土壤含水率對刺榆種子萌發(fā)的影響

曹 宇

(1.遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000;2.遼寧章古臺科爾沁沙地國家定位觀測研究站，遼寧 阜新 123000)

植物種子的萌發(fā)受溫度、水分等多種環(huán)境因子的影響[1]。其中，水分是影響植物種子萌發(fā)的關鍵因子之一，水分過低或過高均不利于種子的萌發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，喜濕環(huán)境的鳳仙，種子發(fā)芽率和活力會隨環(huán)境水分的增加而逐漸升高[2]；野生早熟禾在土壤水分含量較高時，更有利于其種子的萌發(fā)[3]；干旱沙地生長的錦雞兒和雀麥，種子的發(fā)芽率和幼苗生長勢在土壤相對含水率12%～15%時達到最佳，超過此條件會對其種子的萌發(fā)產(chǎn)生較大的抑制作用[4-5]。因此，環(huán)境水分條件的變化會影響植物種子的萌發(fā)特性，并因其生態(tài)適應性的不同而異。

刺榆Hemipteleadavidii是主要分布于我國東北、華北、內(nèi)蒙古東部地區(qū)的特色鄉(xiāng)土樹種，尤其在科爾沁沙地內(nèi)以建群種存在并形成群落[6]。因其耐干旱瘠薄，各種土質(zhì)易于生長的特點，常作為固沙造林的混交樹種和生物圍欄的建植樹種用于沙地生態(tài)治理，是優(yōu)良的固沙樹種[7-8]。刺榆是沙地典型樹種，天然分布區(qū)氣候干旱、降水少，其種子萌發(fā)或幼苗生長的外部自然環(huán)境惡劣，水分便成為影響其種子更新的重要因素之一。目前,關于刺榆種子萌發(fā)特性的研究，主要為溫度和鹽脅迫等方面[9-10]，而水分因素如何影響其種子的萌發(fā)尚不明確，需進一步探究加以補充。本研究以科爾沁沙地南緣生長的刺榆種子為試驗材料，通過比較不同土壤含水率刺榆種子的萌發(fā)特性，旨在揭示其種子萌發(fā)的適宜水分條件和變化規(guī)律，為其開發(fā)利用與推廣種植提供指導依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的刺榆種子于2017年10月采自位于科爾沁沙地東南緣的遼寧省彰武縣章古臺鎮(zhèn)境內(nèi)(122°22′E，42°43′N)[11]。

1.2 試驗設計

挑選籽粒飽滿的刺榆種子5 g，用10%雙氧水浸泡消毒20 min，過濾后反復用蒸餾水沖洗2～3次，用濾紙吸取種子表面水分后備用。以當?shù)仫L沙土作為培養(yǎng)基質(zhì)，經(jīng)過消毒烘干處理后，均勻鋪于培養(yǎng)皿內(nèi)，厚度1.0 cm。試驗共設6個處理(表1)，土壤相對含水率分別為13%、20%、40%、60%、80%、95%，重復3次。供試土壤飽和田間持水率為23.6%，實際含水率=飽和田間持水率×相對含水率，依據(jù)土壤相對含水率對應的實際含水率，向各處理培養(yǎng)皿內(nèi)加入相應比例的蒸餾水。隨機選取50粒種子，均勻播于各處理培養(yǎng)皿內(nèi)，種子距沙土表面0.2 cm。將各處理培養(yǎng)皿標記稱重后，置于GZP-250S恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度設置為刺榆種子萌發(fā)的最適溫度25 ℃[9]，光照強度6 000 lx，光照周期12 h。每日對各處理培養(yǎng)皿進行稱質(zhì)量，并補水至原來質(zhì)量，以保持水分含量不變。

表1 不同水分處理對應的含水率 %

1.3 測定方法

參照種子發(fā)芽相關測定方法，每天觀察記錄種子發(fā)芽數(shù)量，直至連續(xù)5 d無新種子發(fā)芽為止，視為發(fā)芽試驗結束。統(tǒng)計種子發(fā)芽數(shù)量，計算不同水分處理條件下種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)[1]。

發(fā)芽率(G)=種子總發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽勢(Gr)=發(fā)芽高峰期種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)(Gi)= ∑(Gt/Dt)

活力指數(shù)(Vi)= S× Gi

式中：Gt為在t日的發(fā)芽數(shù)；Dt為相應的發(fā)芽日數(shù)；S為幼苗的生長勢，以幼苗高度或干(鮮)質(zhì)量表示。

發(fā)芽試驗結束后，從每個處理培養(yǎng)皿中隨機選取已發(fā)芽種子幼苗15株，測定幼苗高度和幼根長度，并使用天平測定幼苗鮮質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用單因素方差分析對獲得數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗，LSD檢驗進行多重比較。統(tǒng)計分析由SPSS軟件完成，采用Excel軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同水分處理對種子發(fā)芽率的影響

種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢是評價種子發(fā)芽百分率的常規(guī)指標[1]。從圖1可以看出，在6個水分處理條件下，刺榆種子均能發(fā)芽，不同處理間種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢存在顯著差異(圖1，F(xiàn)=58.41，P<0.05和F= 96.46，P<0.05)。處理4(土壤相對含水率60%)種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均最高，分別為71.71%和37.03%。處理3(土壤相對含水率40%)和處理5(土壤相對含水率80%)種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢無明顯差異。處理2(土壤相對含水率20%)種子發(fā)芽率明顯高于處理1(土壤相對含水率13%)，但發(fā)芽勢無顯著差異。處理6(土壤相對含水率95%)種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均最低，分別為11.32%和8.93%。由此可知，隨著土壤相對含水率的升高，刺榆種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在土壤相對含水率60%時，刺榆種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均達到最高，當土壤相對含水率低于或高于60%時，刺榆種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均降低，尤其是當土壤相對含水率95%接近飽和時，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均最低。

注：不同小寫字母表示同一指標不同處理間差異顯著(P<0.05)。下圖同。

2.2 不同水分處理對種子發(fā)芽活力的影響

種子發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)是表征種子發(fā)芽速度和整齊度、發(fā)芽生長潛力等發(fā)芽活力的綜合評價指標，相比于常規(guī)的發(fā)芽率能進一步評價種子的發(fā)芽質(zhì)量[2-3]。與各處理刺榆種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的變化趨勢相似，種子的發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)也存在顯著不同(圖2F=55.54，P<0.05和F=487.76，P<0.05)，表現(xiàn)出隨土壤相對含水率增加，呈先升高后下降的趨勢。刺榆種子在處理4條件下，種子的發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均達到最大，分別為6.12和10.36。與處理4相比，其余各處理兩項指標均明顯降低，降幅變化范圍分別在33.4%～61.2%和54.3%～91.0%。處理3種子的發(fā)芽指數(shù)顯著高于處理5，但活力指數(shù)無顯著差異；處理1和處理6的種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均較低，但處理6種子的發(fā)芽指數(shù)最低，僅為1.13。由此可知，刺榆種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)在土壤相對含水率60%達到最高，種子的發(fā)芽活力最強。土壤相對含水率低于或高于60%，種子發(fā)芽活力均降低，而過高水分條件(土壤相對含水率95%)對種子發(fā)芽活力的抑制作用更大。

圖2 不同水分處理刺榆種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)

2.3 不同水分處理對幼苗生長的影響

不同水分處理對刺榆幼苗生長特征的影響見表2。

表2 不同水分處理刺榆幼苗的生長特征

從表2可以看出，在鮮質(zhì)量、苗高、根長等方面，各處理間也存在較大差異(F值分別為71.95、71.61、71.20，均為P<0.05)。處理4幼苗的鮮質(zhì)量、苗高、根長等指標均最高，其次為處理3和處理5，而處理2、處理6及處理1則較低。該結果與不同水分處理條件下種子發(fā)芽率和發(fā)芽活力的變化相一致。在根高比方面，土壤相對含水率較低的處理1和處理2(含水率13%～20%)，幼苗的根高比較高，均達到0.7以上。土壤相對含水率較高條件下(80%～95%)，處理5幼苗的根高比最小，為0.55；處理6的根高比與處理3和處理4接近，但幼苗總體的生長量偏低。

3 結論與討論

本研究中刺榆種子在土壤相對含水率13%～95%范圍內(nèi)，隨著土壤水分含量的增加，種子發(fā)芽率與發(fā)芽活力表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，在土壤相對含水率60%時出現(xiàn)發(fā)芽高峰，發(fā)芽率達到最大，種子活力最高，幼苗生長也最好。當土壤相對含水率達到80%時，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽活力和幼苗生長開始出現(xiàn)下降，相對含水率進一步升高到95%接近土壤飽和時，種子發(fā)芽率和發(fā)芽活力最低，幼苗的生長勢也更低。說明刺榆種子的萌發(fā)更適宜于中、低土壤水分條件，過低或過高的土壤含水率均不利于種子的萌發(fā)，過高的水分條件抑制作用更大。

刺榆在年降水量僅有400～450 mm的科爾沁沙地內(nèi)能形成群落并實現(xiàn)更新[6]，與其長期生長在水資源匱乏的干旱環(huán)境，對較低土壤水分條件具有較強的生態(tài)適應性密切相關[8]。刺榆種子的萌發(fā)也更適宜在中、低土壤水分環(huán)境，符合其耐干旱貧瘠，中旱生植物的生態(tài)學特性[7]。

林木生產(chǎn)中，適宜的水分管理是調(diào)節(jié)種子萌發(fā)的有效措施之一。因此，在進行刺榆播種育苗過程中，水分管理宜根據(jù)土壤含水率的實際情況控制灌溉量，建議維持在土壤相對含水率的40%～60%，更有利于刺榆種子萌發(fā)和幼苗的生長。