余 群，張建全，柴 琦，馬紅梅，魏佳寧，蘇 黎

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

硅肥對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

余 群，張建全，柴 琦，馬紅梅，魏佳寧，蘇 黎

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

選取草地早熟禾(Poapratensis)‘午夜’品種為參試材料，設(shè)置5個(gè)硅肥梯度(0、1、1.5、2、2.5 mmol·L-1)，來研究硅肥對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，施硅能顯著提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)(P<0.05)，尤以1.5 mmol·L-1效果最好。在試驗(yàn)后期施硅顯著增加幼苗苗長(zhǎng)和幼苗鮮重，且隨著施入硅量的增加而增加。一定程度上施硅促進(jìn)了草地早熟禾胚根長(zhǎng)生長(zhǎng)，并能促進(jìn)根系總長(zhǎng)、根系總表面積及根系平均直徑，其中施硅2.5 mmol·L-1處理顯著高于不施硅對(duì)照(P<0.05)，其他處理沒有表現(xiàn)出良好的規(guī)律性，而對(duì)側(cè)根數(shù)無顯著影響(P>0.05)。因此，施入適量的硅有利于草地早熟禾種子萌發(fā)及幼苗初期生長(zhǎng)發(fā)育。

硅；草地早熟禾；發(fā)芽；幼苗；根系掃描

草地早熟禾(Poapratensis)是一種優(yōu)質(zhì)的冷季型草坪草，廣泛分布于北溫帶，建植草坪時(shí)其缺點(diǎn)之一是種子萌發(fā)需時(shí)較長(zhǎng)，幼苗生長(zhǎng)緩慢，這種特性對(duì)草坪建植十分不利[1]。硅肥是一種新型肥料，被國(guó)際土壤界列為繼氮、磷、鉀之后的第四大元素肥料[2]。但土壤中的硅多以束縛態(tài)存在，很難被植物利用，而土壤中有效硅含量一般又較低，故僅靠自然循環(huán)供給硅素養(yǎng)分是不夠的，必須重視硅肥的研究與使用[3]。自1926年Sommer對(duì)水稻(Oryzasativa)施外源硅的研究結(jié)果指出硅是其生長(zhǎng)不可缺少的元素開始，植物硅營(yíng)養(yǎng)研究日益受到重視，硅對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用已有相當(dāng)多的報(bào)道，尤其在水稻[4]、大豆(Glycinemax)[5]、小麥(Triticumaestivum)[6-8]、甘蔗(Saccharumsinense)[9-10]和瓜果蔬菜等農(nóng)作物上。已有研究表明，在非脅迫條件下，硅可促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[11]，其中有關(guān)施硅對(duì)坪用高羊茅出苗率、株高、葉長(zhǎng)、地上和地下生物量等的影響方面已有相關(guān)研究[12]。但施硅在其他草坪草萌發(fā)特性方面的研究并不多見，故本試驗(yàn)以草地早熟禾‘午夜’品種為材料，研究外源施硅對(duì)其種子萌發(fā)及苗期生長(zhǎng)的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，確定最適施硅量，進(jìn)而為栽培草地建植和管理提供科學(xué)施肥依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試草地早熟禾為蘭州綠景源公司提供的商用市售品種午夜，硅肥選用分析純的K2SiO3(有效硅含量為45.0%～49.0%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置0、1、1.5、2、2.5 mmol·L-15個(gè)水平的硅肥梯度，依次記作CK、Si1、Si1.5、Si2、Si2.5，用含有相同濃度的KCl溶液來平衡K2SiO3溶液中的K+，消除其影響。

發(fā)芽試驗(yàn)采用TP法[13]，4次重復(fù)，每重復(fù)100粒種子，25 ℃恒溫，12 h光照、12 h暗培養(yǎng)，置于相對(duì)濕度為70%的人工氣候箱內(nèi)萌發(fā)。選取籽粒飽滿、大小均勻的草地早熟禾‘午夜’種子于0.1%的HgCl2溶液中浸種消毒15 min，用蒸餾水沖洗干凈，用濾紙吸干多余水分。選用直徑為12 cm的培養(yǎng)皿，處理雙層濾紙以一定濃度的K2SiO3或KCl混合溶液濕潤(rùn)，至飽和。連同培養(yǎng)皿用電子天平稱重并記錄。采用稱重法每日補(bǔ)充蒸散的水分以維持溶液滲透勢(shì)的恒定。將培養(yǎng)皿每日按一定的空間順序上下交換位置。依據(jù)《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程》，試驗(yàn)期間統(tǒng)計(jì)每日發(fā)芽數(shù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù):每天記錄種子發(fā)芽數(shù)，連續(xù)記錄40 d，胚芽突破種皮超過1 mm即為萌發(fā)，按照以下公式計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)：

發(fā)芽勢(shì)=初次統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽率=每次統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(Gi)=∑Gt/Dt。

式中，Gt為在第t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)。

2)幼苗長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)與幼苗鮮重：在發(fā)芽第7、14、21、28和35天，從培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取發(fā)芽幼苗各10株，用直尺測(cè)其幼苗長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)，測(cè)完后立即用剪刀剪下幼苗，用萬分之一天秤稱取10株幼苗鮮重，求其平均數(shù)。

3)根系掃描：先用0.075 mg·mL-1的甲基藍(lán)將根系浸泡染色10 min，再用Delta-T SCAN根系分析系統(tǒng)(HP.C7717，Singaporean)掃描根系，測(cè)定根系總長(zhǎng)、平均直徑、總表面積和側(cè)根數(shù)，選取時(shí)間與方法同上。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2003錄入，并作圖。采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件(version 9.0)進(jìn)行差異顯著性(LSD)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)的影響

硅提前了坪用草地早熟禾種子的初始萌發(fā)時(shí)間，表現(xiàn)為硅處理在播種后4 d開始發(fā)芽，而沒有施硅的處理在6 d時(shí)開始發(fā)芽。隨著時(shí)間的推移，草地早熟禾種子各處理的發(fā)芽率不斷增加，在播種后16 d變化開始趨于穩(wěn)定，32 d后不再上升，發(fā)芽率隨著萌發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)變化趨勢(shì)基本一致(圖1)。用1、1.5、2和2.5 mmol·L-1的硅濃度處理種子后其發(fā)芽率顯著高于對(duì)照(P<0.05)。其中Si1.5、Si2和Si2.5處理間不存在劑量效應(yīng)，在播種后32 d Si1.5處理的最終發(fā)芽率最高，較對(duì)照提高了208.57%。說明硅肥的施用能明顯提高草地早熟禾的發(fā)芽率，促進(jìn)其集中萌發(fā)，縮短萌發(fā)時(shí)間。

注：圖頂部的垂直線段為同一天不同水分處理之間的LSD值。CK、Si1、Si1.5、Si2、Si2,5分別表示0、1、1.5、2.5 mmol·L-1硅肥處理。下同。

Note： Vertical bars on the top indicate LSD values (P=0.05) among different water treatments at the given day. CK, Si1, Si1.5, Si2and Si2,5mean 0, 1, 1.5, 2.5 mmol·L-1K2SiO3treatmeat, respectively. The same below.

發(fā)芽勢(shì)是指發(fā)芽過程中初次統(tǒng)計(jì)發(fā)芽時(shí)，發(fā)芽種子數(shù)占供測(cè)樣品種子數(shù)的百分率。牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程發(fā)芽試驗(yàn)中，草地早熟禾的發(fā)芽勢(shì)在其發(fā)芽第10天測(cè)定[14]。本研究中，硅處理的發(fā)芽勢(shì)均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，其中用1.5 mmol·L-1的硅濃度處理種子時(shí)，發(fā)芽勢(shì)較對(duì)照發(fā)芽勢(shì)增加了400%(圖2)。表明施一定量的硅可顯著促進(jìn)草地早熟禾種子的發(fā)芽勢(shì)，當(dāng)施入的硅超過1.5 mmol·L-1時(shí)，植物對(duì)硅的吸收基本趨于飽和。

發(fā)芽指數(shù)是反映種子品質(zhì)好壞和活力的重要參數(shù)。硅處理對(duì)草地早熟禾種子的萌發(fā)表現(xiàn)為明顯的促進(jìn)作用，其中1.5 mmol·L-1處理的發(fā)芽指數(shù)最高。Si1、Si1.5、Si2和Si2.5的發(fā)芽指數(shù)分別較對(duì)照提高了130.50%、250.53%、211.47%和225.33%(圖2)，說明施硅能改善草地早熟禾種子的發(fā)芽品質(zhì)，有促進(jìn)其前期萌發(fā)的功效。

注：不同小寫字母表示處理間顯著差異(P<0.05)。

Note：Different lower case letters indicate significant difference among different treatments at 0.05 level.

2.2 硅對(duì)草地早熟禾幼苗生長(zhǎng)的影響

硅處理對(duì)草地早熟禾幼苗長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響隨生長(zhǎng)階段而異(圖3)，表現(xiàn)為在生長(zhǎng)初期(從播種到第7天)硅處理對(duì)坪用草地早熟禾的幼苗苗長(zhǎng)生長(zhǎng)具有明顯促進(jìn)作用，中期(7-14 d)各處理間差異均不顯著，后期(21 d后)隨著施硅濃度增加其幼苗苗長(zhǎng)顯著增加(P<0.05)，但硅對(duì)草地早熟禾的促進(jìn)作用不存在濃度劑量效應(yīng)，表現(xiàn)為各個(gè)硅處理濃度之間的幼苗苗長(zhǎng)間無顯著差異(P>0.05)。其中2.5 mmol·L-1水平硅處理在整個(gè)過程中幼苗長(zhǎng)最長(zhǎng)，表現(xiàn)最好，在施硅后35 d時(shí)比對(duì)照幼苗苗長(zhǎng)增加了41.20%。

草地早熟禾的單株幼苗鮮重隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)各處理間表現(xiàn)出一定的規(guī)律(圖3)，硅濃度越高單株幼苗鮮重越大，所有硅處理的單株幼苗鮮重都大于對(duì)照。說明硅添加能夠在一定程度上增加植株鮮重，Si1、Si1.5、Si2和Si2.5硅處理單株幼苗鮮重在發(fā)芽35 d時(shí)分別比對(duì)照增加了0.49、0.93、1.05和1.30倍，其中以Si2.5處理效果最好。

2.3 硅對(duì)草地早熟禾根系生長(zhǎng)的影響

根系是植物吸收和運(yùn)輸水分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、微量元素的器官和通道，也是保持水土、涵養(yǎng)水源的物質(zhì)基礎(chǔ)[15]。不同硅處理水平對(duì)草地早熟禾胚根長(zhǎng)的影響有較大差別(圖4)，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，Si2.5處理的胚根長(zhǎng)始終高于其他處理。除發(fā)芽21 d以外，Si2.5處理與對(duì)照均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)，最大較對(duì)照增加了91.29%，當(dāng)硅濃度低于2.5 mmol·L-1時(shí)，對(duì)草地早熟禾胚根長(zhǎng)的影響不顯著(P>0.05)，但所有施硅處理的胚根長(zhǎng)均長(zhǎng)于對(duì)照。這說明只有當(dāng)植株體內(nèi)硅沉積到一定水平后，才會(huì)對(duì)胚根長(zhǎng)產(chǎn)生促進(jìn)作用。

在生長(zhǎng)初期硅處理對(duì)草地早熟禾根系總長(zhǎng)生長(zhǎng)是有益的(圖5)，表現(xiàn)為各硅處理的根系總長(zhǎng)顯著高于對(duì)照(P<0.05)，而隨著時(shí)間推移各處理根系總長(zhǎng)增加趨于緩慢，試驗(yàn)28 d后，Si1.5、Si2和Si2.5根系總長(zhǎng)增長(zhǎng)迅速，到試驗(yàn)后35d時(shí)，分別較對(duì)照增加了60.03%、84.58%和115.15%，且Si2.5的效果最為明顯。而Si1對(duì)根系總長(zhǎng)表現(xiàn)出一定程度的抑制作用。這說明高濃度硅顯著提高了草地早熟禾根系總長(zhǎng)的生長(zhǎng)速度，有利于更廣泛地吸收土壤深層的養(yǎng)分和水分。

試驗(yàn)后7 d，施硅對(duì)草地早熟禾的根系總表面積均表現(xiàn)為不同程度的促進(jìn)作用(圖5)，而到試驗(yàn)后14 d時(shí)，除硅濃度為2.5 mmol·L-1處理外，其他處理的根系總表面積與對(duì)照間差異變化不同，發(fā)芽35 d以后，硅處理的根系總表面大于對(duì)照，Si2和Si2.5的根系總表面積和對(duì)照差異顯著(P<0.05)，與對(duì)照相比分別增加了82.03%和67.24%，Si1和Si1.5雖然也促進(jìn)了根系總表面積的增加，但是與對(duì)照并沒有表現(xiàn)出顯著差異。這說明高濃度硅水平更有利于草地早熟禾根系總表面積的增加，從而增加植物吸收土壤中有效養(yǎng)分、水分和微量元素的面積。

除發(fā)芽28 d以外，硅濃度為2 mmol·L-1處理顯著增加了草地早熟禾的根系平均直徑(圖5)，最大比對(duì)照增加了46.90%(P<0.05)，但高濃度與低濃度硅的處理對(duì)根系平均直徑的影響并不明顯，且各處理間差異變化沒有表現(xiàn)出一定的規(guī)律。從整體上說明施一定量的硅可促進(jìn)草地早熟禾根系平均直徑的生長(zhǎng)，加強(qiáng)根系的輸導(dǎo)能力，但施硅過多或過少效果都不太明顯。

施硅對(duì)草地早熟禾側(cè)根總數(shù)無顯著影響(圖5)，各處理的側(cè)根數(shù)對(duì)硅的響應(yīng)沒有表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。但Si2.5處理的側(cè)根數(shù)始終大于對(duì)照，這反映出施一定濃度的硅可促草地早熟禾側(cè)根的生長(zhǎng)。

3 討論及結(jié)論

草坪草能否迅速生長(zhǎng)成濃綠致密的草坪，首先取決于其種子發(fā)芽率高低和發(fā)芽速度快慢。硅元素對(duì)植物的影響始終是植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，研究認(rèn)為施入適量的硅有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施硅能顯著提高草地早熟禾種子的發(fā)芽率，提前其初始萌發(fā)時(shí)間，這與前人研究結(jié)果一致[17-18]。同時(shí)硅還顯著提高了發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，從而提高了種子發(fā)芽的質(zhì)量及整齊度，這一結(jié)果與劉慧霞等[19]就硅對(duì)紫花苜蓿(Medicagosativa)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究結(jié)果一致。這說明，施硅對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)有重要作用，硅處理草地早熟禾種子后可加快成坪速率，迅速占領(lǐng)地表，在空間和時(shí)間上與雜草的萌發(fā)形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，其中，施1.5 mmol·L-1濃度的硅對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)最有利。另外，本試驗(yàn)中所有處理出苗率都不高，可能與參試種子是兩年前舊種子有關(guān)。

硅在禾本科植物中主要沉積于植株地上部分，能夠促進(jìn)草坪草生長(zhǎng)，縮短建植時(shí)間[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在試驗(yàn)初期，硅添加對(duì)草地早熟禾的幼苗苗長(zhǎng)無顯著影響， 21 d后各施硅處理明顯促進(jìn)了幼苗苗長(zhǎng)的生長(zhǎng)。其中施硅濃度為2.5 mmol·L-1的處理幼苗苗長(zhǎng)始終最長(zhǎng)，但2和2.5 mmol·L-1處理間差異不顯著，而低濃度雖然較不施硅處理有所增加，卻低于高濃度的處理。這與Guo等[21]關(guān)于硅對(duì)紫花苜蓿生物學(xué)特性的影響的研究結(jié)果一致，即施硅能增加紫花苜蓿的株高。硅對(duì)草地早熟禾幼苗鮮重的積累也有明顯的促進(jìn)作用，單株幼苗鮮重隨著施硅量的增加而增大，說明硅對(duì)植物有益作用與植物體內(nèi)積累硅含量的大小有關(guān)，這一結(jié)論在紫花苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育的過程中也得到了證實(shí)[19]。總之，施硅雖然能夠促進(jìn)草地早熟禾幼苗苗長(zhǎng)生長(zhǎng)，但不同濃度的促進(jìn)程度存在差異。從草坪管理的角度希望草坪的生長(zhǎng)速度盡可能低，這樣可以減少修剪的次數(shù)，降低草坪養(yǎng)護(hù)管理的成本，故實(shí)際生產(chǎn)中選用2 mmol·L-1的硅濃度最佳。

硅對(duì)植物根系生長(zhǎng)的影響目前仍存在分歧。有研究發(fā)現(xiàn)，施硅能夠促進(jìn)紫花苜蓿、玉米、水稻、豇豆(Vignaunguiculata)等植物根系的生長(zhǎng)[22-25]。但Epstein卻認(rèn)為，施硅對(duì)水稻和雀麥(Bromusjaponicus)的根系生長(zhǎng)無顯著影響[26]。說明硅與植物根系生長(zhǎng)的關(guān)系不但因植物種類不同而存在差異，同一物種在不同的試驗(yàn)條件和不同的測(cè)定時(shí)間其結(jié)果也不一樣。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施硅能夠促進(jìn)草地早熟禾胚根長(zhǎng)生長(zhǎng)，并能促進(jìn)根系總長(zhǎng)、根系表面積及根系直徑，其中2.5 mmol·L-1硅處理均顯著高于不施硅處理(P<0.05)，其他處理沒有表現(xiàn)出良好的規(guī)律性，這可以說明草地早熟禾早期根系生長(zhǎng)對(duì)硅的響應(yīng)不存在濃度效應(yīng)，施硅對(duì)側(cè)根數(shù)沒有顯著影響?？傊?，通過增加植物的胚根長(zhǎng)、根系總長(zhǎng)度、根系總表面積和根系平均直徑，能夠增加根系與土壤的接觸面積，有利于植物更大范圍的吸收土壤中水分和有效養(yǎng)分。草地早熟禾根系生長(zhǎng)對(duì)硅的響應(yīng)機(jī)制及其施用濃度還有待于進(jìn)一步的研究。

總之，施適量的硅能夠顯著提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，顯著增加幼苗苗長(zhǎng)及鮮重，并能一定程度上促進(jìn)根系生長(zhǎng)，這至少說明了硅是利于草地早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的有益元素, 并直接參與了草地早熟禾初期生長(zhǎng)發(fā)育過程。

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(責(zé)任編輯 王芳)

Effects of silicon fertilizer on seed germination and growth of Kentucky bluegrass

YU Qun, ZHANG Jian-quan, CHAI Qi, MA Hong-mei, WEI Jia-ning, SU Li

(College of Pastoral Agricultural Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China)

In order to understand the response of turfgrass seedlings to silicon fertilizer (Si) and improve turfgrass germination for turf management, the effects of different concentrations of K2SiO3on seedling growth of Kentucky bluegrass (Poapratensiscv. ‘Midnight’) was investigated under well watered conditions. Four Si amendment treatments (1, 1.5, 2 and 2.5 mmol·L-1) and one control treatment (no Si) were conducted in the growth chamber. Silicon fertilizer significantly improved(P<0.05) seed germination rate, germination energy and germination index. The length and fresh weight of seedlings significantly increased after 35 d treatment which increased with the increasing concentration of silicon fertilizer. The root length, total surface areas of roots and average root diameter increased although only the indices with 2.5 mmol·L-1Si treatment were significantly higher (P<0.05) than the control. These improvement suggested that the appropriate amount of silicon fertilizer was benefit for seed germination and growth of Kentucky bluegrass.

silicon; Kentucky bluegrass; germination; seedling; root scanning

CHAI Qi E-mail：chaiqi@lzu.edu.cn

2014-01-07 接受日期：2014-04-18

國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2013GB2G100482)；蘭州大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(lzu-jbky-2013-88、lzu-jbky-2013-81)

余群(1988-)，女，山東菏澤人，在讀碩士生，研究方向?yàn)椴萜荷飳W(xué)。E-mail：yuqun0918@sina.cn

柴琦(1971-)，男，甘肅寧縣人，副教授，博士，研究方向?yàn)椴萜荷鷳B(tài)學(xué)、草坪工程學(xué)、草坪管理學(xué)。E-mail：chaiqi@lzu.edu.cn

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0009

S543+.906;Q945.34

A

1001-0629(2015)01-0094-07

余群,張建全,柴琦,馬紅梅,魏佳寧,蘇黎.硅肥對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響[J].草業(yè)科學(xué),2015,32(1):94-100.

YU Qun,ZHANG Jian-quan,CHAI Qi,MA Hong-mei,WEI Jia-ning,SU Li.Effects of silicon fertilizer on seed germination and growth of Kentucky bluegrass[J].Pratacultural Science，2015,32(1)：94-100.