土壤水分條件及保水劑用量對側(cè)柏、栓皮櫟種子萌發(fā)及幼苗生長的影響*

吳琳杰，張志銘，趙勇，賈長榮，李沖，李倩

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南　鄭州 450002；2.國有濟源市大溝河林場，河南　濟源454650)

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土壤水分條件及保水劑用量對側(cè)柏、栓皮櫟種子萌發(fā)及幼苗生長的影響*

吳琳杰1，張志銘1，趙勇1，賈長榮2，李沖2，李倩2

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南鄭州 450002；2.國有濟源市大溝河林場，河南濟源454650)

摘要：造林種子發(fā)芽率低一直是太行山干旱山區(qū)植被恢復(fù)過程中的一個難題。以該地區(qū)植被恢復(fù)中典型樹種側(cè)柏、栓皮櫟種子為研究對象，通過控制試驗，研究了不同土壤水分條件下不同保水劑包衣用量對側(cè)柏、栓皮櫟種子發(fā)芽率及生長發(fā)育的影響。結(jié)果表明，(1)盆栽用土為褐土，土壤含水率為5 %時，保水劑包衣對側(cè)柏種子發(fā)芽率及生長發(fā)育有顯著的促進作用，并隨用量的增加而增加，以施用保水劑比例1︰3時最佳；土壤含水率為8.5 %時，保水劑用量過高則促進作用不明顯，出芽率隨用量增加而減小，施用保水劑比例1︰1及1︰2時能較好地提高側(cè)柏種子出芽率；土壤濕度過高時，施用保水劑反而會抑制側(cè)柏種子生長發(fā)育。(2)盆栽用土為砂頁巖，土壤含水率為12 %時，保水劑包衣能增加栓皮櫟種子出芽率，施用保水劑比例1︰3時最佳；土壤含水率為20 %時，保水劑包衣會抑制栓皮櫟種子出芽率。

關(guān)鍵詞：保水劑；側(cè)柏；栓皮櫟；發(fā)芽率；生長發(fā)育；包衣處理

由于太行山淺山丘陵地區(qū)土壤干旱、瘠薄以及砂石含量較高，植物生長緩慢，造林成活率一直難于大幅度提高，致使該地區(qū)的植被恢復(fù)進程十分緩慢[1]，太行山地區(qū)造林技術(shù)研究已成為此地區(qū)植被恢復(fù)的重點工程之一。經(jīng)過長時間的研究，側(cè)柏(Platycladusorientalis)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)由于特殊的生理特征和較強的適應(yīng)性，已成為太行山區(qū)重要的造林樹種，在保持水土、維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。因此，研究側(cè)柏及栓皮櫟對不同土壤水分的生理適應(yīng)性，對太行山區(qū)植被恢復(fù)有著重要的實際意義。在干旱半干旱地區(qū)，水分是制約植被恢復(fù)、改善生態(tài)環(huán)境最主要的限制因子。森林植被的恢復(fù)主要是解決苗木的水分供應(yīng),而以調(diào)節(jié)土壤水分和保水能力的相關(guān)保水劑產(chǎn)品被認為是有效提高造林成活率的技術(shù)突破口[2]。保水劑(Super Absorbent Polymer，SAP)是一種高吸水性樹脂，是一種吸水能力特別強的功能高分子材料，人們把它比喻為“微型水庫”，它能迅速吸收自身重量幾十倍甚至數(shù)百倍的水。保水劑還具有反復(fù)吸水功能，吸水后體積驟增呈水凝膠狀態(tài)，并緩慢釋放水分便于植物吸收利用，從而改善土壤理化結(jié)構(gòu)，減少水分的深層滲漏和土壤養(yǎng)分流失，提高水分利用率[3]。有研究表明，在農(nóng)林生產(chǎn)中使用保水劑，能顯著增加土壤蓄水量、種子萌發(fā)率及植物成活率[4~5]。近年來各種類型的保水劑已被廣泛用于造林實踐中,多數(shù)研究是探討保水劑在提高種子發(fā)芽率以及促進種子各種生長指標方面[6~13]，也有少數(shù)成果研究了土壤水分對保水劑施用效果的影響[ 14]。至今，保水劑的合理使用量，即種子的包衣量仍是造林技術(shù)中亟待研究的一個關(guān)鍵問題。本試驗通過研究不同土壤含水量下不同保水劑用量對太行山區(qū)植被恢復(fù)常用樹種的影響，探討各種干旱情況下保水劑的合理施用量，以期降低太行山區(qū)造林成本,并對大面積的植被恢復(fù)具有重要指導(dǎo)意義。

1材料與方法

1.1　試驗材料

抗旱保水劑由法國愛森公司提供的品名為AQVASORB保水劑，型號為3005KM，為不含水分的顆粒物。側(cè)柏、栓皮櫟種子由濟源市大溝河林場實驗室提供。試驗地設(shè)在河南省濟源市大溝河林場。太行山區(qū)土壤多為褐土和砂頁巖，為模擬太行山區(qū)植被所處生存環(huán)境，試驗用土壤側(cè)柏為褐土，栓皮櫟為砂頁巖，肥力中等，可以滿足種子萌芽基本需求。選取飽滿，大小相同的種子放入直徑為25 cm，深度為30 cm的聚乙烯塑料盆。試驗所用儀器為，烘干植株用BPG-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱及測量土壤含水量利用TDR時域反射儀(Time Domain Reflectometry ，TDR)。

1.2　試驗方法

為模擬太行山區(qū)植被所生長的土壤干旱程度，根據(jù)土壤含水率分級標準〔適宜(土壤含水率15 %~20 %)；輕旱(土壤含水率12 %~14 %)；中旱(土壤含水率8 %左右)；重旱(土壤含水率在5 %以下)〕，將側(cè)柏種子的36盆分為3組：土壤含水率為5 %(重度干旱處理)，土壤含水率為8.5 %(中度干旱處理)，土壤含水率為15 %(適宜水分處理)。每個土壤含水率下保水劑用量設(shè)3個處理及1個空白對照，分別是種子質(zhì)量(g)與保水劑質(zhì)量(g)1︰1，種子質(zhì)量(g)與保水劑質(zhì)量(g)1︰2，種子質(zhì)量(g)與保水劑質(zhì)量(g)1︰3，空白對照。每個處理3個重復(fù)。每個處理選取20粒飽滿無蟲害的側(cè)柏種子。由于砂頁巖保水能力極差，栓皮櫟種子的24盆設(shè)2組，即土壤含水率為20 %(適宜水分處理)和土壤含水率為12 %(輕度干旱處理)。每個土壤含水率下保水劑用量處理與側(cè)柏相同。每個處理選取10粒飽滿無病蟲害的種子。測量土壤含水率時利用時域反射儀(TDR)，將探頭直接插入土壤，分3層即土壤深度10 cm、20 cm、30 cm，每層重復(fù)測量3次，取平均值。人工控制每次澆水量，從而獲得不同的土壤水分梯度。為模擬不同程度土壤干旱下種子出芽情況，每天用時域反射儀測量土壤含水率，低于所控水分時，立即補充水分，保持土壤含水量在試驗設(shè)計范圍。

保水劑包衣處理方法 ，每份保水劑分別在燒杯中吸取10 mL蒸餾水，并加入適量凝膠劑，用玻璃棒進行攪拌，攪拌后對側(cè)柏、栓皮櫟種子均勻地進行包衣處理。

播種及發(fā)芽率的測定方法，將經(jīng)過不同保水劑包衣處理后的種子播種到聚乙烯塑料盆中，使土壤保持試驗設(shè)計播種時的含水率(稱取等量的水，用噴水壺均勻噴灑，用TDR時域反射儀多次測定求平均值)。由于不同種子的萌發(fā)機制和所需生態(tài)因子不同，萌芽時間也有所不同。側(cè)柏自種子發(fā)芽后第9天，開始記錄各處理的發(fā)芽勢，第18天統(tǒng)計發(fā)芽率。栓皮櫟自種子發(fā)芽后第20天，開始記錄各處理的發(fā)芽勢，第24天統(tǒng)計發(fā)芽率。

芽高、生物量測定方法，側(cè)柏種子自發(fā)芽到第18天不再發(fā)芽后，開始測量每個處理的芽高。栓皮櫟種子自發(fā)芽到第24天不再發(fā)芽后，開始測量每個處理的芽高。測完后整株拔出洗凈根系擦干測定鮮重，使用電熱鼓風(fēng)干燥箱80℃烘干2小時后測定干重。

采用SPSS 19.0軟件、 Excel 2010進行統(tǒng)計分析,統(tǒng)計方法為單因素方差分析(LSD多重比較)。

2結(jié)果與分析

2.1　保水劑用量和土壤濕度對側(cè)柏種子發(fā)芽率影響

從圖1可知，保水劑比例為1︰1時在各個土壤含水率下差異顯著,在土壤含水率8.5 %時效果最明顯，土壤含水率為5 %時最差。保水劑比例為1︰2，在土壤含水率8.5 % 的情況下播種最好。保水劑比例為1︰3，在土壤含水率5 %時出芽率最高。根據(jù)上述分析說明土壤含水率為5 %時，施用保水劑比例1︰3效果較好；土壤含水率為8.5 %時，施用保水劑比例1︰1及1︰2能較好地提高側(cè)柏種子出芽率。

2.2　保水劑用量和土壤濕度對種子生長發(fā)育的影響

由表1可知，在土壤含水率為5 %時，各處理的側(cè)柏種子出芽率、發(fā)芽勢、幼苗株高、幼苗鮮重、幼苗均高于空白對照，用保水劑包衣的各個處理間的發(fā)芽勢也極其顯著，施用保水劑比例1︰1與空白對照差異不顯著，施用保水劑比例1︰3比對照高76.67 %，說明隨著保水劑包衣量的增加對種子發(fā)芽勢有促進作用。土壤含水率為8.5 %時，各處理的種子出芽率、發(fā)芽勢、幼苗株高、幼苗鮮重、幼苗也有所不同，保水劑比例為1︰1及1︰2時種子發(fā)芽率高達95 %、75 %，但保水劑比例為1︰3時的種子發(fā)芽勢及幼苗株高與空白對照差異性不顯著，說明保水劑包衣用量適中才能達到增強抗旱保苗的效果。土壤含水率為15 %時，各處理的種子出芽率、發(fā)芽勢、幼苗株高、幼苗鮮重、幼苗均低于空白對照，保水劑比例為1︰2時出芽率竟比空白對照低30 %，說明土壤含水率為15 %時，保水劑包衣反而會抑制側(cè)柏種子生長發(fā)育。

由表2可知,土壤含水率為20 %時，各處理的種子出芽率、發(fā)芽勢、幼苗株高、幼苗鮮重、幼苗均低于空白對照，說明土壤含水率為20 %時，保水劑包衣反而會抑制栓皮櫟種子生長發(fā)育。土壤含水率為12 %時，各處理的種子出芽率、發(fā)芽勢均高于空白對照，并且差異顯著，但幼苗株高無差異，幼苗鮮重、干重均值差別不大。說明隨著保水劑包衣量的增加對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢有促進作用，對幼苗株高、幼苗鮮重、幼苗干重?zé)o太大影響。

圖1　不同土壤水分條件、不同保水劑用量對

注：圖中誤差線上標不同字母a、b、c表示同一保水劑

比例在不同土壤含水率下差異的顯著性 (p<0．05)

Fig.1　Impacts of water-retaining agent on germination rate of

注：圖中數(shù)據(jù)后標不同字母a、b、c、d表示不同保水劑比例下差異的顯著性，有相同字母的表示差異不顯著(p<0．05)。表2同。

表2　不同土壤含水率下不同保水劑包衣用量對栓皮櫟種子生長發(fā)育的影響

3結(jié)論與討論

3.1　保水劑包衣對種子生長發(fā)育的影響

在土壤含水率為5 %的褐土和土壤濕度為12 %的砂頁巖中，施用保水劑會顯著提高側(cè)柏、栓皮櫟種子的生長發(fā)育，并隨著包衣用量的增加而增加。在褐土土壤含水率為8.5 %時，施用保水劑可以促進側(cè)柏種子的生長發(fā)育，但用量過高反而效果不明顯，說明保水劑包衣用量適中才能達到增強抗旱保苗的效果。在土壤含水率為15 %的褐土中，各個處理下側(cè)柏種子出芽率、發(fā)芽勢、幼苗株高、幼苗鮮重、幼苗干重均低于空白對照。在土壤含水率為20 %的砂頁巖中，施用保水劑的栓皮櫟種子的出芽率、發(fā)芽勢也均低于空白對照。說明在土壤水分充足時，保水劑包衣反而抑制側(cè)柏、栓皮櫟種子生長發(fā)育。而在干旱情況下保水劑保水能力強，吸水能力也強，其吸水量達到一定時，可以向種子提供足夠萌發(fā)的水分，促進側(cè)柏、栓皮櫟種子生長發(fā)育。在土壤水分充足時，保水劑濃度過高，不僅達不到促進種子萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育的效果，反而會帶來一定的負效應(yīng)。這與國內(nèi)外研究相一致，若保水劑使用合理，既能促進植物根系發(fā)育，又能增強植物的抗早性，延緩凋萎時間[15~16]，由于保水劑的施用會因土壤質(zhì)地不同而有差異，用量過多，不僅不能促使植物生長發(fā)育，反而會抑制種子發(fā)芽，降低出苗率[17~18]。

3.2　保水劑性能的發(fā)揮與土壤濕度的關(guān)系

從側(cè)柏、栓皮櫟的出芽率來看，不同保水劑處理在不同土壤含水率下表現(xiàn)不同。那么根據(jù)該情況，在土壤含水率為5 %的褐土中，施用保水劑1︰3的比例，能更好地促進側(cè)柏種子萌發(fā)；在土壤含水率8.5 %時，施用保水劑1︰1的比例為宜。在土壤含水率為12 %的砂頁巖土壤中，栓皮櫟包衣用量為1︰3時最佳。在適宜水分處理下，保水劑對種子生長發(fā)育作用低于干旱處理。相同保水劑用量，中度干旱下施用保水劑效果最顯著，這與前人的研究結(jié)果相同[14,19]。

3.3　討論

從試驗結(jié)果看，使用保水劑包衣種子能顯著促進種子在干旱缺水條件下的萌芽和生長，提高水分利用率。保水劑保水的實質(zhì)是利用保水劑的吸水作用增加土壤吸水能力，降低土壤中水分的蒸發(fā)，來保存更多的水分，間接促進植物生長[20~21]。不同比例保水劑在土壤中的吸水倍數(shù)不同，保存水分的能力也不同，因而對種子萌發(fā)及幼苗生長產(chǎn)生的效果也不同。李義波[22]在進行保水劑特性及其對植物生長的影響研究時表明保水劑可顯著提高植物出芽率，進而促進植物生長。陳寶玉[23]利用不同類型保水劑處理廊坊楊(Populuslangfangensis)幼苗，結(jié)果表明保水劑處理不僅顯著增加廊坊楊葉面積，而且能提高植物光合作用及植物地上與地下部分的干物質(zhì)積累。與楊曉輝等[2]進行2種保水劑對北京南口風(fēng)沙區(qū)側(cè)柏成活及生長的影響研究結(jié)果類似，保水劑不僅能促進側(cè)柏出苗、成活，而且能促進其干物質(zhì)量的積累。本項目通過保水劑對兩種種子發(fā)芽率和生長發(fā)育的研究發(fā)現(xiàn)，保水劑對種子的抗旱保育效果明顯，但在不同的土壤含水率下，合理使用標準也是制約種子發(fā)育、幼苗生長的關(guān)鍵。造成這種差異的原因一方面與所研究植物本身有關(guān)，不同植物種子萌發(fā)以及不同的生長發(fā)育階段需水量不同，另一方面可能與其生長環(huán)境的異質(zhì)性密切相關(guān)。在干旱缺水的太行山區(qū)，施用保水劑能提高種子發(fā)芽率，在輕度、中度及重度干旱土壤中，側(cè)柏、栓皮櫟種子發(fā)芽率隨著保水劑比例的增加而增加。當然，僅測定側(cè)柏、栓皮櫟種子萌芽時期生長指標及盆栽的結(jié)果也有一定局限性，本試驗針對保水劑在實際植被恢復(fù)中的應(yīng)用效果，探討不同土壤含水率下適宜側(cè)柏、栓皮櫟種子生長的保水劑適用量，為太行山區(qū)植被恢復(fù)提供了一定的理論依據(jù)，但不同土壤含水率下合理的保水劑使用量還有待于進一步的研究。

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[下轉(zhuǎn)第130頁]

Impacts of Soil Moisture and Water-retaining Agent on Germination and

Seeding Growth of Platycladus orientalis and Quercus variabilis

WU Lin-jie1,ZHANG Zhi-ming1,ZHAO Yong1,JIA Chang-rong2,LI Chong2，LI Qian2

(1.College of Foresty,Henan Agricultural University ,Zhengzhou Henan 450002，P.R.China;

2.Dagou-he National Forest Farm，Jiyuan Henan 454650，P.R.China)

Abstract:Low germination rate of seeds for afforestation is problem in vegetation recovery process of arid Taihang Mountain area.TakingPlatycladusorientalisandQuercusvariabilisas research objects based on controlled experiments,the impact of soil conditions and water-retaining agent on the germination rate and seeding growth was studied.The results showed that，(1) When cinnamon soil for pot culture with moisture content 5 %,coating handling for water-retaining agent could significantly facilitate seeds germination and growth ofPlatycladusorientalis,and the facilitation function will increase with increasing amount of water-retaining agent.The best ratio of water-retaining agent is 1︰3.When the soil moisture content was 8.5 %,the facilitation function of the high amount of water-retaining agent was not significant， the budding percentage decreased with the increase of water-retaining agent,and water-retaining agent with 1︰1 and 1︰2 could well facilitate budding percentage ofPlatycladusOrientalis.When the soil moisture was too high,it would inhibit the seeding growth ofPlatycladusoriental. (2) For sand-shale soil of pot culture with moisture content 12 %,coating handling for water-retaining agent could facilitate budding percentage ofQuercusvariabilis,the best ratio of water-retaining agent is 1︰3.When the soil moisture was 20 %,it would inhibit the budding percentage ofQuercusvariabilis.

Key words:Super Absorbent Polymer；Platycladusorientalis；Quercusvariabilis;germination percentage；seedling growth；coating handling

通訊作者簡介：趙勇(1962-)，男，教授，博士，從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)方面研究。E-mail:zhaoyonghnnd@163.com

作者簡介：第一吳琳杰(1991-)，女，碩士研究生，從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)方面研究。E-mail:wulinjie187@163.com

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(31270750)，“十二五”國家科技支撐計劃項目(2011BAD38 B00)。

*收稿日期：2015-09-22

中圖分類號：S 482.99;S 791.38

文獻標識碼：A

文章編號：1672-8246(2016)01-0112-06