和紅砂種子發(fā)芽率影響并不顯著(p<0.05)。檸條種子隨著保水劑用量的增加其發(fā)芽率呈現(xiàn)下降趨勢；花棒、泡果白刺和紅砂隨著保水劑用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)保水劑用量為種子重量的4%時(shí)發(fā)芽率最高，分別為86%，81%，52%。

表2 保水劑用量和處理種源對(duì)包衣種子各萌發(fā)特征指標(biāo)影響的雙因素方差分析(F值)

注：*表示顯著水平(p<0.05)； **表示極顯著水平(p<0.01)。

注：不同字母表示差異顯著(p<0.05)。下同

2.2 不同保水劑用量對(duì)4種種子發(fā)芽勢的影響

雙因素方差分析(表2)發(fā)現(xiàn)，物種對(duì)發(fā)芽勢影響極顯著(p<0.01)，保水劑用量對(duì)發(fā)芽勢影響顯著(p<0.05)，保水劑用量和物種的交互作用對(duì)種子發(fā)芽勢影響不顯著(p>0.05)。由圖2可知，不同量保水劑處理對(duì)檸條和紅砂種子發(fā)芽勢影響顯著(p<0.05)。檸條種子隨著保水劑用量的增加其發(fā)芽勢呈現(xiàn)先增加后減小趨勢，當(dāng)保水劑用量為種子重量的1%時(shí)發(fā)芽勢最高，為22%；花棒、泡果白刺和紅砂隨著保水劑用量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)保水劑用量為種子重量的4%時(shí)發(fā)芽勢最高，分別為81%，69%，48%。

圖2 不同用量保水劑處理檸條、花棒、泡果白刺、紅砂種子發(fā)芽勢

2.3 不同保水劑用量對(duì)4種種子平均發(fā)芽速率的影響

雙因素方差分析(表2)發(fā)現(xiàn)，保水劑用量、物種、保水劑用量與包衣物種的交互作用對(duì)種子平均發(fā)芽速率影響均極顯著(p<0.01)。由圖3可知，不同量保水劑處理對(duì)檸條、泡果白刺和紅砂種子平均發(fā)芽速率影響顯著(p<0.05)。檸條種子ck和1%處理的平均發(fā)芽速率差異不顯著，而當(dāng)保水劑用量為種子重量的1%時(shí)，檸條種子平均發(fā)芽速率的標(biāo)準(zhǔn)差明顯小于CK處理的標(biāo)準(zhǔn)差；花棒、泡果白刺和紅砂隨著保水劑用量的增加其平均發(fā)芽速率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)保水劑用量為種子重量的4%時(shí)平均發(fā)芽速率最高，分別為24.76，23.33，21.29。

圖3 不同用量保水劑處理檸條、花棒、泡果白刺、紅砂種子平均發(fā)芽速率

2.4 不同保水劑用量對(duì)4種種子發(fā)芽指數(shù)的影響

雙因素方差分析(表2)發(fā)現(xiàn)，保水劑用量、物種、保水劑用量與包衣物種的交互作用對(duì)種子發(fā)芽指數(shù)影響均極顯著(p<0.01)。由圖4可知，不同量保水劑處理對(duì)檸條、泡果白刺和紅砂種子發(fā)芽指數(shù)影響顯著(p<0.05)。隨著保水劑用量的增加，檸條、泡果白刺和紅砂種子發(fā)芽指數(shù)均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)保水劑用量為1%時(shí)，檸條種子發(fā)芽指數(shù)最大，為12.72；當(dāng)保水劑用量為4%時(shí)，泡果白刺和紅砂的發(fā)芽指數(shù)最大，分別為50.34，24.70。

圖4 不同用量保水劑處理檸條、花棒、泡果白刺、紅砂種子發(fā)芽指數(shù)

3 討論與結(jié)論

在西北荒漠區(qū)，土壤含水量是影響植被成活和生長的重要因素之一，這不僅與該地區(qū)少的降水量有關(guān)，而且也與該地區(qū)降水間隔有關(guān)，降水間隔太長，蒸發(fā)量大，水分保持率低，導(dǎo)致土壤含水量降低。而保水劑可在種子周圍的土壤中形成一個(gè)“微型水庫”[14]，它可以吸持自身重量數(shù)百倍的水分[15]，然后釋放水分供種子萌發(fā)和植物生長，以改變土壤水分對(duì)植物種子萌發(fā)與幼苗生長的限制[16-17]。大量研究表明，使用保水劑可減少土壤水分養(yǎng)分流失[18]、增強(qiáng)土壤保水性[19]、改善土壤結(jié)構(gòu)[20]、提高植物出苗率和抗旱性[21-22]、促進(jìn)植物地上部分和根系的發(fā)育[23-24]。本研究發(fā)現(xiàn)，一定量的保水劑，可以提高檸條種子萌發(fā)的整齊度和種子活力，這與李加國等[11]的研究結(jié)果相似，這可能由于保水劑將水分保持在種子周圍，能為種子萌發(fā)和生長提供充足的水分來源所致[25-26]；花棒、泡果白刺和紅砂的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽速率和發(fā)芽指數(shù)均隨保水劑用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，在保水劑用量為4%時(shí)達(dá)最大值。這說明一定量的保水劑對(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽速度、發(fā)芽整齊度和提高種子活力均有促進(jìn)作用，這與李瑩等[10]研究結(jié)果相似，這可能是因?yàn)楸Ｋ畡└淖兞朔N子周邊環(huán)境水分，從而影響種子內(nèi)部激素含量所致。楊新樂等[27]對(duì)沙打旺(Astragalusadsurgens)研究表明，沙打旺最適宜的保水劑用量是種子重量的7%～9%，李興等[9]對(duì)梭梭的研究表明，梭梭最適宜的保水劑用量是0.05%，這與本研究結(jié)果不同，這可能是因?yàn)椴煌锓N對(duì)保水劑的適應(yīng)不同所致。當(dāng)保水劑用量為4%時(shí)，本試驗(yàn)中所測各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到最大值，之后，隨著保水劑用量增加，各項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)下降趨勢，這可能是由于，適宜的保水劑用量可為種子周圍聚集適宜的水分，改良種子萌發(fā)環(huán)境，從而促進(jìn)種子萌發(fā)。隨著保水劑用量的增加，不同物種的萌發(fā)指數(shù)均降低，這可能是由于增加的保水劑會(huì)影響種子的呼吸作用，從而影響其萌發(fā)和生長。

種子包衣作為一種新型的種子處理技術(shù)，因其操作簡單，生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益高，應(yīng)用也越來越廣泛。適量的保水劑對(duì)種子的萌發(fā)和幼苗的生長具有促進(jìn)作用；花棒、泡果白刺和紅砂的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽速率和發(fā)芽指數(shù)均隨保水劑用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，在保水劑用量為4%時(shí)，達(dá)最大值；一定量的保水劑，可以提高檸條種子萌發(fā)的整齊度和種子活力。