賈風勤 鄧 利 蘭健花 黎良財

（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術學院，廣西 柳州 545004）

尋找可持續(xù)的經營措施以實現人工林生態(tài)系統在獲取經濟效益的同時又發(fā)揮其固碳釋氧、調節(jié)氣候環(huán)境等生態(tài)效益的目標，是當前人工林經營管理的主要任務。廣西是我國桉樹（Eucalyptusspp.）和杉木（Cunninghamialanceolata）主要生產區(qū)，長期以來，桉樹和杉木人工林普遍存在種植面積大、樹種單一、多代連栽、大面積皆伐等粗放經營方式，在很大程度上嚴重影響著人工林生態(tài)系統物質循環(huán)和能量流動，表現出生物量下降、土壤養(yǎng)分虧缺、物種多樣性減少、抵御氣候災害能力減弱等特點[1]。林下經濟產業(yè)是“循環(huán)經濟產業(yè)”的重要體現，林下種養(yǎng)殖模式如林畜（如林下養(yǎng)豬、養(yǎng)牛）[2-3]、林禽（如林下養(yǎng)雞、養(yǎng)鵪鶉等）、林藥（桉樹+ 雞骨草[4]、杉木+ 草豆蔻（Alpiniakatsumadai）[5]模式）等使人工林所產生的負面效應得到緩解和初步改善，為提高人工林地綜合產出率、助推林業(yè)發(fā)展轉型提供了思路和方法。林下養(yǎng)殖為動物生長提供良好生長環(huán)境，也為樹木提供氨等肥料，可創(chuàng)造更多經濟和生態(tài)效益。但人工林下可供家畜采食的草本植物還是相當有限的[6]，種植草本植物時，在考慮適地適草、家禽喜食性、營養(yǎng)成分的同時，還需充分考慮草本植物對環(huán)境的適應能力，因此，篩選適宜在桉樹、杉木林下生長且家禽喜食的飼料植物尤為重要。

莧菜（Amaranthustricolor）為莧科莧屬1年生草本植物，多見于農田、路邊等生境。莧菜籽粒中富含粗脂肪，可增強動物免疫力，莖、葉富含纖維及豐富的易于吸收的鈣、鐵等元素，適口性好[7-8]。莧菜以種子進行繁殖，每株結籽數量可達數千粒至上萬粒，在野外調查中觀察到在廣西1月尚有大量植株處于籽實成熟期，種子可在整個春季和盛夏萌發(fā)，在生長過程中對土壤氮磷淋失的阻控效果好，可通過C4植物獨特光合過程保證其在低CO2濃度下仍可進行光合作用，實現物質積累[9]，可通過提高葉綠素（Chl a+Chl b）含量、降低Chl a/Chl b比值等適應弱光環(huán)境[10]，從而保證了莧菜能夠很好地適應變化頻繁的環(huán)境。本研究通過開展莧菜種子萌發(fā)對環(huán)境改變的響應研究，以期為發(fā)展林下養(yǎng)殖提供優(yōu)質飼料植物、合理開發(fā)優(yōu)質莧屬植物資源和增加人工林下物種多樣性，為維持林地長期生產力和維護生態(tài)系統穩(wěn)定性提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

2021年12月下旬于廣西生態(tài)工程職業(yè)技術學院校園附近農田收集新成熟的莧菜種子，種子自然風干、去雜。為能準確分析室溫干藏對種子萌發(fā)的影響，在種子收集后10 d內進行萌發(fā)試驗。檸 檬 桉（Eucalyptuscitriodora）和 杉 木新鮮葉片于2021年12月采自廣西生態(tài)工程職業(yè)技術學院校園，收集新鮮葉片陰干，剪碎后備用。

1.2 處理

1.2.1 鮮葉浸提液試驗

參照李善魁等[11]的方法，取陰干、剪碎后的各樹種鮮葉50 g分別置于500 mL蒸餾水中，攪拌均勻，置于搖床上震蕩48 h后，用2層紗布過濾后再經2層中速濾紙過濾，得干物質含量為0.1 g/mL的母液。將此母液用蒸餾水稀釋配制成干物質含量分別為0.01、0.005 g/mL的溶液用于試驗處理，以蒸餾水處理為對照（CK）。

1.2.2 貯藏試驗

室溫干藏處理：將每50粒種子裝入1個10 cm ×10 cm紙袋內，置于23℃室溫條件下干燥貯藏；冷層積處理：將種子均勻放置鋪有2層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中，種子數量為50粒/皿，加入5 mL蒸餾水使種子處于浸濕狀態(tài)，置于4℃冰箱；室外埋藏處理：每50粒種子裝入1個10 cm ×10 cm的布袋中（種子袋），在苗木種植試驗地內選取平整、地面無植被的地塊作為種子埋藏點，在種子埋藏點埋入備好的種子袋，埋深約2 cm，做好標記，種子袋間距離約15 cm。所有處理下的種子每7 d取1次，第28天取完。

1.2.3 pH試驗

參照嚴文斌等[12]的方法，先將濃H2SO4和濃HNO3按照摩爾比為4∶1配制出母液，然后添加蒸餾水調節(jié)得到pH值為3.0、3.5、4.0和4.5的4個處理水平pH緩沖液，進行種子萌發(fā)試驗，以蒸餾水處理為對照（CK）。

所有種子萌發(fā)試驗于2022年1月初進行，將莧菜種子置于直徑為9 cm、鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中進行萌發(fā)試驗，所有試驗均在溫度30℃/25℃，光周期為12 h光照/12 h黑暗人工氣候箱中進行。每個處理水平均設5次重復，每次重復種子數均為50粒。

1.3 種子萌發(fā)指標

從置種之日開始，以胚根突破種皮1 mm為發(fā)芽標準，每天統計發(fā)芽種子數，第10天結束試驗。試驗期間根據需要補充對應濃度浸提液、相應pH值溶液和蒸餾水。本試驗測定的種子萌發(fā)指標包括發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數和日萌發(fā)率，具體計算公式為：

式中：Gt為第t天萌發(fā)的種子數，Dt為對應的發(fā)芽天數。Wt+1為第t +1天的種子萌發(fā)數，Wt為第t天的種子萌發(fā)數，N為種子萌發(fā)總數[13]。

1.4 數據處理

用Excel 2010進行數據基本計算并繪圖，通過SPSS 16.0（one-way ANOVA）對同一樹種不同濃度鮮葉浸提液、同一貯藏方式不同貯藏時間和不同pH溶液進行種子萌發(fā)各指標的方差分析，以Duncan's方差分析法進行差異顯著性分析，顯著性水平為0.05（ɑ= 0.05），擬合鮮葉浸提液濃度和種子最終萌發(fā)率的回歸模型。

2 結果與分析

2.1 不同樹種鮮葉水浸提液對種子萌發(fā)的影響

莧菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數對各樹種不同濃度鮮葉浸提液的響應差異較大（表1）。與對照相比，檸檬桉浸提液對莧菜種子的所有發(fā)芽指標均有顯著抑制作用（P＜0.05）（除0.005 g/mL 處理下的發(fā)芽率），且浸提液濃度越高抑制作用越強；當浸提液濃度為0.005 g/mL時，種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數與CK相比顯著降低了36.15%和21.77%，在濃度為0.1 g/mL時種子萌發(fā)幾乎完全受到抑制，且3個發(fā)芽指標均達到最低值，發(fā)芽率和發(fā)芽指數僅為2.00%和0.10，發(fā)芽勢幾乎為0；對莧菜種子萌發(fā)率（y）與浸提液濃度（x）間相關性進行回歸分析發(fā)現，兩者間存在極顯著的線性關系（P＜0.01），回歸方程為y=93.13-914.87x（R2=0.996），根據該模型，種子萌發(fā)率為0時檸檬桉浸提液濃度為0.102 g/mL，與本試驗濃度0.1 g/mL的結果非常接近，也由此回歸方程可知，浸提液濃度小于0.047 g/mL時將有超過50%莧菜種子能夠萌發(fā)。杉木浸提液對種子萌發(fā)沒有顯著影響，不同濃度處理下種子發(fā)芽率均大于95.00%，所有發(fā)芽指標與對照相比均無顯著差異。盡管2個樹種鮮葉浸提液不同程度影響著莧菜種子萌發(fā)，但莧菜種子最終萌發(fā)率均超過80%（除0.1 g/mL檸檬桉浸提液處理）。

表1 莧菜種子在不同樹種鮮葉浸提液處理下的發(fā)芽指標Table 1 Germination indicators of A.tricolor under different fresh leaf extract concentration

2.2 不同貯藏方式對種子萌發(fā)的影響

從發(fā)芽率來看，與對照相比，室外埋藏和冷層積2種貯藏方式下貯藏14 d處理能促進種子萌發(fā)，貯藏21 d對種子萌發(fā)的促進作用達到最高，而短時間（7 d）和長時間（28 d）均對莧菜種子萌發(fā)有抑制作用；室內干藏處理下種子萌發(fā)率隨貯藏時間增加，萌發(fā)率呈增加趨勢，貯藏28 d種子萌發(fā)率達最高為99.62%。室外埋藏的4個貯藏時間處理與對照間差異不顯著；冷層積處理7 d的莧菜種子萌發(fā)率顯著低于處理14 d和21 d的種子（P＜ 0.05），萌發(fā)率分別降低了4.80%和5.15%，與對照和其余2個處理間無顯著差異；室內干藏28 d的種子萌發(fā)率最高，貯藏7 d種子的萌發(fā)率最低為91.02%，且該處理下種子萌發(fā)率與其余各處理間存在顯著差異（P＜0.05）（圖1）。

從發(fā)芽勢來看，與對照相比，室外埋藏、冷層積和室內干藏處理能提高種子發(fā)芽勢（除冷層積和室內干藏7 d處理），有利于種子快速而整齊地萌發(fā)，其中對種子發(fā)芽勢提高程度最大的貯藏時間為14 d。各貯藏方式處理下，貯藏14、21、28 d處理的種子發(fā)芽勢顯著高于貯藏7 d和CK種子，但3個貯藏時間處理之間差異不顯著（圖1）。

圖1 莧菜種子在不同貯藏方式下的發(fā)芽指標Fig.1 Germination indicators of A.tricolor under different storagemethods

對發(fā)芽指數進行分析，與對照相比，各貯藏方式下4個貯藏時間處理對莧菜種子發(fā)芽指數均有不同程度的促進作用（除冷層積7 d處理），對種子發(fā)芽指數促進作用由強及弱的順序為貯藏14 d＞貯藏28 d＞貯藏21 d＞貯藏7 d。室外埋藏中埋藏14 d種子發(fā)芽指數顯著高于埋藏21 d和28 d，埋藏7 d和對照處理種子發(fā)芽指數顯著低于貯藏21 d和28 d處理（P＜ 0.05）；冷層積處理下，層積14 d和28 d種子發(fā)芽指數較層積21 d有顯著提高，而層積7 d和對照處理種子發(fā)芽指數較層21 d呈顯著下降（P＜0.05）；室內干藏處理下，從新鮮種子到貯藏28 d的5個時間的種子發(fā)芽指數依次為20.81、18.21、39.04、26.89和36.08，其中貯藏14、28、21 d的種子發(fā)芽指數間差異顯著，且均顯著高于貯藏7 d和對照（P＜ 0.05）（圖1）。

2.3 不同p H值對種子萌發(fā)的影響

莧菜在pH 3.0～4.5處理下，種子發(fā)芽率均高于97.00%，且發(fā)芽率總體上隨酸性增強（pH值降低）而升高（圖2），各處理與對照間差異不顯著。種子在pH為3.0、3.5、4.0和4.5時的發(fā)芽率較對照（發(fā)芽率為96.57%）分別增加了1.46%、0.74%、1.48%和1.53%。種子發(fā)芽勢在pH為3.0和3.5時與對照間差異達到顯著水平，發(fā)芽勢分別為88.09%和85.82%，較CK增加了24.83%和21.61%；pH為4.0和4.5時，發(fā)芽勢略有降低，但與對照相比無顯著差異。隨著溶液酸性逐漸增強，莧菜種子的發(fā)芽指數逐漸增加，當pH為3.0時，種子發(fā)芽指數最高為24.38（P＜0.05）。

圖2 莧菜種子在不同p H處理下的發(fā)芽指標Fig.2 Germination indicators of A.tricolor under different pH values

2.4 不同處理對種子萌發(fā)進程的影響

由圖3可知，通過對莧菜種子日萌發(fā)動態(tài)觀測發(fā)現，2種經濟樹種鮮葉浸提液處理中，莧菜種子在置種后第2天即有超過50%的種子萌發(fā)（除0.01 g/mL和0.1 g/mL檸檬桉鮮葉浸提液處理），第3天種子萌發(fā)的數量急劇下降，第6天后萌發(fā)基本趨于穩(wěn)定；其中，0.1 g/mL檸檬桉浸提液造成莧菜種子延遲萌發(fā)至置種后第10天，且僅有極少量種子萌發(fā)。不同貯藏處理中，3種貯藏方式下，貯藏14 d和28 d使種子初始萌發(fā)時間提前了1 d，且置種后第1天即達到日萌發(fā)高峰期，均有超過50%的種子萌發(fā)，置種后第4天萌發(fā)基本結束；貯藏21 d同樣使種子萌發(fā)初始時間提前至置種后第1天，但種子日萌發(fā)高峰期出現在置種后第2天，萌發(fā)持續(xù)至第8天。貯藏7 d的種子與對照處理種子均在置種后第2天開始萌發(fā)，且達到日萌發(fā)率最高值，置種后第5天萌發(fā)趨于結束。不同pH處理中，種子日萌發(fā)高峰期與鮮葉浸提液相一致，但初始萌發(fā)時間和發(fā)芽結束時間均有所變化；其中，所有pH處理下，置種后第1天即觀察到莧菜種子萌發(fā)，但萌發(fā)數量很少，在置種后第5天種子萌發(fā)基本結束；同時，pH為3.0～4.0處理能顯著增加置種后第2天發(fā)芽種子數。

圖3 不同處理下莧菜種子萌發(fā)進程Fig.3 Germination processof of A.tricolor under different treatments

3 結論和討論

莧菜種子在檸檬桉和杉木鮮葉浸提液處理下均能正常萌發(fā)（除0.1 g/mL檸檬桉鮮葉浸提液），發(fā)芽率超過80.00%；在不同貯藏處理下莧菜種子各發(fā)芽指標均較高，貯藏14 d和28 d更有利于種子萌發(fā)；莧菜種子具有較寬的pH耐受范圍，酸性增強有利于種子快速、整齊和較早地萌發(fā)；在各樹種鮮葉浸提液處理下，莧菜種子在置種后第2天開始萌發(fā)并達到萌發(fā)高峰；在不同pH處理下，置種后第1天種子即萌發(fā)，萌發(fā)高峰期在置種后第2天出現；3種貯藏處理下，貯藏14、21 、28 d種子初始萌發(fā)時間為置種后第1天，其中貯藏14、28 d種子日萌發(fā)高峰期為置種后第1天，貯藏21 d種子日萌發(fā)高峰期為置種后第2天，貯藏7 d的種子在置種后第2天開始萌發(fā)且達日萌發(fā)高峰期。莧菜種子萌發(fā)具有對檸檬桉、杉木化感作用不敏感、高酸性環(huán)境下高萌發(fā)以及耐貯藏的特點，可考慮用作發(fā)展林下種養(yǎng)殖的飼料植物進行播種。

化感作用是自然界中普遍存在的一種現象，化感作用研究涉及多個領域如雜草防治、生物多樣性維持等，如利用杉木粉能有效去除兩種赤潮藻，對控制赤潮有一定應用前景[14]，李欣欣等[15]研究發(fā)現毛竹根際土浸提液能促進杉木種子萌發(fā)，為毛竹和杉木混交林大面積種植提供科學依據。普遍存在于樹枝、樹皮和葉片等植物器官中的水溶性化感化合物可通過淋洗、植物殘體分解等方式釋放到周圍環(huán)境中，直接對自身或其他植物種子萌發(fā)、幼苗生長等起到抑制作用。有研究表明，尾巨桉（E. urophylla×E. grandis）葉片水浸提液在較高濃度（0.1 g/mL）時使楓香和火力楠種子發(fā)芽率顯著下降[16]；檸檬桉鮮葉中的萜烯類物質可抑制兵豆屬植物種子萌發(fā)[17]；本試驗結果表明，檸檬桉鮮葉浸提液造成莧菜種子發(fā)芽率顯著降低，但仍有超過80.00%的種子可以萌發(fā)（除0.1 g/mL檸檬桉浸提液），這與曹潘榮等[18]通過對檸檬桉鮮葉水浸提液對農作物如蘿卜、水稻，農田雜草如馬唐（Digitariasanguinalis）、狗尾草（Setariaviridis）和入侵植物如三葉鬼針草（Bidens pilosa）等種子萌發(fā)都有顯著抑制作用的結論相一致。杉木凋落物、鮮葉、根系水浸提液中含有香草醛、阿魏酸等化感物質，對植物作用的基本特征是抑制種子萌發(fā)[19]，本研究結果顯示，杉木鮮葉水浸提液對莧菜種子萌發(fā)的抑制作用非常微弱，整體表現為促進作用，所有濃度處理下均有95%以上的種子可萌發(fā)，這與馬祥慶等[20]對杉木人工林自毒作用的研究結論也有較大差異，也表明莧菜種子在萌發(fā)過程中對杉木釋放的化感物質不敏感。本試驗表明莧菜在2個樹種鮮葉浸提液處理下能正常萌發(fā)，對化感物質有較高的耐受性，可在維持林下物種多樣性方面發(fā)揮一定作用。

水浸提法是研究植物化感作用的常用方法，水浸提液濃度的高低是化感作用對植物種子萌發(fā)影響的關鍵數量指標[21]，化感物質對種子萌發(fā)的“濃度效應”通常表現為“低促高抑”。但并非所有研究結果都與這種常見的高濃度抑制、低濃度促進的普遍規(guī)律相一致，在本研究中觀察到檸檬桉鮮葉浸提液對莧菜種子萌發(fā)有顯著抑制作用，抑制強度隨濃度增加而增加，這與夏虹等[22]對紫莖澤蘭（Eupatoriumadenophorum）種子發(fā)芽率隨桉樹化學成分1,8-桉葉油素水溶液濃度增加顯著降低的結論相一致。本研究中還觀察到杉木鮮葉浸提液促進莧菜種子萌發(fā)，濃度為0.1 g·mL-1時促進作用最明顯，達到98.05%，但3個濃度均未為對種子萌發(fā)造成顯著影響。對于檸檬桉和杉木鮮葉浸提液對莧菜種子萌發(fā)的這種濃度效應，有待深入研究。

土壤種子庫是植被更新種源的提供者，種子散布后或貯藏于凋落物層，或埋藏于土壤表層或土壤基質中，形成瞬時種子庫或持久種子庫，也是植物對不可預測環(huán)境做出的風險分攤策略。研究表明一年生植物通常形成持久種子庫和瞬時種子庫避免種群滅絕的風險[23]，如一年生植物狗尾草的持久種子庫[24]和長芒草（Stipabungeana）[25]的瞬時種子庫。在本試驗中，室內干藏和冷層積處理表明莧菜種子無休眠現象，室外埋藏處理28 d后的種子可在置種后第1天或第2天有超過50%的種子萌發(fā)，理論上而言，莧菜種子在土壤中傾向于形成瞬時種子庫。但有關種子形態(tài)、重量和土壤種子庫關系研究表明，重量小于3 mg的小粒、近圓球形種子易于形成持久種子庫[26]，莧菜種子千粒重為0.452 g，種子近球形，依據前人研究結果，其也可能形成持久種子庫，因此，還需通過試驗進一步研究其是否存在持久種子庫。

土壤酸堿度常會成為影響植物生長的限制因子。前人的研究表明，不同物種種子萌發(fā)對環(huán)境酸堿度的響應是有差異的，pH較高或較低的環(huán)境通常都不利于種子萌發(fā)，pH 為8時入侵雜草銀膠菊（Partheniumhysterophorus）種子不能萌發(fā)[27]；草原毒草醉馬草（Achnatheruminebrians）種子在pH ＜4的酸性環(huán)境下，發(fā)芽率僅為20.00%[28]。還有很多物種種子的萌發(fā)對pH的適應范圍很廣，入侵植物意大利蒼耳（Xanthiumitalicum）在pH=2和pH=12的強酸/強堿條件下，種子萌發(fā)數量超過75%；在本試驗中，莧菜在pH為3.0～4.5酸性條件下種子可正常萌發(fā)，萌發(fā)率均高達97.00%以上，較強的酸性環(huán)境能更好地促進種子萌發(fā)，這與錦蔡（Malva parviflora）種子在酸性環(huán)境下萌發(fā)率高的研究結果[29]相似，也與結縷草（Zoysia japonica）種子隨酸度增加（pH值降低）發(fā)芽率增加的結論[30]相一致，并且強酸性處理液使莧菜種子初始萌發(fā)時間較CK提前了1 d，表明高酸性環(huán)境不但能促使種子更多地萌發(fā)，還能促進種子更早萌發(fā)，這在一定程度上反映了莧菜具有在土壤酸化嚴重加劇的人工林中正常生長的潛力。