吳琳杰，張志銘，趙勇，賈長(zhǎng)榮，李沖，李倩

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南　鄭州 450002；2.國(guó)有濟(jì)源市大溝河林場(chǎng)，河南　濟(jì)源454650)

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

吳琳杰1，張志銘1，趙勇1，賈長(zhǎng)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(guó)有濟(jì)源市大溝河林場(chǎng)，河南濟(jì)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(gè)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(duì)象，通過控制試驗(yàn)，研究了不同土壤水分條件下不同保水劑包衣用量對(duì)側(cè)柏、栓皮櫟種子發(fā)芽率及生長(zhǎng)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(shí)，保水劑包衣對(duì)側(cè)柏種子發(fā)芽率及生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用，并隨用量的增加而增加，以施用保水劑比例1︰3時(shí)最佳；土壤含水率為8.5 %時(shí)，保水劑用量過高則促進(jìn)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(shí)能較好地提高側(cè)柏種子出芽率；土壤濕度過高時(shí)，施用保水劑反而會(huì)抑制側(cè)柏種子生長(zhǎng)發(fā)育。(2)盆栽用土為砂頁巖，土壤含水率為12 %時(shí)，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(shí)最佳；土壤含水率為20 %時(shí)，保水劑包衣會(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)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(diǎn)工程之一。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究，側(cè)柏(Platycladusorientalis)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)由于特殊的生理特征和較強(qiáng)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(duì)不同土壤水分的生理適應(yīng)性，對(duì)太行山區(qū)植被恢復(fù)有著重要的實(shí)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(rèn)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(qiáng)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(shí)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(jìn)種子各種生長(zhǎng)指標(biāo)方面[6~13]，也有少數(shù)成果研究了土壤水分對(duì)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(gè)關(guān)鍵問題。本試驗(yàn)通過研究不同土壤含水量下不同保水劑用量對(duì)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(duì)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(yàn)材料

抗旱保水劑由法國(guó)愛森公司提供的品名為AQVASORB保水劑，型號(hào)為3005KM，為不含水分的顆粒物。側(cè)柏、栓皮櫟種子由濟(jì)源市大溝河林場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室提供。試驗(yàn)地設(shè)在河南省濟(jì)源市大溝河林場(chǎng)。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(yàn)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(yàn)所用儀器為，烘干植株用BPG-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱及測(cè)量土壤含水量利用TDR時(shí)域反射儀(Time Domain Reflectometry ，TDR)。

1.2　試驗(yàn)方法

為模擬太行山區(qū)植被所生長(zhǎng)的土壤干旱程度，根據(jù)土壤含水率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)〔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(gè)土壤含水率下保水劑用量設(shè)3個(gè)處理及1個(gè)空白對(duì)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(duì)照。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。每個(gè)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(gè)土壤含水率下保水劑用量處理與側(cè)柏相同。每個(gè)處理選取10粒飽滿無病蟲害的種子。測(cè)量土壤含水率時(shí)利用時(shí)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(cè)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(shí)域反射儀測(cè)量土壤含水率，低于所控水分時(shí)，立即補(bǔ)充水分，保持土壤含水量在試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jìn)行攪拌，攪拌后對(duì)側(cè)柏、栓皮櫟種子均勻地進(jìn)行包衣處理。

播種及發(fā)芽率的測(cè)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(yàn)設(shè)計(jì)播種時(shí)的含水率(稱取等量的水，用噴水壺均勻噴灑，用TDR時(shí)域反射儀多次測(cè)定求平均值)。由于不同種子的萌發(fā)機(jī)制和所需生態(tài)因子不同，萌芽時(shí)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(shì)，第18天統(tǒng)計(jì)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(shì)，第24天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

芽高、生物量測(cè)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(cè)量每個(gè)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(cè)量每個(gè)處理的芽高。測(cè)完后整株拔出洗凈根系擦干測(cè)定鮮重，使用電熱鼓風(fēng)干燥箱80℃烘干2小時(shí)后測(cè)定干重。

采用SPSS 19.0軟件、 Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,統(tǒng)計(jì)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(duì)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(shí)在各個(gè)土壤含水率下差異顯著,在土壤含水率8.5 %時(shí)效果最明顯，土壤含水率為5 %時(shí)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(shí)出芽率最高。根據(jù)上述分析說明土壤含水率為5 %時(shí)，施用保水劑比例1︰3效果較好；土壤含水率為8.5 %時(shí)，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(duì)種子生長(zhǎng)發(fā)育的影響

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

由表2可知,土壤含水率為20 %時(shí)，各處理的種子出芽率、發(fā)芽勢(shì)、幼苗株高、幼苗鮮重、幼苗均低于空白對(duì)照，說明土壤含水率為20 %時(shí)，保水劑包衣反而會(huì)抑制栓皮櫟種子生長(zhǎng)發(fā)育。土壤含水率為12 %時(shí)，各處理的種子出芽率、發(fā)芽勢(shì)均高于空白對(duì)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(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)有促進(jìn)作用，對(duì)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(duì)

注：圖中誤差線上標(biāo)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(biāo)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(duì)栓皮櫟種子生長(zhǎng)發(fā)育的影響

3結(jié)論與討論

3.1　保水劑包衣對(duì)種子生長(zhǎng)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(huì)顯著提高側(cè)柏、栓皮櫟種子的生長(zhǎng)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(shí)，施用保水劑可以促進(jìn)側(cè)柏種子的生長(zhǎng)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(dá)到增強(qiáng)抗旱保苗的效果。在土壤含水率為15 %的褐土中，各個(gè)處理下側(cè)柏種子出芽率、發(fā)芽勢(shì)、幼苗株高、幼苗鮮重、幼苗干重均低于空白對(duì)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(shì)也均低于空白對(duì)照。說明在土壤水分充足時(shí)，保水劑包衣反而抑制側(cè)柏、栓皮櫟種子生長(zhǎng)發(fā)育。而在干旱情況下保水劑保水能力強(qiáng)，吸水能力也強(qiáng)，其吸水量達(dá)到一定時(shí)，可以向種子提供足夠萌發(fā)的水分，促進(jìn)側(cè)柏、栓皮櫟種子生長(zhǎng)發(fā)育。在土壤水分充足時(shí)，保水劑濃度過高，不僅達(dá)不到促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的效果，反而會(huì)帶來一定的負(fù)效應(yīng)。這與國(guó)內(nèi)外研究相一致，若保水劑使用合理，既能促進(jìn)植物根系發(fā)育，又能增強(qiáng)植物的抗早性，延緩凋萎時(shí)間[15~16]，由于保水劑的施用會(huì)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(zhǎng)發(fā)育，反而會(huì)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(jìn)側(cè)柏種子萌發(fā)；在土壤含水率8.5 %時(shí)，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(shí)最佳。在適宜水分處理下，保水劑對(duì)種子生長(zhǎng)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(yàn)結(jié)果看，使用保水劑包衣種子能顯著促進(jìn)種子在干旱缺水條件下的萌芽和生長(zhǎng)，提高水分利用率。保水劑保水的實(shí)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(jìn)植物生長(zhǎng)[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(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生的效果也不同。李義波[22]在進(jìn)行保水劑特性及其對(duì)植物生長(zhǎng)的影響研究時(shí)表明保水劑可顯著提高植物出芽率，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)。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(jìn)行2種保水劑對(duì)北京南口風(fēng)沙區(qū)側(cè)柏成活及生長(zhǎng)的影響研究結(jié)果類似，保水劑不僅能促進(jìn)側(cè)柏出苗、成活，而且能促進(jìn)其干物質(zhì)量的積累。本項(xiàng)目通過保水劑對(duì)兩種種子發(fā)芽率和生長(zhǎng)發(fā)育的研究發(fā)現(xiàn)，保水劑對(duì)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(biāo)準(zhǔn)也是制約種子發(fā)育、幼苗生長(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育階段需水量不同，另一方面可能與其生長(zhǎng)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(dāng)然，僅測(cè)定側(cè)柏、栓皮櫟種子萌芽時(shí)期生長(zhǎng)指標(biāo)及盆栽的結(jié)果也有一定局限性，本試驗(yàn)針對(duì)保水劑在實(shí)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(zhǎng)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(jìn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31270750)，“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD38 B00)。

*收稿日期：2015-09-22

中圖分類號(hào)：S 482.99;S 791.38

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-8246(2016)01-0112-06