高寒退化草地恢复中种子包衣对出苗的影响

刘迎春，向畑恭男

(1.青海畜牧兽医职业技术学院，青海 湟源 812009； 2.日本高知工科大学物质环境科学系，日本 高知 780-0000)

青藏高原高寒草地占高原总面积的58%[1]。由于过牧、特殊的气候和其他因素，高寒草地出现了不同程度的退化，青海省退化草地占草地总面积的33%[2]。该地区草地生态环境的相对稳定状态，历经了漫长的过程，一旦破坏很难自然恢复[3]，建植栽培草地是恢复退化草地的重要途径。禾本科和莎草科植物是青海省高寒草地的建群种和优良牧草[4]。由于莎草科植物特殊的发芽和幼苗生长特性，建植栽培草地中尚未采用莎草科植物[5]。披碱草属多年生草种已经驯化为牧草品种[6-7]，目前广泛应用于栽培草地建植和饲草生产中，经过几十年的改良，草地生态环境得到了一定程度的恢复[8-10]。高寒草地土壤水分直接影响种子萌发和幼苗生长[4，11]，进而影响草地建植。然而该地区的主要气候特征是干旱，65%的地区年降水量300 mm，其余35%的地区为500 mm[3]。如何使种子充分利用有限的土壤水分，确保种子萌发和幼苗生长，本研究尝试包衣牧草种子来达到此目的。

种子包衣的作用包括灭除杂草、生物防治病虫害、施种肥、施用生长调节剂、控制播种和种子特异型处理等[12]。包衣材料的作用机理是包裹种子90%以上的表面积，包衣材料在土壤中吸水膨胀却不溶解,在种子萌发过程中，缓慢释放有效成分,在种子周围创造一种小环境,协助萌发和幼苗生长[13]。恢复高寒退化草地中，采用牧草种子包衣技术来改善其周围的土壤水分的研究鲜见报道[12]。本研究旨在研究植物来源的亲水性胶类包衣材料对牧草种子萌发和出苗的影响。

1 材料与方法

1.1试验材料 试验用牧草种子垂穗披碱草(Elymusnutant)和山野豌豆(Viciaamoena)均由青海省畜牧兽医职业技术学院种子库提供。

1.2种子包衣材料和包衣方法 包衣材料是源于植物的亲水胶和藻粉组成，亲水胶包括黄原胶、羧甲基纤维素钠、角叉胶和小麦粉。该单细胞海洋自养微藻(Phaeocystissp.neconon-1)采自日本冲绳岛，在添加Eppley’s营养液的人工海水中培养，光照1 600 lx、室温、持续充气，4周后，离心过滤收集，淡水冲洗4遍，脱盐，65℃烘干，研磨成粉末。藻体质量的50%是细胞外多糖包膜(糖被)，具有很强的吸水性，藻体60%为有机物，37%为无机物[14]。用上述亲水胶和藻粉混合制成4种混合物，成分详见表1。混合物比单一成分的粘合度好，利于包衣。用4种包衣混合物手工完成2种牧草种子的包衣。

表1 4种包衣混合物的成分 %

1.3试验方法

1.3.1不同包衣混合物对种子萌发的影响 本试验在培养箱(NK System LH 220 SP 22F-A4P)中进行。首先将培养箱设定为25℃、光照16 h，50粒未包衣种子置于培养皿中的土壤上，水分饱和，每天观察发芽，胚根长度为1 mm的种子视为发芽，从培养皿中剔除，持续观察10 d并统计种子发芽率。试验重复3次。

将4种不同混合物包衣的种子各50粒以及50粒未包衣种子置于培养皿中的土壤上，培养箱设定为16 h光照期内温度为15℃、8 h黑暗期内温度为5℃，每个培养皿的土壤体积为50 cm×50 cm×2 cm，播种时每个培养皿给水40 mL，之后每天给水5 mL，经测定，这种给水方式可保持土壤水分15%～18%，此温度、光照和土壤水分模拟高寒草地春季的气候条件[15]。每天观察出苗，胚芽鞘的长度为1 mm时视为种子出苗，从培养皿中剔除，持续观察45 d，统计种子最大出苗率。试验重复3次。

1.3.2包衣混合物的持水力测定 测定4种包衣混合物的胶体在一定时间和温度下含水量的变化，即持水力。称量4种混合物各0.5 g，加水1 mL，混合物吸水饱和后成为胶体。称量0.5 g 1.3.1中的土壤，加水1 mL，土+水混合物作为对照。将4种胶体和土+水混合物置于40℃的烘箱中，每30 min称量胶体和土+水混合物的质量。试验重复3次。

1.4数据处理和统计分析方法 研究使用SAS 8.0(SAS Institute Inc.,Cary,NC,USA)进行统计分析。

种子出苗率符合逻辑斯蒂方程：

Y=K/(1+ae-rt)

(1)

式中，Y为出苗率(%)，t为时间，r为种子出苗速率，K为最大出苗率(%)，(lna)/r是种子出苗率达到半数的时间(d)。

烘箱内包衣混合物胶体含水量变化符合指数方程：

W=W0e-bt

(2)

式中，W为胶体瞬时含水量(g)，W0为胶体初始含水量(g)，t为时间(h)，b为胶体含水量变化速率(g/h)，可用b表示各种包衣混合物胶体的持水力。

采用Excel制图，分析胶体持水力b与包衣种子出苗率和出苗速率的相关关系。

2 结果与讨论

2.1包衣种子的出苗 未包衣种子在25℃、光照16 h、水分饱和条件下，发芽率分别为86%和88%(表2)。但在模拟高寒草地春季气候的条件下，两种牧草的未包衣种子出苗率分别为38%和24%。刘迎春和Limnach[16]曾报道青藏高寒草甸区(海拔3 900 m)垂穗披碱草出苗率为40%，证明此模拟条件与当地春季的气候很近似。而种子包衣后，出苗率和出苗速率均高于未包衣种子，垂穗披碱草种子出苗率为60%～80%，出苗速率为0.527～0.806；山野豌豆的出苗率为48%～82%，出苗速率为0.461～0.800，1号混合物包衣的垂穗披碱草的出苗率达到80%，山野豌豆达到82%，都接近了它们的发芽潜力。可以推断在恢复高寒退化草地实践中，可以采用种子包衣技术。包衣种子出苗率达到半数的时间均比未包衣种子短，它们能提早出苗、迅速覆盖地面。因此，可以利用种子包衣技术调控牧草种的比例，使优良牧草成为优势种，抑制杂草的生长。

表2 2种牧草种子的发芽潜力、未包衣和包衣种子在模拟高寒草地条件下的出苗率和逻辑斯蒂方程系数

包衣聚合物决定种子萌发和出苗，吸水性聚合物能够缓慢持续地释放水分，为胡萝卜(Daucuscarotavar.sativa)种子萌发和出苗所利用[17]；油菜(Brassicanapus)种子出苗率比对照高80%，菜籽增产38%[18]；包衣为水稻(Oryzasativa)种子释放水分的同时，还能提高真菌杀灭剂的药效[19]。在潮湿的土壤中，用疏水聚合物包衣大豆(Glycinemax)种子，可以减少种子吸入的水分，保护种子提高出苗[20]。但是，吸水性聚合物包衣种子并非都有利于提高种子萌发和出苗，Mangold和Sheley[21]观察发现，用工业聚合物包衣冰草(Agropyrconcristatum)种子时，出苗率下降了160%，这些包衣材料与种子争夺水分，甚至使种子脱水死亡。同样的包衣材料处理不同多年生禾本科牧草和小灌木种子时，效果相差甚远[22]。本研究采用植物来源的包衣材料，没有与种子争夺水分，也适合于垂穗披碱草和山野豌豆，证明高寒草地条件下可以采用这些包衣材料。有研究报道，在自然条件下包衣种子出苗率高于试验室条件下的出苗率[22]，所以有必要在高寒草地重复本研究。

2.2包衣混合物的持水力 包衣混合物胶体在40℃烘箱内含水量变化符合指数方程，每种混合物胶体指数方程的系数及其相关性系数列于表3。持水力b值与胶体水分下降速度呈反比。4种混合物的b值均高于对照，表明混合物胶体的持水力高于对照。而且1号至4号混合物的b值不同，从大到小依次为1号>2号>3号>4号，其持水力表现为1号>2号>3号>4号。1号和2号包衣混合物的羧甲基纤维素钠的比例较高，3号和4号的小麦粉成分可能不利于其持水力(表1)。废纸浆、藻粉和林木种子混合播种时，混合物中藻粉比例决定了其持水力不同[23]。

表3 包衣混合物胶体的质量变化指数方程及其系数

2.3包衣混合物胶体持水力与种子出苗率和出苗速率的相关性分析 表4列出两种牧草种子的出苗率(k)、出苗速率(V)与持水力(b)的相关性。两种牧草用4种混合物包衣种子的出苗率、出苗速率和达到半数出苗率的时间，都因包衣混合物而不同，1号至4号包衣混合物的持水力，以及包衣种子的出苗率和出苗速率从大到小依次为2号>1号>3号>4号。垂穗披碱草的出苗率、出苗速率与持水力均呈极显著的线性正相关，山野豌豆的出苗率、出苗速率也与持水力呈显著的正线性相关，表明包衣种子的萌发出苗，取决于包衣混合物的持水力。废纸浆+藻粉混合物的持水力与林木种子出苗率呈正相关[23]。可以推断在模拟高寒草地春季气候条件下，包衣混合物不仅能够吸收、保持水分，而且还能够为种子萌发的生理过程中提供水分，是种子萌发和出苗的决定条件。

表4 两种牧草种子的出苗率和出苗速率与包衣混合物胶体持水力相关性分析

3 小结

在模拟高寒草地条件下，包衣种子的出苗率和出苗速率均高于未包衣种子，因为包衣混合物能够吸收和保留土壤水分，在种子萌发的生理过程中为其持续地提供水分。包衣是种子萌发和出苗的决定条件，采用本研究的包衣材料可以改善退化草地恢复中的种子出苗，调控草地牧草种的比例。有必要在高寒草地实地重复本研究。为了在生产实践中推广此项包衣技术，还应该寻找当地容易获取的、价格低廉的包衣材料，研究相应的包衣技术。

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