不同浸種方法對北京工程邊坡噴播常用灌木種子發(fā)芽的影響

劉寒曉,朱立娟,史常青,張森,趙廷寧?,鄭洋洋

(1.北京林業(yè)大學水土保持學院,100083,北京;2.北京市首發(fā)天人生態(tài)景觀有限公司,102600,北京)

不同浸種方法對北京工程邊坡噴播常用灌木種子發(fā)芽的影響

劉寒曉1,朱立娟2,史常青1,張森2,趙廷寧1?,鄭洋洋2

(1.北京林業(yè)大學水土保持學院,100083,北京;2.北京市首發(fā)天人生態(tài)景觀有限公司,102600,北京)

為促進北京工程邊坡噴播常用的灌木種子發(fā)芽,提高灌木種子相對草本的競爭力,嘗試采用植物生長促進劑浸種、熱水浸種等生產(chǎn)上常用的浸種方法,確定最佳浸種時長、最佳熱水浸種初始溫度及最優(yōu)植物生長促進劑種類和濃度等,促進灌木種子發(fā)芽成活。結果表明:1)在植物生長促進劑浸種的情況下,最佳浸種時長為12 h;2)對3種灌木種子發(fā)芽均有促進作用的低濃度促進劑為赤霉素100 mg/L和萘乙酸10-8mg/L,發(fā)芽勢綜合約在30%;3)適宜紫穗槐、胡枝子發(fā)芽的熱水浸種初始溫度,分別在60～70和60～80℃,熱水浸泡對荊條發(fā)芽有抑制作用。綜合3個試驗,發(fā)現(xiàn)針對具有硬實性質的種子,可先用初始溫度為60～70℃的熱水浸種2 h,后用赤霉素100 mg/L或萘乙酸10-8mg/L溶液浸種10 h的方法,促進灌木種子發(fā)芽;對非硬實性質的種子,直接用赤霉素100 mg/L或萘乙酸10-8mg/L溶液浸種12 h。綜合試驗結果可用于生產(chǎn),具有一定的創(chuàng)新性和可行性。

灌木發(fā)芽;浸種;噴播;高陡邊坡;北京

北京高速公路邊坡綠化常用方法為噴播綠化,噴播用種為灌草種子組合,兩者結合其防治水土流失效果較好[1];但噴播后,由于環(huán)境因素限制,草本萌發(fā)勢頭較灌木大,出現(xiàn)灌木競爭力不足,導致發(fā)芽率、成活率較低的問題[25],而促進灌木種子發(fā)芽是解決問題的一個有力途徑。目前,解除種子休眠,促進萌發(fā)的方法有物理法、化學試劑法、生物方法、綜合法等。其中,物理方法包括溫度處理、機械處理、低溫層積、干藏和干熱處理等,化學處理包括激素處理、無機化學藥劑處理和有機化學藥劑處理[67]。

溫度處理即用初始溫度不同的熱水浸泡種子,找出最佳的浸種溫度。高溫熱水浸種目的在于融化種子外層的蠟質,使種殼通透性增強,打破種子硬實,人為破壞種子生理休眠,促進其萌發(fā)[810]。采用一定始溫的熱水浸種,在生產(chǎn)上較易實行,且成本低,打破休眠和硬實的效果較好。例如:C.C.Hsu等[11]發(fā)現(xiàn),熱水浸泡(40℃浸泡4 h),提高了苦瓜種子的平均出苗率和出苗時間;H.P.Msanga等[12]發(fā)現(xiàn),合歡種子在75℃熱水浸泡后,浸沒在過氧化氫溶液中獲得了最高的發(fā)芽率(33.5%)。藥劑處理即用植物生長調節(jié)劑浸種,找出最佳的調節(jié)劑種類和濃度,調整種子內源激素水平來促進萌發(fā)[13]。植物生長調節(jié)劑容易購買,且易配置,價格較低,無毒害,在生產(chǎn)上較實用[14]。浸種還要考慮時長問題,浸種時長不同,對種皮軟化作用、細胞通透性的影響不一。浸種時長不足,起不到軟化種皮或使種子吸脹萌發(fā)的作用;浸種時長太長,會使種子細胞脹破,失去活性[1516]:因此,確定最佳的浸種時長,才能使浸種起到應有的效益。

由于噴播中種子用量大,考慮生產(chǎn)上的實際操作等問題,筆者選用溫度處理和藥劑(植物生長促進劑)處理結合浸種的方法,促進灌木種子萌發(fā)。研究結果可為北京工程邊坡噴播的灌木種子處理提供參考,以期提高灌木自身競爭力。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用由北京市首發(fā)天人生態(tài)景觀有限公司提供的灌木種子:紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)、胡枝子(Lespedeza bicolor)和荊條(Vitex negundo var.heterophylla)。赤霉素、萘乙酸由國藥化學試劑北京有限公司提供。

1.2 試驗方法

于2015年7—8月,在北京林業(yè)大學水土保持工程重點實驗室,應用恒溫恒濕培養(yǎng)箱進行種子發(fā)芽試驗。熱水初始溫度范圍為50～100℃[1518],調節(jié)劑為赤霉素和萘乙酸[1920],浸種時長以4 h為梯度,設置范圍為0～24 h[13,2122]。

1.2.1 浸種時長試驗 選擇較低質量濃度的促進劑—100 mg/L赤霉素,進行確定最佳浸種時長的發(fā)芽試驗。時間梯度設置為0、4、8、12、16、20和24 h。根據(jù)紫穗槐千粒質量,稱取每份150粒左右的種子,分別放于7個100 mL燒杯中,加100 mg/L赤霉素浸沒種子3～5 cm。浸種時間過后,立即用清水沖洗種子3次,將每50粒種子擺放于一個墊有3層濕潤濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中,然后放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱,進行發(fā)芽試驗。培養(yǎng)箱溫度設置25℃,濕度70%,光照12 h(800 lx),黑暗12 h。每24 h統(tǒng)計發(fā)芽數(shù),連續(xù)統(tǒng)計14 d。

1.2.2 植物生長促進劑種類及濃度篩選試驗 選取赤霉素和萘乙酸,對紫穗槐、胡枝子和荊條種子進行浸種發(fā)芽試驗。將赤霉素設置為100、200和300 mg/L 3個較大濃度梯度[17-22],萘乙酸設置10-6、10-8和10-10mg/L 3個梯度,根據(jù)浸種時長的發(fā)芽試驗結果,將促進劑濃度梯度縮小。在最佳濃度附近,以20 mg/L為梯度設置濃度(表1),再次進行發(fā)芽試驗,統(tǒng)計結果。

表1 第2次發(fā)芽試驗植物生長促進劑濃度表Tab.1 Concentration of plant growth accelerators of the second germination test

1.2.3 熱水浸種初始溫度篩選試驗 選擇合適的熱水溫度梯度(表2)[910],進行浸種。將不同溫度的熱水,倒入裝有不同灌木種子的燒杯中,浸沒3～5 cm,等待熱水自然冷卻,選擇最佳浸種時長。浸種過后,進行發(fā)芽試驗。

表2 不同灌木種子對應的熱水初始溫度梯度表Tab.2 Temperatures of hot water for different kinds ofshrub seeds

1.3 指標選擇

發(fā)芽率=發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;發(fā)芽勢=發(fā)芽數(shù)達到高峰時的發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;霉爛率=發(fā)霉、腐爛種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;硬實率(具有硬實特性的種子)=未發(fā)芽也未腐爛的種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;未發(fā)芽種子率(不具有硬實特性的種子)=未發(fā)芽也未腐爛的種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。其中,硬實率和未發(fā)芽種子率都是指浸泡后體積不變,未發(fā)芽也未腐爛的種子數(shù)占總數(shù)的比例。硬實率一般用在具有硬實特性的種子上,種皮因具有柵欄組織,造成吸水障礙,稱為硬實[910]。未發(fā)芽率一般用在不具有硬實特性的種子上,是其他原因使種子達不到發(fā)芽的條件,導致不發(fā)芽的狀態(tài),但種子依舊保有活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將浸種時長試驗的發(fā)芽結果,利用SPSS軟件,進行LSD顯著性檢驗(置信度為95%),繪制發(fā)芽率及發(fā)芽勢均值圖;將植物生長促進劑種類及濃度篩選試驗的發(fā)芽結果,利用SPSS軟件,以清水處理為“控制類別”,進行Dunnett顯著性檢驗(置信度為95%),繪制發(fā)芽勢均值圖;將熱水浸種初始溫度篩選試驗的發(fā)芽結果,根據(jù)發(fā)芽率、發(fā)芽勢、硬實率和霉爛率均制圖,并對發(fā)芽率、發(fā)芽勢結果進行LSD檢驗。

2 結果與分析

2.1 浸種時長試驗

紫穗槐種子用100 mg/L的赤霉素進行浸種時長的發(fā)芽試驗,結果見圖1。發(fā)芽情況隨著浸種時長的增加,呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢。發(fā)芽率在12 h內明顯比12 h后高,且在12 h時達到最高;發(fā)芽勢在12 h后比12 h內高,且也在12 h處達到最高。LSD結果顯示:各處理組沒有差異顯著性,說明各數(shù)組在統(tǒng)計學上差異不顯著,而在實際處理中,均值的差異反映了發(fā)芽率和發(fā)芽勢確實存在高低之分;因此,認為浸種最佳時長為12 h。

圖1 紫穗槐發(fā)芽情況隨浸種時長變化Fig.1 Soaking time diagram of germination indices ofAmorpha fruticosa L.seeds

2.2 植物生長促進劑種類及濃度篩選試驗

由圖2可見,隨著促進劑濃度的增加,發(fā)芽勢大體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,且都存在一個峰值,但不是每個處于峰值處的處理組與清水組都有顯著差異,說明不是每種促進劑都有顯著的效果。均值圖中,處于峰值、且在Dunnett檢驗中與清水處理具有顯著性差異的處理組,其促進劑濃度為最優(yōu)濃度。

由圖2的橫向和縱向對比可知:紫穗槐的最佳處理為萘乙酸10-8mg/L組,發(fā)芽勢為48.0%;胡枝子最佳處理赤霉素160 mg/L組,發(fā)芽勢為18.0%;荊條最佳處理為萘乙酸10-6mg/L組,發(fā)芽勢為25.3%。在較低濃度范圍內,100 mg/L赤霉素處理和10-8mg/L萘乙酸處理下,3種灌木種子發(fā)芽勢總和均最高,分別為31.9%和33.3%;因此,較好的通用濃度為赤霉素100 mg/L和萘乙酸10-8mg/L。

2.3 熱水浸種初始溫度篩選試驗

由圖3及表3可見:隨溫度的增加,紫穗槐種子發(fā)芽率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,在60～70℃達到最高,為57%;發(fā)芽勢與發(fā)芽率趨勢相同。霉爛率先降低后增高,在60～70℃達到最低,約在42%～43%;硬實率分別在熱水和常溫浸泡下相比,約降低了3%。LSD差異顯著性結果顯示:60～80℃熱水浸種發(fā)芽勢結果與對照相比有顯著差異,發(fā)芽率無顯著差異。綜合均值與差異顯著性結果得出,60～70℃為浸泡紫穗槐的最適水溫。

圖2 不同濃度促進劑處理的3種灌木種子的發(fā)芽勢均值圖及Dunnett檢驗結果Fig.2 Dunnett result of germinability of three kinds of shrub seeds soaked by different concentrations of plant growth accelerator NAA

隨著溫度的增加,胡枝子種子發(fā)芽率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,在60～80℃達到最高,約在77%～81%,發(fā)芽勢與發(fā)芽率趨勢相近。霉爛率隨著溫度逐漸增高,在100℃達到最高,為42%;硬實率在熱水和常溫浸泡下相比降低幅度較大,約為65%。LSD差異顯著性結果顯示:60～100℃熱水浸種發(fā)芽率及發(fā)芽勢結果都與對照相比有顯著差異。綜合均值與差異顯著性結果得出:60～80℃為浸泡胡枝子的最適水溫。荊條種子在熱水浸泡下的發(fā)芽率并沒有增高,反而與常溫水浸泡相比,發(fā)芽率顯著降低;種子在發(fā)芽過程中出現(xiàn)少量的霉爛情況,多表現(xiàn)為未發(fā)芽,除在常溫浸泡下,未發(fā)芽種子比率都較高,平均在90%以上。

綜上所述,紫穗槐和胡枝子在適宜溫度熱水浸泡下發(fā)芽率增高,霉爛率和硬實率降低。適宜紫穗槐發(fā)芽的水溫約在60～70℃,適宜胡枝子發(fā)芽的水溫約在60～80℃。而熱水浸泡對荊條發(fā)芽有抑制作用;因此,荊條不適宜采用此方法催芽,若要促進荊條發(fā)芽,應該考慮延長荊條在常溫水中浸泡的時間,或者用其他方法,如沙藏層積法。

圖3 不同熱水溫度浸泡3種灌木種子的發(fā)芽情況Fig.3 Germination indices of three kinds of shrub seeds soaked in different temperatures of hot water

表3 不同熱水溫度浸泡下紫穗槐、胡枝子發(fā)芽情況的差異顯著性Tab.3 Significance of difference of two kinds of shrub seeds soaked in different temperature of water

3 討論

北京高速公路邊坡噴播綠化中,噴播所用種子為灌草種子的組合。噴播后,常出現(xiàn)灌木種子發(fā)芽率低,導致灌木出苗率低、競爭力弱于草本的問題;因此,考慮使用簡單的浸種方法,促進灌木種子發(fā)芽成活。生產(chǎn)上常用的浸種方法有植物生長促進劑浸種、熱水浸種等,而且為防止種子吸水過多而脹破,還應選擇適宜的浸種時長。

本試驗首先確定了在植物生長促進劑浸泡情況下的最佳浸種時長,然后在最佳浸種時長下,進行熱水浸種和促進劑浸種試驗,選擇合適的熱水初始溫度和最優(yōu)的促進劑濃度。最后,綜合3個試驗結果,得出最佳浸種流程及方法。

以往研究僅僅只關注一點,或用植物生長促進劑促進種子萌發(fā),或用各方法打破種子硬實,或研究浸種時間和種子吸水的規(guī)律,未考慮將多種方法綜合應用;因此,本研究嘗試將常用的2種浸種方法綜合使用,來促進灌木種子發(fā)芽,先進行單一試驗,確定最佳處理方法,后綜合結果得出流程。方法有一定的創(chuàng)新性,在生產(chǎn)上具有可行性,但所做研究未進行野外邊坡噴播試驗;因此,研究結果僅可為邊坡噴播中灌木種子的處理提供參考,在地域上有一定的局限性,還需進一步試驗,以擴大使用范圍。

4 結論

1)在植物生長促進劑浸種的情況下,最佳浸種時長為12 h。

2)促進劑浸種試驗發(fā)現(xiàn),紫穗槐的最佳處理為萘乙酸10-8mg/L組,胡枝子的最佳處理赤霉素160 mg/L組,荊條的最佳處理為萘乙酸10-6mg/L組。對3種灌木種子發(fā)芽均有促進作用的低濃度促進劑為赤霉素100 mg/L或萘乙酸10-8mg/L。

3)熱水浸種試驗發(fā)現(xiàn),適宜紫穗槐發(fā)芽的熱水初始溫度約在60～70℃,適宜胡枝子發(fā)芽的熱水初始溫度約在60～80℃,而熱水浸泡對荊條發(fā)芽有抑制作用。

4)綜合3個試驗發(fā)現(xiàn):針對具有硬實性質的種子(紫穗槐、胡枝子),可先用初始溫度為60～70℃的熱水浸種2 h,待水自然冷卻后,用赤霉素100 mg/ L或萘乙酸10-8mg/L溶液浸種10 h,以促進灌木種子發(fā)芽;對非硬實性質的種子(荊條),直接用赤霉素100 mg/L或萘乙酸10-8mg/L溶液浸種12 h。

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Effects of varied immersing methods on the germination of tree seeds for the engineering slope greening in Beijing

Liu Hanxiao1,Zhu Lijuan2,Shi Changqing1,Zhang Sen2,Zhao Tingning1,Zheng Yangyang2
(1.College of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China; 2.Beijing Shoufa Tianren Ecological Landscape Corporation Limited,102600,Beijing,China)

[Background]The most frequently used seeds in slope spraying in Beijing are the combination of shrub and herbal seeds.The combination of two kinds of seeds has better effect for the conservation of soil and water in Beijing highways'slope.However,the problem of competition between shrub and herbal often appears after spraying seeds and as a matter of fact,the goal to form the shrubbased phytocenosis cannot be achieved.Therefore,promoting shrub seeds'relative competitiveness should be concerned.There are two ways:one way is waking the seeds and promoting their germination and shorten the germinating time;the other way is strengthening the shrub seedlings.[Methods]In order to promote shrub seeds'germination and relative competitiveness with herbal seeds,two immersing methods of using plant growth accelerators and hot water were applied to stimulate germination of shrub seeds.Three experiments were conducted to obtain the optimal soaking time,the optimal initial temperature of hot water and optimal concentration of plant growth accelerators.The first experiment wasto soak shrub seeds for different time periods.The second experiment was to use different initial temperatures of hot water to soak shrub seeds.The third experiment was to soak shrub seeds using different concentrations of plant growth accelerators.At last,combining all the results and a final method was summarized.[Results]1)The optimal soaking time was 12 h in the case of immersing in plant growth accelerators.2)The optimal concentration for Amorpha fruticosa L.was NAA-10-8mg/L.The optimal concentration for Lespedeza bicolor was gibberellin-160 mg/L.The optimal concentration for Vitex negundo var.heterophylla was NAA-10-6mg/L.The optimal concentration of plant growth accelerator was gibberellin-100 mg/L or NAA-10-8mg/L,which had promoting effect to all three kinds of shrub seeds.The average germination potential was about 30%.3)The suitable initial temperature of hot water for Amorpha fruticosa L.was 60-70℃and 60-80℃for Lespedeza bicolor.And hot water had inhibiting effect to Vitex negundo var.heterophylla,thus other soaking methods for Vitex negundo var. heterophylla could be researched to promote germination,for example,reserving the seeds in sand at low temperature.[Conclusions]The combining result of three experiments showed that seeds with hard nature could be soaked in 60-70℃of hot water for 2 h and then soaked in plant growth accelerators (gibberellin-100 mg/L or NAA-10-8mg/L)for 10 h,which would stimulate the germination of shrub seeds.The seeds without hard nature could be directly soaked in plant growth accelerators(gibberellin-100 mg/L or NAA-10-8mg/L)for 12 h.The combined soaking methods of seeds are innovative and feasible,and could be used in practice.

shrub seeds'germination;immersing method;spraying greening;highway slope;Beijing

S722.1

A

1672-3007(2016)06-0094-07

10.16843/j.sswc.2016.06.012

2016 08 26

2016 09 21

項目名稱:企業(yè)委托科技項目“華北地區(qū)邊坡綠化綜合技術研究”(660405)

劉寒曉(1992—),女,碩士研究生。主要研究方向:水土保持與荒漠化防治、困難立地植被恢復和工程綠化。

?通信作者簡介:趙廷寧(1962—),男,教授,博士生導師。主要研究方向:水土保持環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)修復和工程綠化理論。E-mail:zhtning@bjfu.edu.cn