土壤水分對(duì)新疆野蘋(píng)果種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的影響

DOI：" 10.13855/j.cnki.lygs.2024.05.010

摘" 要：以新疆野蘋(píng)果種子為研究對(duì)象，比較分析了土壤相對(duì)含水量20%、35%、50%、65%和80%時(shí)，新疆野蘋(píng)果種子的萌發(fā)情況和幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中的生物量差異，探討新疆野蘋(píng)果種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)對(duì)土壤水分變化的響應(yīng)。結(jié)果表明，隨土壤水分的增加，新疆野蘋(píng)果種子萌發(fā)率先增后降。當(dāng)土壤相對(duì)含水量為20%時(shí)，種子的萌發(fā)率最低，為2.67%，且萌發(fā)后無(wú)法正常生長(zhǎng)；相對(duì)含水量50%時(shí)能正常萌發(fā)，萌發(fā)率為42.67%，但無(wú)法維持幼苗正常存活；相對(duì)含水量65%時(shí)，種子的萌發(fā)率和幼苗的存活率最高，為69.33%和41.30%；相對(duì)含水量為80%時(shí)幼苗的株高、主根長(zhǎng)、基莖、單株葉片數(shù)、根莖葉鮮重和葉綠素含量均顯著高于其他處理；各水分處理的葉面積大小無(wú)顯著差異。結(jié)果表明，維持65%左右的土壤相對(duì)含水量，有利于新疆野蘋(píng)果種子萌發(fā)與幼苗存活。

關(guān)鍵詞：新疆野蘋(píng)果；土壤水分；種子萌發(fā)；生物量

中圖分類號(hào)：" S661.1" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：" A

文章編號(hào)：" 1002-2910（2024）05-0046-05

收稿日期：2024-05-19

基金項(xiàng)目：新疆天然林保護(hù)修復(fù)資金支持（LYFZJJTB2021）；國(guó)家自然基金（31960580）；新疆維吾爾自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（S202310758024）；新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教研教改項(xiàng)目（2021ZLTS48）。

*通信作者：劉立強(qiáng)（1975-），男，江蘇新沂人，副教授，研究方向?yàn)楣麡?shù)栽培與生理、果樹(shù)種質(zhì)資源等。E-mail：llq9989@126.com

作者簡(jiǎn)介：卿全（2002-），男，四川達(dá)州人，在讀本科生，研究方向?yàn)楣麡?shù)學(xué)。E-mail：1974736212@qq.com

Effects of soil moisture on seed germination and seedling growth of Malus sieversii seedlings

QING Quan，ZHENG Feng，WU Mingjiang， MA Yue， XU Lei， LIU Liqiang*

（College of Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 843000， China）

Abstract：To explore the effects of different soil moisture on the seed germination and seedling growth of Malus sieversii， through an outdoor pot experiment， taking Malus sieversii as the research materials， the seed germination and the differences in biomass during the seedling growth of Malus sieversii were comparatively analyzed when the soil relative water content was 20%， 35%， 50%， 65%， and 80%. The response of Malus sieversii seed germination and seedling growth to soil moisture changes was discussed. The results showed that with the increase of soil moisture， the seed germination rate of Malus sieversii first increased and then decreased. When the soil relative water content was 20%， the seed germination rate was the lowest， at 2.67%， and it could not grow normally after germination. When the relative water content was 50%， it could germinate normally， with a germination rate of 42.67%， but it could not maintain the normal survival of seedlings. When the relative water content was 65%， the seed germination rate and the survival rate of seedlings were the highest， at 69.33% and 41.30%; when the relative water content was 80%， the plant height， main root length， base stem， number of leaves per plant， fresh weight of roots， stems and leaves， and chlorophyll content of the seedlings were significantly higher than those of other treatments， and there was no significant difference in the leaf area size of each water treatment. The seed germination and seedling growth of Malus sieversii are relatively sensitive to water changes， and maintaining the soil moisture content of about 65% is conducive to seed germination and seedling survival.

Key words：Malus sieversii; soil water content; seedling growth; biomass

新疆野蘋(píng)果（Malus sieversii）屬薔薇科蘋(píng)果屬多年生喬木，是中國(guó)二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物［1］。這一世界范圍內(nèi)的珍貴資源 ［2］，主要分布在西天山伊犁河谷的新源縣、霍城縣和鞏留縣等地的落葉闊葉林生態(tài)系統(tǒng)［3］。隨著全球氣候變化的影響，極端天氣頻發(fā)，新疆野蘋(píng)果的自然種群數(shù)量分布密度降低［4］。土壤水分是植物繁殖、生長(zhǎng)的重要條件，其含量及維持能力與植物種群繁殖、生存和延續(xù)密切相關(guān)［5，6］。研究土壤水分對(duì)新疆野蘋(píng)果的種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育的影響，掌握其對(duì)土壤水分變化的響應(yīng)，對(duì)探索其人工育苗的水分管理和天然實(shí)生更新的土壤條件選擇具有重要意義。

目前，有關(guān)對(duì)新疆野蘋(píng)果的研究主要聚焦于在種群生存和病蟲(chóng)害現(xiàn)狀［7］、建立核心種質(zhì)資源［8］、種群遺傳特征［9，10］、條件一致的室內(nèi)種子萌發(fā)控制性試驗(yàn)等方面［11，12］。關(guān)于野蘋(píng)果種子繁殖對(duì)水分變化的響應(yīng)及其在原生境中繁殖的土壤水分限制研究還鮮有報(bào)道。經(jīng)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在春季野蘋(píng)果種子萌發(fā)期，雖然在野果林內(nèi)有一定數(shù)量的新疆野蘋(píng)果實(shí)生苗，但是到秋季，幼苗幾乎消失殆盡，其主要環(huán)境影響因素是干旱脅迫［13］，但是關(guān)于其萌發(fā)與幼苗期的水分脅迫障礙與程度、原生境適宜繁殖幼苗的土壤水分含量還沒(méi)有明確結(jié)論。

鑒于此，筆者以新疆野蘋(píng)果為研究對(duì)象，通過(guò)室外控制試驗(yàn)，分析不同土壤水分對(duì)其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，探討自然條件下新疆野蘋(píng)果當(dāng)年實(shí)生繁殖對(duì)土壤水分變化的響應(yīng)，為實(shí)生苗培育、人工播種更新的水分管理提供參考。

1" 材料和方法

1.1" 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)校園試驗(yàn)地（海拔845.37 m，東經(jīng)87°36′6″，北緯43°48′46″），屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫9.3 ℃，光照強(qiáng)度4.2×103 lx，空氣相對(duì)濕度21.31%，日照時(shí)數(shù)2 645 h。試驗(yàn)材料為2022年8月在在塔城額敏縣野果林（東經(jīng)83°59′，北緯46°22′）采集正常成熟的新疆野蘋(píng)果取出種子帶回試驗(yàn)室放置陰涼處備用，經(jīng)低溫層積處理后播種到花盆內(nèi)。

1.2" 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2023年4月中旬開(kāi)展室外播種試驗(yàn)。花盆高度為40 cm，上、下直徑分別為40 cm、30 cm。每個(gè)盆裝普通園土15 kg。選取層積處理后的顆粒飽滿的新疆野蘋(píng)果種子均勻播種花盆內(nèi)，播種深度2～3 cm，每個(gè)花盆播50粒種子，預(yù)留取出點(diǎn)。設(shè)置20%、35%、50%、65%和80%的5個(gè)水平的土壤相對(duì)含水量，每個(gè)水分處理5次重復(fù)，共計(jì)25個(gè)試驗(yàn)盆。采用烘干法，每5 d測(cè)定1次土壤水分，維持土壤水分穩(wěn)定在各水分梯度。在試驗(yàn)期間，降雨前進(jìn)行遮蓋，防止自然降水影響試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)記錄死亡幼苗數(shù)量。

1.3測(cè)定指標(biāo)

種子萌發(fā)率參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》［14］，當(dāng)?shù)谝恢昱哐客怀鐾寥罉?biāo)志種子萌發(fā)期開(kāi)始，胚芽出土量連續(xù)7 d不再發(fā)生變化時(shí)標(biāo)志萌發(fā)期結(jié)束。期間每天統(tǒng)計(jì)1次種子萌發(fā)數(shù)量，計(jì)算種子在不同土壤水分梯度的萌發(fā)率。

種子萌發(fā)率/%=發(fā)芽種子數(shù)/所用種子總數(shù)×100。

幼苗生長(zhǎng)量。6月底，部分幼苗開(kāi)始停長(zhǎng)，每個(gè)處理隨機(jī)選取5株幼苗，用直尺測(cè)量幼苗株高、游標(biāo)卡尺測(cè)量幼苗基徑，每株隨機(jī)采取5片完整、成熟的葉片，使用千分之一天平稱量葉片鮮重，游標(biāo)卡尺測(cè)量葉片厚度，用LA-S系列植物葉面積儀（杭州萬(wàn)深檢測(cè)科技有限公司）測(cè)定葉面積、葉周長(zhǎng)，使用SPAD-502Plus葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量（SPAD值）。然后挖取整株幼苗，保障幼苗根系完整，清水漂洗干凈后放入105 ℃的烘箱中，持續(xù)殺青30 min，再在80 ℃條件下烘8 h，到達(dá)恒重為止，使用千分之一天平對(duì)其稱重，分別得到在不同土壤水分梯度下幼苗根莖葉的生物量，并計(jì)算其比葉面積和根冠比。于10月上旬，幼苗至落葉期，統(tǒng)計(jì)幼苗存活率。

比葉面積＝葉面積/葉干重

根冠比＝地上生物量/地下生物量

幼苗存活率/%＝存活幼苗數(shù)/出苗總數(shù)×100。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和預(yù)處理，用SPSS 21.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA）和鄧肯（Duncan）顯著性檢驗(yàn)，比較不同土壤水分處理下幼苗各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)的差異性，采用Pearson分析法計(jì)算各性狀指標(biāo)的相關(guān)性，用Origin進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1不同土壤水分對(duì)新疆野蘋(píng)果種子萌發(fā)與幼苗存活的影響

由表1可知，在不同土壤水分處理下，新疆野蘋(píng)果種子的萌發(fā)率和幼苗存活率均隨土壤水分的升高而先升高后降低。土壤水分為65%的種子萌發(fā)率最高，為69.33%，顯著高于其他處理。土壤水分為50%處理的種子萌發(fā)率為42.67%，顯著高于20%、35%和80%土壤水分處理。土壤水分為20%時(shí)萌發(fā)率最低，僅為0.67%，與35%土壤水分的萌發(fā)率無(wú)顯著差異。至落葉期，65%土壤水分處理下幼苗存活率為41.30%，顯著高于其他處理，在20%和35%土壤水分處理下無(wú)存活幼苗，50%和80%土壤水分下，幼苗存活率分別為3.24%和27.42%。

2.2土壤水分對(duì)幼苗根系生長(zhǎng)的影響

由表2可知，20%土壤水分時(shí)，新疆野蘋(píng)果幼苗全部死亡；幼苗主根長(zhǎng)度，在80%土壤水分處理下的最長(zhǎng)，為13.54 cm，顯著長(zhǎng)于其他3個(gè)處理，土壤水分在50%處理時(shí)主根最短，為9.33 cm，與土壤水分35%和65%處理之間無(wú)顯著性差異；幼苗根鮮重，土壤水分為80%處理下最重，為0.43 g，顯著重于其他3組處理，在土壤水分為65%處理下最低，為0.27 g；幼苗的根干重在土壤水分為80%處理時(shí)最高，為0.17 g。在土壤水分為50%和65%處理最低，為0.11 g；幼苗的根冠比隨土壤水分的增大而減小，在土壤水分為35%時(shí)的根冠比最大，為0.39，顯著高于另外3個(gè)處理，在土壤水分為50%時(shí)的根冠比最小，為0.25，但與另外3個(gè)處理的根冠比無(wú)顯著差異。

2.3土壤水分對(duì)幼苗莖生長(zhǎng)的影響

由表3可知，新疆野蘋(píng)果幼苗株高隨土壤水分的增大呈先減后增的趨勢(shì)，土壤水分為80%時(shí)的幼苗最高，為10.49 cm，與65%、50%處理的都存在顯著差異，65%處理的幼苗株高最低，僅為7.07 cm，顯著低于其他處理。幼苗基莖隨土壤水分的增大而增長(zhǎng)，80%水分處理的幼苗基莖為2.55 mm，顯著高于其他3個(gè)處理，土壤水分為35%時(shí)最小，為0.97 mm，土壤水分65%時(shí)基莖顯著大于50%和35%下的基莖；幼苗的莖鮮重隨土壤水分增大呈現(xiàn)先減后增，80%時(shí)的幼苗莖鮮重、干重最大，分別為0.48 g、0.18 g，皆顯著高于其他3個(gè)處理，土壤水分50%時(shí)最小，但為0.24 g，與35%、65%之間無(wú)顯著差異。土壤水分35%、50%和65%時(shí)，莖干重均無(wú)顯著差異，土壤水分80%時(shí)，莖干重最大，為0.18 g。

2.4土壤水分對(duì)幼苗葉生長(zhǎng)的影響

由表4可知，幼苗單株葉片數(shù)，以土壤水分80%處理最多，為16片，顯著高于另外3個(gè)處理，另外3個(gè)處理的單株葉片數(shù)均為11片，無(wú)顯著差異；葉鮮重在土壤水分80%時(shí)最大，為1.23 g，顯著高于土壤水分為50%和65%幼苗葉鮮重；分葉干重各土壤水分間均無(wú)顯著差異；葉綠素含量隨水分的增大而增大，在土壤水分35%處理下最小，相對(duì)值為38.73，在土壤水分80%處理的含量最高，為46.50，顯著高于其他3個(gè)處理；葉面積在不同土壤水分條件下不同（18.07～23.41 cm2）但不存在顯著性差異；比葉面積在土壤水分35%時(shí)最大，為44.55，顯著高于另外3個(gè)土壤水分處理，且另外3個(gè)土壤水分處理之間無(wú)顯著差異；葉片厚度在80%土壤水分處理下最大，為0.14 mm，顯著大于與土壤水分65%處理的0.12 mm，與土壤水分35%、50%處理（均為0.13 mm）無(wú)顯著差異。

2.5幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)間及其與土壤水分的相關(guān)性

由圖1可知，幼苗的生長(zhǎng)不僅受土壤水分的影響，各器官之間也存在相關(guān)性。土壤水分與新疆野蘋(píng)果幼苗的主根長(zhǎng)、莖粗和單株葉片數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與莖干重呈顯著正相關(guān)，與根冠比呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他性狀不存在顯著相關(guān)關(guān)系。主根長(zhǎng)與莖粗呈極顯著正相關(guān)。株高與莖干重、葉干重、單株葉片數(shù)、葉面積、葉周長(zhǎng)和葉片厚度呈極顯著正相關(guān)。葉面積與株高、根干重、莖干重、葉干重和單株葉片數(shù)呈極顯著正相關(guān)。根冠比與根干重則呈顯著負(fù)相關(guān)。

3" 小結(jié)與討論

土壤水分是影響植物種子萌發(fā)的主導(dǎo)因子［15］。本研究發(fā)現(xiàn)，新疆野蘋(píng)果種子萌發(fā)率與幼苗存活率隨土壤水分的增加是先增大后減小，在20%和35%的水分條件下，萌發(fā)率極低，僅為0.67%和4%，且萌發(fā)后，因干旱脅迫，無(wú)法正常生長(zhǎng)，直至死亡。當(dāng)土壤水分增加至50%和80%時(shí)，萌發(fā)率分別為42.67%和25%，顯著低于65%的土壤水分的種子萌發(fā)率，表明較低和過(guò)高的土壤水分，顯著抑制種子萌發(fā)。在新疆野蘋(píng)果的實(shí)生苗培育和自然繁殖過(guò)程中的立地條件選擇過(guò)程中，土壤水分在65%左右，是較為理想的立地條件。

土壤水分含量是影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育的主要因素之一，水分過(guò)高或過(guò)低均會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)。本研究中，當(dāng)土壤水分為80%時(shí)，幼苗的主根長(zhǎng)、基莖、單株葉片數(shù)和根莖葉生物量都顯著高于其他水分處理。表明當(dāng)土壤水分含量充足且適宜植物需要時(shí)，有利于幼苗生長(zhǎng)發(fā)育和積累有機(jī)物［16，17］。這與新疆野蘋(píng)果在相對(duì)土壤水分為78%條件下具有良好的適應(yīng)性的研究結(jié)果基本相似［18］。新疆野蘋(píng)果幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)間及其與土壤水分的相關(guān)性表明，野蘋(píng)果幼苗各器官的生長(zhǎng)不僅受土壤水分的影響，各器官之間也存在一定的協(xié)同作用。比如，新疆野蘋(píng)果對(duì)不同土壤水分脅迫具有一定的適應(yīng)性，能夠通過(guò)根冠比及生物量的分配以適應(yīng)一定的脅迫范圍。

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