楊新樂，王冬梅，汪曉峰

（1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院 水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.北京林業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100083）

沙打旺（Astragalus adsurgens）是我國沙區(qū)飛播進(jìn)行植被恢復(fù)的主要物種之一。然而，由于沙打旺種子小、質(zhì)量輕［1］，存在快速萌發(fā)后易干旱死亡，飛播成活率低等問題。采用種子丸化方法是飛播造林中防止種子漂移等問題的主要方法，其中，在種子丸化中添加保水劑不僅可促進(jìn)種子萌發(fā)，也可促進(jìn)根系快速延伸至濕沙層以應(yīng)對(duì)干旱脅迫［2］。有研究［3－6］表明，保水劑丸化可顯著提高干旱脅迫下植物種子萌發(fā)及幼苗植物水分利用效率。然而，采用丸化形式與保水劑土壤混施情況不同，與混施情況相比，保水劑丸化改變植物種子周圍小空間的土壤水分狀況，對(duì)植物生長基質(zhì)的整體水分影響較小。

文獻(xiàn)［7-8］中報(bào)道丸化中添加保水劑含量（保水劑質(zhì)量／丸化填充物質(zhì)量）一般在0.05%～5%之間或者更高，且一般針對(duì)作物品種，對(duì)于干旱區(qū)沙打旺等小粒種子的丸化保水劑適宜含量方面卻鮮有研究。本研究以沙打旺為研究對(duì)象，在模擬干旱條件下，測(cè)定不同保水劑含量丸化時(shí)種子萌發(fā)與幼苗生長及存活狀況，探究丸化種子添加保水劑適宜量，為改善沙區(qū)小粒種子飛播后抗旱成苗提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 丸化種子的選擇

沙打旺系豆科黃茂屬多年生草本植物，根系發(fā)達(dá)，水分有效利用系數(shù)大［9］。本試驗(yàn)丸化采用的沙打旺種子由內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市林業(yè)治沙研究所提供，千粒重1.444g，初始發(fā)芽率90%。

1.2 丸化添加材料

試驗(yàn)丸化采用旱可舒保水劑（北京桑松生態(tài)科技有限公司），成分為丙烯酰胺及丙烯酸甲共聚物，白色，干燥時(shí)顆粒80目，去離子水的吸水倍率為1∶500。本試驗(yàn)采用的其他丸化添加材料為200目凹凸棒黏土，微黃，比表面積＞350m2／g，pH＝8.5。

1.3 丸化制備過程及檢驗(yàn)

丸化過程主要包括：（1）按保水劑質(zhì)量／（保水劑質(zhì)量＋凹凸棒黏土質(zhì)量）比例為1%，3%，5%，7%，9%精確稱量丸化材料；（2）將800粒沙打旺種子及10g丸化添加材料（保水劑質(zhì)量、凹凸棒黏土質(zhì)量）放入三角瓶中，封口，固定于搖床內(nèi)，150r／min，震蕩10min；（3）將混勻后材料倒入培養(yǎng)皿，向培養(yǎng)皿中緩慢加入自來水，并不斷攪拌，形成干泥狀；（4）將培養(yǎng)皿中干泥狀材料倒入玻璃板上固定尺寸（10cm×10cm）的模具中，用玻璃板壓成餅狀，再用刀片切成1cm×1cm的小塊，將切成的小塊放入塑料盆（直徑30cm，深20cm）中，不斷轉(zhuǎn)動(dòng)塑料盆，直至成丸，成丸后用風(fēng)扇快速風(fēng)干。

將丸粒種子浸水崩解后過100目篩，挑出沙打旺種子，將濾得保水劑烘干，稱量，計(jì)算丸粒內(nèi)保水劑含量，從而確定保水劑與黏土混合比例。隨機(jī)抽取每種處理30丸進(jìn)行測(cè)定，最終丸化種子規(guī)格為：平均質(zhì)量（風(fēng)干后）0.10±0.02g／粒，崩解時(shí)間（35±10）s，單粒抗壓強(qiáng)度≥500g，丸化倍率1∶13，丸粒含種子數(shù)（7±3）個(gè)／粒。試驗(yàn)所成丸粒種子符合飛播要求［10］。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 萌發(fā)及幼苗生長試驗(yàn) 按照保水劑在丸化添加劑中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置5個(gè)處理，保水劑含量分別為1%，3%，5%，7%，9%，裸種為對(duì)照（CK）。分別將5個(gè)處理與對(duì)照各30粒播種于花盆（頂部?jī)?nèi)徑15 cm，底部?jī)?nèi)徑12cm，高15cm）中，覆土0.5cm，每個(gè)處理3盆。

1.4.2 抗旱試驗(yàn) 另設(shè)抗旱試驗(yàn)，處理與萌發(fā)及生長試驗(yàn)相同，裸種為對(duì)照（CK）。每盆播種保水劑丸化顆粒20粒，對(duì)照每盆播種沙打旺裸種20粒，播種后供水充足，2周后待沙打旺幼苗萌發(fā)數(shù)量不變，間苗，每盆保留幼苗10棵，每個(gè)處理4盆。

1.5 盆栽試驗(yàn)試驗(yàn)管理?xiàng)l件及指標(biāo)測(cè)定

1.5.1 萌發(fā)及幼苗生長試驗(yàn) 盆栽試驗(yàn)在北京林業(yè)大學(xué)溫室中進(jìn)行。盆栽基質(zhì)為沙土，過1mm篩，使用前烘干（140℃，48h），土壤飽和含水量為（21.99±1.82）%，田間持水量為（10.12±1.10）%，穩(wěn)定滲透速率為（2.21±0.22）mm／min，沙土飽和含水量與毛烏素沙丘飽和含水量接近［11］，田間持水量略低，穩(wěn)定滲透速率略高［12］，干旱條件為土壤質(zhì)量含水量的2%～5%，這與毛烏素沙地5—9月份，0—40cm土壤平均水分含量基本一致［13－14］。

試驗(yàn)每盆裝干沙2kg，播種后覆沙320g，每次澆水前后進(jìn)行稱重，以便控制盆中土壤水分含量。播種后澆水致盆中沙土含水量達(dá)5%，每隔4h稱重，待土壤水分含量達(dá)到2%時(shí)，再次澆水至土壤含水量的5%，使沙打旺萌發(fā)時(shí)土壤水分含量始終在2%～5%波動(dòng)。播種后每隔24h記錄盆中的發(fā)芽數(shù)量直至每盆中發(fā)芽數(shù)量穩(wěn)定，萌發(fā)速率用每日累計(jì)發(fā)芽數(shù)／穩(wěn)定發(fā)芽數(shù)表示，其中，穩(wěn)定發(fā)芽數(shù)是指播種2周后，不再變化的幼苗數(shù)量。播種8周后，傾斜花盆，輕微抖動(dòng)，沙土大部分倒出，挑出幼苗，自來水反復(fù)沖洗，注意幼苗根系完整，24h內(nèi)測(cè)定幼苗單株根長和根表面積。1.5.2 抗旱試驗(yàn) 試驗(yàn)所用土壤基質(zhì)與萌發(fā)及生長試驗(yàn)相同，播種后澆水，使土壤水分含量在17.5%～19.5%（飽和含水量80%～90%）波動(dòng)，2周后待沙打旺幼苗萌發(fā)數(shù)量不變時(shí)間苗，每盆保留幼苗10棵，澆水至土壤飽和含水量，此后不再澆水，之后每日17：00記錄枯黃及萎蔫幼苗數(shù)量，并拍照保存。

沙打旺植株任意葉片出現(xiàn)變黃時(shí)即判定為幼苗枯黃，沙打旺植株所有葉片出現(xiàn)卷曲時(shí)即判定為幼苗萎蔫，枯黃速率以每天累計(jì)枯黃數(shù)量／總留苗數(shù)量表示，萎蔫速率以每天累計(jì)萎蔫數(shù)量／總留苗數(shù)量表示。停止供水后的14d隨機(jī)取葉片樣本進(jìn)行脯氨酸及可溶性糖含量的測(cè)定，間苗第22d，所有處理沙打旺幼苗葉片全部卷曲，間苗第24d灌水充足，24～29d內(nèi)萎蔫幼苗無復(fù)綠情況，此時(shí)收獲，進(jìn)行幼苗單株根長、根表面積指標(biāo)測(cè)定。

根長、根表面積的測(cè)定采用根系掃描分析系統(tǒng)（WinRHIZO）；脯氨酸測(cè)定采用磺基水楊酸比色法，可溶性糖測(cè)定采用蒽酮比色法［15］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPPS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 萌發(fā)及幼苗生長試驗(yàn)

沙打旺種子萌發(fā)速率用每日累計(jì)發(fā)芽數(shù)／穩(wěn)定發(fā)芽數(shù)表示。對(duì)播種后8，10，12d的發(fā)芽情況進(jìn)行方差分析表明（表1），在萌發(fā)前期（8～10d），7%處理發(fā)芽速率較其他處理差異顯著，添加保水劑含量在1%時(shí)，初期發(fā)芽較裸種慢，可能是因?yàn)橥杌瘡?qiáng)度限制了保水劑作用的發(fā)揮。播種后第10d，添加保水劑含量為7%，9%時(shí)，種子萌發(fā)速率分別較對(duì)照快70%和63.19%，且和其他處理有顯著差異；試驗(yàn)添加保水劑含量在1%～7%范圍時(shí)發(fā)芽速率逐漸提高，9%的保水劑含量較7%時(shí)發(fā)芽速率低，這是由于溫室內(nèi)蒸發(fā)量較大時(shí)，適量地添加保水劑可以保持種子周圍更多的水分，可以促進(jìn)丸化顆粒內(nèi)部種子的萌發(fā)［16］；在發(fā)芽后期（12d），種子發(fā)芽數(shù)受保水劑含量影響不顯著。

干旱條件下，根系會(huì)改變自身形態(tài)結(jié)構(gòu)和構(gòu)型，幼苗根長、根表面積等根系特征因而受到影響［17］，由此，幼苗根長、根表面積可作為衡量幼苗生長的指標(biāo)。幼苗單株根長、根表面積分析結(jié)果（表2）表明，保水劑含量為7%處理幼苗根長較其他處理有顯著差別，較對(duì)照提高19.36%，其他處理較裸種無顯著差別，保水劑含量在3%～9%時(shí)根長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，保水劑的使用量存在著拐點(diǎn)［18］，并非越高越好；根表面積數(shù)據(jù)顯示，保水劑含量在7%時(shí)根表面積最大，較裸種提高45.26%，裸種根表面積和其他保水劑濃度相比并無差別，對(duì)根長、根表面積進(jìn)行相關(guān)性分析，兩者相關(guān)系數(shù)及其雙側(cè)檢驗(yàn)的概率分別為0.855和0.000，二者顯著正相關(guān)，說明幼苗根長、根表面積在處理間規(guī)律基本一致。

對(duì)第8和第10天的發(fā)芽速率和收獲時(shí)根長進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)沙打旺幼苗根長與萌發(fā)前期（第8天）發(fā)芽速率顯著相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.174 5，雙側(cè)檢驗(yàn)的概率為0.007），與萌發(fā)后期（第10天）發(fā)芽速率不顯著相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.137，雙側(cè)檢驗(yàn)的概率為0.036），從發(fā)芽、水分管理?xiàng)l件等綜合考慮，保水劑處理種子促使種子萌發(fā)速率大，幼苗根長、根表面積較大，可以吸收更多的水分，有利于幼苗生長。

表1 丸化保水劑含量對(duì)沙打旺種子萌發(fā)速率的影響

表2 丸化保水劑含量對(duì)沙打旺幼苗根長、根表面積的影響

2.2 抗旱試驗(yàn)

2.2.1 沙打旺幼苗枯黃—萎蔫的過程 沙打旺幼苗在干旱脅迫過程中出現(xiàn)明顯的反應(yīng)，正常幼苗頂葉和靠近根部?jī)尚∪~綠色飽滿，所有處理及對(duì)照在停止供水9～17d內(nèi)，靠近根部的兩個(gè)小葉首先出現(xiàn)枯黃的癥狀，頂部小葉顏色變淺，停止供水15～22d，底部?jī)尚∪~及頂部小葉卷曲萎蔫，沙打旺幼苗逐步死亡。

2.2.2 保水劑對(duì)沙打旺幼苗枯黃、萎蔫速率及根長的影響 沙打旺枯黃速率以每天累計(jì)枯黃數(shù)量／總留苗數(shù)量表示，萎蔫速率以每天累計(jì)萎蔫數(shù)量／總留苗數(shù)量表示。圖1所示，在抗旱試驗(yàn)前期（間苗后9～13d），丸化保水劑含量越高，枯黃速率越慢，間苗后13d，5%，7%處理較對(duì)照幼苗枯黃數(shù)量分別減少了15.58%和22.07%；隨著旱情加重，保水劑含量對(duì)幼苗枯黃速率影響逐漸減弱（斜率逐漸降低），在間苗后17～19d，所有處理幼苗大部分萎蔫（圖2），原因是抗旱試驗(yàn)后期，土壤水分含量極低，持續(xù)干旱情況對(duì)植物產(chǎn)生永久性的損傷［19］。對(duì)萎蔫后收獲的幼苗根長、根表面積進(jìn)行單因素方差分析（表3）發(fā)現(xiàn)，萎蔫幼苗根長、根表面積隨著丸化保水劑含量增加而提高，5%，7%和9%處理較對(duì)照幼苗根長增加11.90%，27.53%和53.81%，根表面積增加24.68%，11.03%和59.79%。

圖1 沙打旺幼苗枯黃速率變化

圖2 沙打旺幼苗萎蔫速率變化

表3 丸化保水劑含量對(duì)沙打旺萎蔫時(shí)根長、根表面積影響

2.2.3 保水劑對(duì)沙打旺幼苗葉片脯氨酸及可溶性糖含量的影響 在干旱環(huán)境下，植物為維持體內(nèi)水分含量，會(huì)在胞內(nèi)主動(dòng)積累一些溶質(zhì)。由于胞內(nèi)溶質(zhì)增多，滲透勢(shì)下降，細(xì)胞就可從外界吸水，調(diào)節(jié)胞內(nèi)膨壓，從而維持胞內(nèi)的正常生理活動(dòng)［20－21］。因此，植物體內(nèi)可溶性糖及脯氨酸含量可作為保水劑包衣處理后抗旱試驗(yàn)生理指標(biāo)。如圖3所示，沙打旺幼苗葉片脯氨酸含量隨保水劑濃度增加逐漸減小，多重比較（S-N-K）顯示，保水劑含量在1%～5%時(shí)脯氨酸水平與對(duì)照無顯著差異，7%和9%處理差異顯著，與對(duì)照相比，幼苗葉片脯氨酸含量分別降低了13.1%，13.6%。沙打旺幼苗葉片可溶性糖含量隨保水劑濃度增加逐漸減小，與葉片脯氨酸含量變化趨勢(shì)一致，CK，1%與3%處理差異顯著，5%，7%，9%與1%，3%處理差異顯著，5%，7%，9%處理較對(duì)照幼苗葉片可溶性糖含量分別降低了20.33%，22.85%，19.08%。幼苗葉片中脯氨酸和可溶性糖含量的測(cè)定證明丸化添加保水劑減少沙打旺幼苗在干旱條件下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，有助于延長幼苗承受干旱脅迫的時(shí)間。

圖3 丸化保水劑含量對(duì)沙打旺幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

3 結(jié)果討論

（1）種子萌發(fā)期及幼苗生長階段周圍土壤水勢(shì)是種子及幼苗根系吸水的決定因素，保水劑丸化可以改變植物種子周圍小空間的土壤水分狀況，其含量多少?zèng)Q定了在相同水分含量時(shí)土壤水勢(shì)的高低。萌發(fā)及生長試驗(yàn)顯示，丸化保水劑含量低（1%，3%）對(duì)種子及幼苗周圍土壤水勢(shì)改變效果不明顯，萌發(fā)及幼苗根系與裸種無顯著差別，丸化保水劑含量過高（9%），種子萌發(fā)速率及幼苗根系有所下降，這種拐點(diǎn)的出現(xiàn)可能是在土壤水分含量過低，保水劑不能保持足夠的水分，此時(shí)可能出現(xiàn)保水劑與種子或幼苗根系爭(zhēng)水的現(xiàn)象［22］，因此丸化添加保水劑含量有一定的范圍，這與土壤水分條件及植物不同階段吸水能力有關(guān)。

（2）根據(jù)試驗(yàn)研究，干旱條件下，種子初期的萌發(fā)速率會(huì)影響幼苗的生長，種子初期萌發(fā)速率越大，幼苗生長狀況越好，反之生長狀況越差。因而推測(cè)出沙區(qū)種子定植存在著以下現(xiàn)象：降雨過后沙區(qū)種子可以迅速萌發(fā)生長，若其根系在干旱來臨之前能夠到達(dá)濕沙層，則幼苗成活。沙打旺等小粒種子在干旱沙區(qū)飛播造林中可以從兩個(gè)方面提高成活率，一是提高小粒種子初期萌發(fā)的速率；二是改良種子周圍環(huán)境，保證水分的充足。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，添加保水劑丸化后加快了沙打旺的萌發(fā)速率，適量的保水劑含量可顯著促進(jìn)沙打旺幼苗根系生長。

（3）保水劑丸化在實(shí)際中可能存在局限性。試驗(yàn)表明，丸化中添加適量保水劑可提高沙打旺幼苗萌發(fā)速度及幼苗根系生長，然而在實(shí)際應(yīng)用中還存在著以下問題，大規(guī)模保水劑丸化工藝，添加保水劑含量高，丸化顆粒易崩解，不宜運(yùn)輸，應(yīng)用粘合劑后，丸化強(qiáng)度大，可能影響出苗。

4 結(jié)論

（1）萌發(fā)及幼苗生長試驗(yàn)中，7%丸化保水劑含量處理促進(jìn)沙打旺種子萌發(fā)及幼苗生長。發(fā)芽初期（8～10d），沙打旺種子丸化添保水劑含量高利于沙打旺萌發(fā)，播種后第10d，保水劑含量7%，9%處理種子萌發(fā)速率較對(duì)照分別快了70%和63.19%，保水劑含量在7%時(shí)，沙打旺幼苗根長、根表面積較裸種提高19.36%，45.26%。

（2）抗旱試驗(yàn)中，5%，7%和9%丸化保水劑含量處理提高沙打旺幼苗的抗旱能力。沙打旺幼苗停止供水后，底部?jī)善尤~首先枯黃萎蔫，進(jìn)而頂部小葉萎蔫死亡；采用保水劑丸化間苗后第13d，5%和7%處理較對(duì)照幼苗枯黃數(shù)量分別減少了15.58%和22.07%，對(duì)幼苗萎蔫速率影響不明顯；萎蔫幼苗的根長、根表面積隨著保水劑濃度的提高而增加，5%，7%，9%處理較對(duì)照根長分別增加11.90%，27.53%和53.81%，根表面積分別增加了24.68%，11.03%，59.79%；沙打旺幼苗葉片內(nèi)脯氨酸、可溶性糖含量與對(duì)照相比，7%，9%處理幼苗葉片脯氨酸含量分別降低了13.1%和13.6%；5%，7%和9%處理較對(duì)照幼苗葉片可溶性糖含量分別降低了20.33%，22.85%，19.08%。

（3）根據(jù)萌發(fā)及生長試驗(yàn)、抗旱試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析，沙打旺丸化添加保水劑適宜含量為7%～9%。

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