保水劑對4種典型荒漠植物種子萌發的影響

馬 靜， 單立山， 王洋， 李星辰， 李 毅

(甘肅農業大學 林學院, 甘肅 蘭州 730070)

種子包衣是以種子為載體，利用物理型、化學型和生物型種衣劑對種子進行處理，使得種子表面形成一個保護屏障，在病蟲害防治和作物生長調控方面具有顯著作用，為種子的生長創造了良好的環境條件。種子丸?；w播是荒漠地區植被恢復與建設的重要手段[1]，對種子進行丸化包衣，能夠提高種子的重量、防止隨風漂移和增加埋藏深度。目前，飛播治沙造林技術存在一個亟需解決的問題，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]。當種子撒播在干旱地區時，在有限的土壤水分供應下，保水劑作為水分供應的另一源泉，能夠為種子萌發提供充足的水分，從而提高種子發芽率和成活率，對荒漠地區育林育草具有重大意義?；哪貐^常年干旱少雨，風沙大，植被覆蓋度低，自然環境惡劣，各種因素限制著種子萌發，在這眾多的影響因素中，水分是影響種子萌發的最主要因素[4]。我國干旱和半干旱地區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，是國內外飛播治沙造林關注和研究的熱點問題。保水劑是一種具有超強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百倍甚至上千倍，它的運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，促進植物根系生長，從而改善種子生長環境，提高種子萌發能力，增加植物成活率[6-8]。在干旱地區，水分是限制植物生長和分布的主要因素，運用保水劑能夠提高土壤含水量，在植物生長的關鍵時期為其供應水分。李興等[9]研究了保水劑對梭梭(Haloxylonammodendron)和白梭梭(Haloxylonpersicum)種子萌發及幼苗根系生長狀況的影響，結果表明適宜濃度的保水劑對梭梭和白梭梭種子的萌發及幼苗根系的生長有促進作用。李瑩等[10]對沙棘(Hippophaerhamnoides)種子的研究以及李加國等[11]對檸條(Caraganakorshinskii)種子的研究均表明，適量的保水劑可以促進種子的萌發及幼苗的生長。楊永輝等[12]通過保水劑用量對小麥不同生育期根系生理特性的影響研究發現，施用保水劑降低了冬小麥根系質膜透性和可溶性糖含量，提高了根系活力。目前對保水劑應用的研究主要以農業種子以及半干旱地區植物為主，對干旱地區典型荒漠植物等的研究相對較少。因此，開展典型荒漠植物種子最適保水劑濃度篩選研究，對荒漠地區植被恢復和環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、分布廣、面積大、集沙能力強等特點[13]，在我國西北干旱半干旱地區廣泛分布，對該地區的生態保護具有重要作用?；哪参锏牡湫吞攸c具有在干旱季節休眠的特性，雨季來臨時，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、花棒種子為研究對象，測定不同保水劑用量下4種典型荒漠植物的發芽率、發芽勢和發芽指數，試圖確定其最佳用量，為科學的防治荒漠化及荒漠區人工植被恢復提供理論指導和科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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系統國家野外科學觀測研究站，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，呈現出各類沙丘和沙質草甸交錯分布的地貌格局，屬于典型溫帶干旱荒漠性氣候區，年均氣溫7.8 ℃，年均降水量小于120 mm，蒸發量卻大于2 600 mm，降水稀少、蒸發量大、生態環境極其脆弱。

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系統國家野外科學觀測研究站，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。然后將種子帶回進行初步除雜，得到可試驗的種子。最后將種子低溫貯藏。

1.1.3 試驗種子品質 采用保水劑處理前，測定種子品質，結果詳見表1。

表1 試驗種源和品質

1.2 研究方法

1.2.1 保水劑濃度設置 種子準確稱重后，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，每個處理3個重復，加入少量的水使保水劑均勻吸脹，充分攪合均勻，使保水劑能完全黏附在種子表面，室溫下放置過夜，蒸發種子表面多余水分。對照采用空白處理。

1.2.2 發芽測定 按照國家標準“林木種子檢驗規程”(GB2722-1999)進行發芽試驗，每處理3個重復，每重復50粒種子，恒溫培養箱25 ℃培養，發芽箱內光照強度1 200 lx，每天光照8 h，黑暗16 h，從置床之日第2天起每天統計發芽個數，直至發芽結束。計算發芽率、發芽勢、平均發芽速率和發芽指數。

發芽勢是指發芽試驗的初期，規定的日期內正常發芽種子占供試種子數的百分率，即發芽勢；發芽勢的大小表明發芽速率的快慢，也表明種子活力的強弱。

發芽指數是種子的活力指標，是指在發芽試驗期間，每天統計發芽粒數，然后計算出發芽指數。

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

1.3 數據處理與分析

基本數據分析和繪圖采用Excel軟件，采用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，顯著性檢驗采用LSD法，用一般線性模型對保水劑用量和物種的交互效應進行雙因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同保水劑用量對4種種子發芽率的影響

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

表2 保水劑用量和處理種源對包衣種子各萌發特征指標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4種種子發芽勢的影響

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

2.3 不同保水劑用量對4種種子平均發芽速率的影響

雙因素方差分析(表2)發現，保水劑用量、物種、保水劑用量與包衣物種的交互作用對種子平均發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檸條、泡果白刺和紅砂種子平均發芽速率影響顯著(p<0.05)。檸條種子ck和1%處理的平均發芽速率差異不顯著，而當保水劑用量為種子重量的1%時，檸條種子平均發芽速率的標準差明顯小于CK處理的標準差；花棒、泡果白刺和紅砂隨著保水劑用量的增加其平均發芽速率呈現先增加后降低的趨勢，當保水劑用量為種子重量的4%時平均發芽速率最高，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、紅砂種子平均發芽速率

2.4 不同保水劑用量對4種種子發芽指數的影響

雙因素方差分析(表2)發現，保水劑用量、物種、保水劑用量與包衣物種的交互作用對種子發芽指數影響均極顯著(p<0.01)。由圖4可知，不同量保水劑處理對檸條、泡果白刺和紅砂種子發芽指數影響顯著(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芽指數均呈現先增加后減小的趨勢。當保水劑用量為1%時，檸條種子發芽指數最大，為12.72；當保水劑用量為4%時，泡果白刺和紅砂的發芽指數最大，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、紅砂種子發芽指數

3 討論與結論

在西北荒漠區，土壤含水量是影響植被成活和生長的重要因素之一，這不僅與該地區少的降水量有關，而且也與該地區降水間隔有關，降水間隔太長，蒸發量大，水分保持率低，導致土壤含水量降低。而保水劑可在種子周圍的土壤中形成一個“微型水庫”[14]，它可以吸持自身重量數百倍的水分[15]，然后釋放水分供種子萌發和植物生長，以改變土壤水分對植物種子萌發與幼苗生長的限制[16-17]。大量研究表明，使用保水劑可減少土壤水分養分流失[18]、增強土壤保水性[19]、改善土壤結構[20]、提高植物出苗率和抗旱性[21-22]、促進植物地上部分和根系的發育[23-24]。本研究發現，一定量的保水劑，可以提高檸條種子萌發的整齊度和種子活力，這與李加國等[11]的研究結果相似，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芽率、發芽勢、平均發芽速率和發芽指數均隨保水劑用量的增加呈現先增加后降低趨勢，在保水劑用量為4%時達最大值。這說明一定量的保水劑對種子發芽率、發芽速度、發芽整齊度和提高種子活力均有促進作用，這與李瑩等[10]研究結果相似，這可能是因為保水劑改變了種子周邊環境水分，從而影響種子內部激素含量所致。楊新樂等[27]對沙打旺(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%，這與本研究結果不同，這可能是因為不同物種對保水劑的適應不同所致。當保水劑用量為4%時，本試驗中所測各項指標均達到最大值，之后，隨著保水劑用量增加，各項指標呈現下降趨勢，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，改良種子萌發環境，從而促進種子萌發。隨著保水劑用量的增加，不同物種的萌發指數均降低，這可能是由于增加的保水劑會影響種子的呼吸作用，從而影響其萌發和生長。

種子包衣作為一種新型的種子處理技術，因其操作簡單，生態經濟效益高，應用也越來越廣泛。適量的保水劑對種子的萌發和幼苗的生長具有促進作用；花棒、泡果白刺和紅砂的種子發芽率、發芽勢、平均發芽速率和發芽指數均隨保水劑用量的增加呈現先增加后降低趨勢，在保水劑用量為4%時，達最大值；一定量的保水劑，可以提高檸條種子萌發的整齊度和種子活力。