卜曉莉， 姬慧娟， 馬文寶，①， 薛建輝，3

〔1. 南京林業(yè)大學(xué) 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京210037；2. 四川省林業(yè)科學(xué)研究院 森林和濕地生態(tài)恢復(fù)與保育四川重點實驗室， 四川 成都 610081；3. 江蘇省中國科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園)， 江蘇 南京 210014〕

生物炭為含碳量豐富的生物質(zhì)在350 ℃～900 ℃低氧條件下熱解得到的碳質(zhì)材料，具有孔隙度高、保水性好和無病原體等優(yōu)點，為可再生的植物栽培基質(zhì)[1]。然而，生物炭在炭化過程中可能會形成多環(huán)芳烴或揮發(fā)性有機物等毒性化合物，對植物產(chǎn)生毒性效應(yīng)[2]。無土培養(yǎng)法可評估生物炭對植物的毒性效應(yīng)[3]，適用于早期植物毒性檢測[4-5]。目前，研究者主要使用農(nóng)作物和草本植物進行生物炭的植物毒性效應(yīng)評估[6-7]，但不同植物的生物學(xué)特性各異，評估結(jié)果差異較大。

杜鵑屬(RhododendronLinn.)植物在播種育苗時需要使用大量的泥炭土，但由于過度開采，泥炭土資源正面臨耗盡的危險，因此，尋找泥炭土的合適替代品迫在眉睫。為此，采用無土培養(yǎng)法研究了不同炭水比玉米芯炭和稻殼炭浸提液對杜鵑屬植物美容杜鵑(R.calophytumFranch.)、羊躑躅〔R.molle(Blume) G. Don〕、馬纓杜鵑(R.delavayiFranch.)和大白杜鵑(R.decorumFranch.)種子萌發(fā)特性的影響，從而評估玉米芯炭和稻殼炭對杜鵑屬植物種子萌發(fā)的毒性效應(yīng)。

1 材料和方法

1.1 材料

于2019年4月至6月分別在4種杜鵑屬植物的自然種群中選擇生長健壯且無病蟲害的壯年母株20株，做好標記；于同年11月采集蒴果，自然風(fēng)干，待蒴果裂開后收集種子。其中，美容杜鵑和大白杜鵑種子采自四川省石棉縣栗子坪鄉(xiāng)孟獲城(東經(jīng)102°21′15.37″、北緯28°52′48.65″，海拔2 750 m)，馬纓杜鵑和羊躑躅種子采自貴州省納雍縣勺窩鄉(xiāng)翠云山莊(東經(jīng)105°16′39.42″、北緯26°43′05.98″，海拔1 857 m)。

玉米芯炭和稻殼炭購自河南三利新能源有限公司，最高熱解溫度為500 ℃。

1.2 方法

1.2.1 生物炭浸提液的制備 分別稱取5、10和20 g玉米芯炭和稻殼炭，加入150 mL去離子水，混勻，150 r·min-125 ℃恒溫振蕩2 h，抽濾，得到炭水比(m∶V)分別為1∶30、1∶15和1∶7.5的玉米芯炭和稻殼炭浸提液，作為處理液。以去離子水為對照(CK)，各組處理液的pH值和電導(dǎo)率見表1。

1.2.2 種子萌發(fā)實驗 選取飽滿、無破損的種子，均勻擺放在墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿50粒種子，分別加入各處理液5.0 mL，置于光照時間12 h·d-1、光照度3 000 lx、晝溫20 ℃和夜溫10 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每日補充處理液1.5 mL。每組各3個重復(fù)。以胚根突破種皮作為種子萌發(fā)的標準，每日統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，記錄實驗開始到第1粒種子萌發(fā)持續(xù)的天數(shù)(即萌發(fā)時滯)、實驗開始到萌發(fā)種子數(shù)最多日持續(xù)的天數(shù)(即萌發(fā)高峰期)以及第1粒種子萌發(fā)到最后1粒種子萌發(fā)持續(xù)的天數(shù)(即萌發(fā)持續(xù)時間)。實驗共持續(xù)38 d，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果計算種子的萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和萌發(fā)勢，其中，萌發(fā)率=(萌發(fā)種子總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%，萌發(fā)指數(shù)為萌發(fā)期內(nèi)每日萌發(fā)種子數(shù)與萌發(fā)天數(shù)比值的總和，萌發(fā)勢=(最高日萌發(fā)種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

表1 不同炭水比玉米芯炭和稻殼炭浸提液的pH值和電導(dǎo)率

1.3 統(tǒng)計分析

采用SPSS 13.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、雙因素方差分析(two-way ANOVA)和差異顯著性分析(LSD法)。

2 結(jié)果和分析

實驗結(jié)果(表2)表明：與CK組(去離子水，對照)相比，CB1組(炭水比1∶30玉米芯炭浸提液)美容杜鵑、羊躑躅和馬纓杜鵑種子的萌發(fā)率分別顯著升高13.0%、17.2%和14.2%，萌發(fā)指數(shù)分別顯著升高26.3%、26.7%和18.8%；而CB2組(炭水比1∶15玉米芯炭浸提液)和CB3組(炭水比1∶7.5玉米芯炭浸提液)3種植物種子的萌發(fā)率降低。玉米芯炭浸提液處理組美容杜鵑種子的萌發(fā)時滯縮短2.5～3.4 d，萌發(fā)持續(xù)時間縮短1.9～2.6 d；羊躑躅種子的萌發(fā)時滯縮短0.1～1.9 d，萌發(fā)高峰期提前0.6～2.5 d，萌發(fā)持續(xù)時間增加0.1～1.9 d；馬纓杜鵑種子的萌發(fā)時滯縮短0.8～1.9 d，萌發(fā)高峰期提前2.5～3.6 d，萌發(fā)持續(xù)時間縮短2.1～4.7 d。與CK組相比，玉米芯炭浸提液處理組大白杜鵑種子的萌發(fā)率降低23.3%～34.8%，萌發(fā)指數(shù)降低21.1%～31.6%，萌發(fā)勢降低4.9%～21.9%。

表2 不同炭水比玉米芯炭和稻殼炭浸提液對4種杜鵑屬植物種子萌發(fā)的影響

與CK組相比，稻殼炭浸提液處理組美容杜鵑種子的萌發(fā)率顯著升高12.1%～13.4%，萌發(fā)指數(shù)顯著升高21.0%～26.3%，萌發(fā)勢降低0.7%～7.4%，萌發(fā)時滯縮短2.4～3.7 d，萌發(fā)持續(xù)時間縮短1.1～4.1 d；羊躑躅種子的萌發(fā)率升高8.3%～10.8%，萌發(fā)指數(shù)升高13.3%～20.0%，萌發(fā)時滯縮短0.8～2.0 d，萌發(fā)高峰期提前0.0～1.7 d，萌發(fā)持續(xù)時間增加1.0～2.0 d；馬纓杜鵑種子萌發(fā)率升高8.9%～16.9%，萌發(fā)指數(shù)升高12.5%～18.7%，萌發(fā)時滯縮短0.9～2.0 d，萌發(fā)高峰期提前1.3～3.4 d，萌發(fā)持續(xù)時間縮短1.0～2.2 d。與CK組相比，稻殼炭浸提液處理組大白杜鵑種子的萌發(fā)指標總體均受到抑制，RB3組(炭水比1∶7.5稻殼炭浸提液)大白杜鵑種子的萌發(fā)率降低26.2%，萌發(fā)指數(shù)降低21.0%，萌發(fā)勢降低6.6%。

比較而言，CB1組和RB1組(炭水比1∶30稻殼炭浸提液)美容杜鵑和馬纓杜鵑種子的萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)均顯著高于CK組，2組羊躑躅種子的萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)略高于CK組，且3種植物種子的萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)在2組間差異不顯著；RB2組(炭水比1∶15稻殼炭浸提液)和RB3組3種植物種子的萌發(fā)率分別顯著高于CB2組和CB3組，且CB2組和CB3組3種植物種子的萌發(fā)指標均受到抑制，而RB2組和RB3組3種植物種子的萌發(fā)指標均被促進。對大白杜鵑而言，3個玉米芯炭浸提液處理組的種子萌發(fā)均受到明顯抑制，RB3組的種子萌發(fā)也受到顯著抑制，而RB1組和RB2組種子萌發(fā)受到的抑制程度不顯著。

3 討論和結(jié)論

本研究結(jié)果表明：炭水比1∶30玉米芯炭和稻殼炭浸提液均能夠明顯提高美容杜鵑、羊躑躅和馬纓杜鵑種子的萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)，同時，縮短萌發(fā)時滯，萌發(fā)高峰期提前，說明低濃度的玉米芯炭和稻殼炭浸提液能夠有效促進這3種植物的種子萌發(fā)。然而，炭水比1∶15和1∶7.5玉米芯炭浸提液對這3種植物的種子萌發(fā)卻有抑制作用，且炭水比1∶7.5玉米芯炭浸提液的抑制作用更明顯，說明高濃度的玉米芯炭浸提液對3種植物的種子萌發(fā)具有抑制效應(yīng)，推測這可能與其具有較高的pH值和電導(dǎo)率有關(guān)[8]。另外，不同濃度玉米芯炭浸提液以及炭水比1∶7.5稻殼炭浸提液均顯著降低了大白杜鵑種子的萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)，表明大白杜鵑種子對玉米芯炭和稻殼炭浸提液更為敏感。

綜上所述，玉米芯炭和稻殼炭對杜鵑屬植物種子萌發(fā)的影響存在差異且影響效應(yīng)存在種間差異。其中，玉米芯炭對美容杜鵑、羊躑躅和馬纓杜鵑的種子萌發(fā)具有“毒物興奮效應(yīng)”(即低濃度促進、高濃度抑制)[9]，而稻殼炭浸提液可促進這3種植物的種子萌發(fā)；玉米芯炭和稻殼炭浸提液均可抑制大白杜鵑的種子萌發(fā)，且炭水比越高，抑制作用越強。本研究僅對不同濃度生物炭浸提液對4種高山杜鵑種子萌發(fā)狀況進行了研究，關(guān)于泥炭土和生物炭混合的實際效果尚不清楚，需要開展后續(xù)實驗進行進一步研究。