蔣克研　　　　　　　　　 張蕓慧

(東北林業(yè)大學(xué)涼水實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)，黑龍江省·帶嶺，153106)　　　(東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實(shí)驗(yàn)林場(chǎng))

劉強(qiáng)　　　　　　　　　　 王順忠　　　　　　　 谷會(huì)巖

(黑龍江省大興安嶺地區(qū)營(yíng)林局)　　(植被與環(huán)境變化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院植物研究所))　　(東北林業(yè)大學(xué))

火影響著包括森林生態(tài)系統(tǒng)在內(nèi)的多種類型生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)植物群落結(jié)構(gòu)的形成起到了至關(guān)重要的作用[1-2]，現(xiàn)已成為世界范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的主要干擾機(jī)制[3]，林火多發(fā)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的植物可以通過(guò)自身進(jìn)化獲得抵抗低強(qiáng)度林火的特性[4-5]。在林火多發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的植物群落中，植物種子的萌發(fā)會(huì)受到各種與火相關(guān)因子的影響[6]，甚至某些物種的種子只有依賴這些因子才能打破休眠[2]，在這些因子中，高溫是主要的因子之一。早期的研究表明，在缺乏火干擾的地區(qū)，種子逐漸解除休眠狀態(tài)是由于白天熱量的波動(dòng)引起了種皮的破裂，使種子能夠與水分和空氣充分接觸[7]；當(dāng)一些豆科植物處于萌發(fā)率最小的溫度時(shí)，之后逐漸將溫度提高到致死的臨界值，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，萌發(fā)率始終保持提高趨勢(shì)[8]。經(jīng)過(guò)多年的研究，目前學(xué)者們普遍認(rèn)為高溫能破壞覆蓋在種子上的不可滲透性膜，從而促使種子對(duì)水分的吸收進(jìn)而萌發(fā)[9-10]。熱激是實(shí)驗(yàn)室模擬林火產(chǎn)生高溫的主要方式，熱激溫度集中在60～120 ℃之間[11]。不同物種間承受高溫的能力以及溫度變化提高種子萌發(fā)的原因與種子自身特點(diǎn)有關(guān)，包括種皮的堅(jiān)硬程度、種子含水量、種子的大小、形狀或質(zhì)量[12]，因此，在熱激處理下，不同植物種子的萌發(fā)對(duì)熱激的響應(yīng)不同。

大興安嶺地區(qū)林火輪回期較短，最長(zhǎng)110～120 a，最短為15～20 a[13]。森林生態(tài)系統(tǒng)屬于林火多發(fā)生態(tài)系統(tǒng)范疇，目前主要的研究地區(qū)集中在地中海氣候地區(qū)[14-16]、澳大利亞[17-18]、南美[19-20]、非洲[21-22]，國(guó)內(nèi)關(guān)于此方面的研究較少，因此開展關(guān)于熱激對(duì)種子萌發(fā)影響的研究具有重要意義。本文采用熱激處理方法(熱激溫度為80、100、120、150 ℃，每個(gè)熱激溫度的處理時(shí)間為1、3、5、10 min)對(duì)大興安嶺的白樺(Betulaplatyphylla)、毛赤楊(Alnussibirica)、柴樺(Betulafruticosa)3個(gè)樹種種子進(jìn)行熱激處理，分析熱激處理對(duì)種子萌發(fā)的影響，旨在為探究林火過(guò)后大興安嶺植物群落演替變化機(jī)制提供參考。

1　材料與方法

本研究以白樺、毛赤楊、柴樺種子為研究對(duì)象，種子采自于大興安嶺南甕河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(東經(jīng)125°1′42″～125°50′3″，北緯50°59′56″～51°39′37″)。將種子帶回實(shí)驗(yàn)室后在冰箱中-4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

用0.5%的高錳酸鉀溶液對(duì)種子進(jìn)行消毒10 min，用蒸餾水沖洗后晾干。將種子分別放入預(yù)熱到80、100、120、150 ℃的烘箱中，在每個(gè)溫度下分別熱激處理1、3、5、10 min，共16組熱激處理。

每組熱激處理取30粒飽滿的種子，放入墊有2層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中，滴入足夠的蒸餾水使濾紙完全濕潤(rùn)，以此組成一個(gè)重復(fù)，每組熱激處理由4個(gè)重復(fù)組成。將所有重復(fù)放入BIC-300人工氣候箱中，培養(yǎng)條件設(shè)置為光照25 ℃ 10 h、黑暗17 ℃ 14 h，持續(xù)培養(yǎng)，胚根出現(xiàn)1 mm以上視為萌發(fā)[23]，移出培養(yǎng)皿；同時(shí)統(tǒng)計(jì)萌發(fā)種子數(shù)量，每天統(tǒng)計(jì)1次，直至所有重復(fù)在2周內(nèi)沒有萌發(fā)種子出現(xiàn)為止。對(duì)照組(無(wú)熱激)培養(yǎng)條件與處理組培養(yǎng)條件相同。

利用EXCEL2003匯總數(shù)據(jù)并計(jì)算萌發(fā)率和萌發(fā)速率指數(shù)。萌發(fā)率=(∑(ni/N))×100%，萌發(fā)速率指數(shù)=∑(ni/ti)[24]。式中：N為每個(gè)重復(fù)中的種子總數(shù)，ni為第i天萌發(fā)的種子數(shù)量，ti為第i天。

利用SPSS19.0的Duncan分析法，對(duì)熱激后3種樺木科樹種種子的萌發(fā)率和萌發(fā)速率指數(shù)進(jìn)行單因素方差分析和雙因素方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　熱激處理對(duì)3個(gè)樹種種子萌發(fā)率的影響

與對(duì)照相比，經(jīng)熱激處理的白樺種子，除150 ℃×10 min處理下種子萌發(fā)率為0外，其他處理下種子萌發(fā)率沒有出現(xiàn)顯著性差異(見表1)；80 ℃熱激1、3、5 min，100 ℃熱激3、5 min，120 ℃熱激3 min，種子萌發(fā)率有提高的趨勢(shì)；80 ℃熱激10 min，100 ℃熱激1、10 min，120 ℃熱激1、5、10 min，150 ℃熱激1、3、5 min，種子萌發(fā)率呈下降趨勢(shì)；在150 ℃熱激10 min處理下，種子萌發(fā)率為0。雙因素方差分析表明(見表2)，溫度、時(shí)間、溫度×?xí)r間對(duì)白樺種子萌發(fā)率有顯著影響(P<0.05)。

比較熱激處理與對(duì)照處理的毛赤楊種子萌發(fā)率(見表1)，可以看出，80 ℃熱激1、5 min種子萌發(fā)率顯著提高(P<0.05)；80 ℃熱激3 min，100 ℃熱激3、5 min，120 ℃熱激1 min，150 ℃熱激1、3 min，種子萌發(fā)率有提高趨勢(shì)；100 ℃熱激1、10 min，120 ℃熱激3、10 min，種子萌發(fā)率有下降趨勢(shì)；120 ℃熱激5 min，種子萌發(fā)率顯著下降(P<0.05)；150 ℃熱激5、10 min，種子萌發(fā)率為0。雙因素方差分析發(fā)現(xiàn)(見表2)，溫度、時(shí)間、溫度×?xí)r間對(duì)毛赤楊種子萌發(fā)率有顯著影響(P<0.05)。

比較熱激處理與對(duì)照處理柴樺種子萌發(fā)率發(fā)現(xiàn)(見表1)，除150 ℃熱激10 min種子萌發(fā)率為0外，在所有處理下的種子萌發(fā)率和對(duì)照沒有顯著差異；80 ℃熱激1、10 min，100 ℃熱激1、3、5 min，120 ℃熱激1、3、5、10 min，150 ℃熱激5 min，種子萌發(fā)率有提高的趨勢(shì)。從雙因素方差分析(見表2)可看出，溫度、溫度×?xí)r間對(duì)柴樺種子萌發(fā)率有顯著影響(P<0.05)。

表1　3個(gè)樹種經(jīng)不同熱激處理種子萌發(fā)率的差異

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列數(shù)據(jù)后，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表2　3個(gè)樹種經(jīng)熱激處理種子萌發(fā)率的雙因素方差分析

2.2　熱激處理對(duì)3個(gè)樹種種子萌發(fā)速率指數(shù)的影響

從表3中可以看出，白樺種子經(jīng)熱激處理與對(duì)照相比，除150 ℃熱激10 min種子萌發(fā)速率指數(shù)為0外，80 ℃熱激5 min、100 ℃熱激1 min、120 ℃和150 ℃的所有處理白樺種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著下降(P<0.05)；80 ℃熱激1、3、10 min，100 ℃熱激3、5 min，種子萌發(fā)速率指數(shù)有提高的趨勢(shì)。雙因素方差分析(見表4)可以看出，溫度、時(shí)間、溫度×?xí)r間對(duì)白樺種子萌發(fā)速率指數(shù)有顯著影響(P<0.05)。

表3　3個(gè)樹種經(jīng)不同熱激處理種子萌發(fā)速率指數(shù)的差異

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同列數(shù)據(jù)后，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

從毛赤楊種子的熱激處理與對(duì)照處理比較中發(fā)現(xiàn)(見表3)，80 ℃熱激1 min、100 ℃熱激5 min，種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著提高(P<0.05)；80 ℃熱激3、5 min，100 ℃熱激3 min，120 ℃熱激1 min，種子萌發(fā)速率指數(shù)有提高的趨勢(shì)；100 ℃熱激10 min、120 ℃熱激5 min，種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著下降(P<0.05)；除150 ℃熱激5、10 min種子萌發(fā)速率指數(shù)為0外，150 ℃熱激1、3 min均沒有顯著差異。雙因素方差分析表明(見表4)，溫度、時(shí)間、溫度×?xí)r間對(duì)毛赤楊種子萌發(fā)速率指數(shù)有顯著影響(P<0.05)。

柴樺種子同類對(duì)比表明(見表3)，150 ℃熱激10 min種子萌發(fā)速率指數(shù)為0，80 ℃熱激10 min種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著提高(P<0.05)；80 ℃熱激1、3、5 min，100 ℃熱激1、3、5 min，種子萌發(fā)速率指數(shù)均有提高的趨勢(shì)；150 ℃熱激3 min種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著下降(P<0.05)；其他所有處理，種子萌發(fā)速率指數(shù)呈下降趨勢(shì)。從雙因素方差分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)(見表4)，溫度、溫度×?xí)r間對(duì)柴樺種子萌發(fā)速率指數(shù)有顯著影響(P<0.05)；溫度對(duì)柴樺種子萌發(fā)速率指數(shù)的影響最大，說(shuō)明高于100 ℃的高溫?zé)峒?huì)抑制柴樺種子萌發(fā)速度。

表4　3個(gè)樹種經(jīng)熱激處理種子萌發(fā)速率指數(shù)的雙因素方差分析

3　結(jié)論

除150 ℃熱激10 min白樺種子萌發(fā)率為0外，熱激對(duì)白樺種子萌發(fā)率沒有顯著影響，對(duì)萌發(fā)速度影響較大，在120、150 ℃高強(qiáng)度熱激處理下白樺種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著下降(P<0.05)；熱激溫度對(duì)白樺種子的萌發(fā)影響較大，在高強(qiáng)度熱激下種子萌發(fā)速度下降，說(shuō)明白樺可以承受低強(qiáng)度和短時(shí)間高強(qiáng)度熱激(150 ℃)，但在高強(qiáng)度熱激下種子萌發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)或致死(見表2、表4)。

除150 ℃熱激5、10 min毛赤楊種子萌發(fā)率為0外，80 ℃熱激1、5 min毛赤楊種子萌發(fā)率顯著提高(P<0.05)，80 ℃熱激1 min、100 ℃熱激5 min毛赤楊種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著提高(P<0.05)，說(shuō)明短時(shí)間輕度熱激對(duì)毛赤楊種子萌發(fā)有促進(jìn)作用。120 ℃熱激5 min毛赤楊種子萌發(fā)率顯著下降(P<0.05)；120 ℃熱激5、10 min，150 ℃熱激1、3 min，毛赤楊種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著下降(P<0.05)。熱激溫度對(duì)毛赤楊種子萌發(fā)的影響稍大于熱激時(shí)間，說(shuō)明隨著熱激溫度的升高，高強(qiáng)度熱激會(huì)抑制毛赤楊種子萌發(fā)率和萌發(fā)速度，長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致其致死(見表2、表4)。

除150 ℃熱激10 min柴樺種子萌發(fā)率為0外，熱激處理下柴樺種子萌發(fā)率沒有顯著變化；80 ℃熱激10 min柴樺種子萌發(fā)速率指數(shù)顯著提高(P<0.05)。熱激溫度對(duì)柴樺種子萌發(fā)的影響大于熱激時(shí)間，說(shuō)明輕度熱激可以提高柴樺種子的萌發(fā)速度，柴樺種子可以承受較長(zhǎng)時(shí)間的熱激，低強(qiáng)度熱激可以促進(jìn)柴樺種子的萌發(fā)速度；但長(zhǎng)時(shí)間(10 min)高強(qiáng)度熱激(150 ℃)會(huì)使其致死(見表2、表4)。