2种生物炭浸提液对4种杜鹃属植物种子萌发的影响

卜晓莉， 姬慧娟， 马文宝，①， 薛建辉，3

〔1. 南京林业大学 南方现代林业协同创新中心， 江苏 南京210037；2. 四川省林业科学研究院 森林和湿地生态恢复与保育四川重点实验室， 四川 成都 610081；3. 江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园)， 江苏 南京 210014〕

生物炭为含碳量丰富的生物质在350 ℃～900 ℃低氧条件下热解得到的碳质材料，具有孔隙度高、保水性好和无病原体等优点，为可再生的植物栽培基质[1]。然而，生物炭在炭化过程中可能会形成多环芳烃或挥发性有机物等毒性化合物，对植物产生毒性效应[2]。无土培养法可评估生物炭对植物的毒性效应[3]，适用于早期植物毒性检测[4-5]。目前，研究者主要使用农作物和草本植物进行生物炭的植物毒性效应评估[6-7]，但不同植物的生物学特性各异，评估结果差异较大。

杜鹃属(RhododendronLinn.)植物在播种育苗时需要使用大量的泥炭土，但由于过度开采，泥炭土资源正面临耗尽的危险，因此，寻找泥炭土的合适替代品迫在眉睫。为此，采用无土培养法研究了不同炭水比玉米芯炭和稻壳炭浸提液对杜鹃属植物美容杜鹃(R.calophytumFranch.)、羊踯躅〔R.molle(Blume) G. Don〕、马缨杜鹃(R.delavayiFranch.)和大白杜鹃(R.decorumFranch.)种子萌发特性的影响，从而评估玉米芯炭和稻壳炭对杜鹃属植物种子萌发的毒性效应。

1 材料和方法

1.1 材料

于2019年4月至6月分别在4种杜鹃属植物的自然种群中选择生长健壮且无病虫害的壮年母株20株，做好标记；于同年11月采集蒴果，自然风干，待蒴果裂开后收集种子。其中，美容杜鹃和大白杜鹃种子采自四川省石棉县栗子坪乡孟获城(东经102°21′15.37″、北纬28°52′48.65″，海拔2 750 m)，马缨杜鹃和羊踯躅种子采自贵州省纳雍县勺窝乡翠云山庄(东经105°16′39.42″、北纬26°43′05.98″，海拔1 857 m)。

玉米芯炭和稻壳炭购自河南三利新能源有限公司，最高热解温度为500 ℃。

1.2 方法

1.2.1 生物炭浸提液的制备 分别称取5、10和20 g玉米芯炭和稻壳炭，加入150 mL去离子水，混匀，150 r·min-125 ℃恒温振荡2 h，抽滤，得到炭水比(m∶V)分别为1∶30、1∶15和1∶7.5的玉米芯炭和稻壳炭浸提液，作为处理液。以去离子水为对照(CK)，各组处理液的pH值和电导率见表1。

1.2.2 种子萌发实验 选取饱满、无破损的种子，均匀摆放在垫有2层滤纸的培养皿中，每皿50粒种子，分别加入各处理液5.0 mL，置于光照时间12 h·d-1、光照度3 000 lx、昼温20 ℃和夜温10 ℃的培养箱中培养，每日补充处理液1.5 mL。每组各3个重复。以胚根突破种皮作为种子萌发的标准，每日统计发芽种子数，记录实验开始到第1粒种子萌发持续的天数(即萌发时滞)、实验开始到萌发种子数最多日持续的天数(即萌发高峰期)以及第1粒种子萌发到最后1粒种子萌发持续的天数(即萌发持续时间)。实验共持续38 d，根据统计结果计算种子的萌发率、萌发指数和萌发势，其中，萌发率=(萌发种子总数/供试种子总数)×100%，萌发指数为萌发期内每日萌发种子数与萌发天数比值的总和，萌发势=(最高日萌发种子数/供试种子总数)×100%。

表1 不同炭水比玉米芯炭和稻壳炭浸提液的pH值和电导率

1.3 统计分析

采用SPSS 13.0软件对数据进行统计分析、双因素方差分析(two-way ANOVA)和差异显著性分析(LSD法)。

2 结果和分析

实验结果(表2)表明：与CK组(去离子水，对照)相比，CB1组(炭水比1∶30玉米芯炭浸提液)美容杜鹃、羊踯躅和马缨杜鹃种子的萌发率分别显著升高13.0%、17.2%和14.2%，萌发指数分别显著升高26.3%、26.7%和18.8%；而CB2组(炭水比1∶15玉米芯炭浸提液)和CB3组(炭水比1∶7.5玉米芯炭浸提液)3种植物种子的萌发率降低。玉米芯炭浸提液处理组美容杜鹃种子的萌发时滞缩短2.5～3.4 d，萌发持续时间缩短1.9～2.6 d；羊踯躅种子的萌发时滞缩短0.1～1.9 d，萌发高峰期提前0.6～2.5 d，萌发持续时间增加0.1～1.9 d；马缨杜鹃种子的萌发时滞缩短0.8～1.9 d，萌发高峰期提前2.5～3.6 d，萌发持续时间缩短2.1～4.7 d。与CK组相比，玉米芯炭浸提液处理组大白杜鹃种子的萌发率降低23.3%～34.8%，萌发指数降低21.1%～31.6%，萌发势降低4.9%～21.9%。

表2 不同炭水比玉米芯炭和稻壳炭浸提液对4种杜鹃属植物种子萌发的影响

与CK组相比，稻壳炭浸提液处理组美容杜鹃种子的萌发率显著升高12.1%～13.4%，萌发指数显著升高21.0%～26.3%，萌发势降低0.7%～7.4%，萌发时滞缩短2.4～3.7 d，萌发持续时间缩短1.1～4.1 d；羊踯躅种子的萌发率升高8.3%～10.8%，萌发指数升高13.3%～20.0%，萌发时滞缩短0.8～2.0 d，萌发高峰期提前0.0～1.7 d，萌发持续时间增加1.0～2.0 d；马缨杜鹃种子萌发率升高8.9%～16.9%，萌发指数升高12.5%～18.7%，萌发时滞缩短0.9～2.0 d，萌发高峰期提前1.3～3.4 d，萌发持续时间缩短1.0～2.2 d。与CK组相比，稻壳炭浸提液处理组大白杜鹃种子的萌发指标总体均受到抑制，RB3组(炭水比1∶7.5稻壳炭浸提液)大白杜鹃种子的萌发率降低26.2%，萌发指数降低21.0%，萌发势降低6.6%。

比较而言，CB1组和RB1组(炭水比1∶30稻壳炭浸提液)美容杜鹃和马缨杜鹃种子的萌发率和萌发指数均显著高于CK组，2组羊踯躅种子的萌发率和萌发指数略高于CK组，且3种植物种子的萌发率和萌发指数在2组间差异不显著；RB2组(炭水比1∶15稻壳炭浸提液)和RB3组3种植物种子的萌发率分别显著高于CB2组和CB3组，且CB2组和CB3组3种植物种子的萌发指标均受到抑制，而RB2组和RB3组3种植物种子的萌发指标均被促进。对大白杜鹃而言，3个玉米芯炭浸提液处理组的种子萌发均受到明显抑制，RB3组的种子萌发也受到显著抑制，而RB1组和RB2组种子萌发受到的抑制程度不显著。

3 讨论和结论

本研究结果表明：炭水比1∶30玉米芯炭和稻壳炭浸提液均能够明显提高美容杜鹃、羊踯躅和马缨杜鹃种子的萌发率和萌发指数，同时，缩短萌发时滞，萌发高峰期提前，说明低浓度的玉米芯炭和稻壳炭浸提液能够有效促进这3种植物的种子萌发。然而，炭水比1∶15和1∶7.5玉米芯炭浸提液对这3种植物的种子萌发却有抑制作用，且炭水比1∶7.5玉米芯炭浸提液的抑制作用更明显，说明高浓度的玉米芯炭浸提液对3种植物的种子萌发具有抑制效应，推测这可能与其具有较高的pH值和电导率有关[8]。另外，不同浓度玉米芯炭浸提液以及炭水比1∶7.5稻壳炭浸提液均显著降低了大白杜鹃种子的萌发率和萌发指数，表明大白杜鹃种子对玉米芯炭和稻壳炭浸提液更为敏感。

综上所述，玉米芯炭和稻壳炭对杜鹃属植物种子萌发的影响存在差异且影响效应存在种间差异。其中，玉米芯炭对美容杜鹃、羊踯躅和马缨杜鹃的种子萌发具有“毒物兴奋效应”(即低浓度促进、高浓度抑制)[9]，而稻壳炭浸提液可促进这3种植物的种子萌发；玉米芯炭和稻壳炭浸提液均可抑制大白杜鹃的种子萌发，且炭水比越高，抑制作用越强。本研究仅对不同浓度生物炭浸提液对4种高山杜鹃种子萌发状况进行了研究，关于泥炭土和生物炭混合的实际效果尚不清楚，需要开展后续实验进行进一步研究。