小黄花茶种子特性及种群生态特征的研究

唐 凤， 汪建文， 刘海燕， 邹天才

(1.贵州大学林学院， 贵阳 550025； 2.贵州科学院， 贵阳 550001；3.贵州省植物园， 贵阳 550004)

小黄花茶(CamellialuteofloraLi ex Chang)是发育较为原始的种子植物，1982年由中山大学张宏达教授系统分类于山茶亚属小黄花茶组贵州特有种，1988年，列为贵州省珍稀濒危保护植物[1]。小黄花茶花朵黄色、基部联合腋生或顶生，花期10—12月，蒴果球形或卵形，直径1 cm，果皮薄，子房1室偏多、少数3室、每室种子1粒，是山茶属(CamelliaL.)植物中除了金花茶组(Sect.ChrysanthaChangTax. Gen.Camellia)外，唯一开黄色花的稀有植物，仅分布于贵州省赤水市葫市镇金河村的河谷灌丛中，分布斑块不足1 km2，是重要的珍稀濒危物种和经济植物[2]。为有效保护其种质资源并合理开发应用，开展了小黄花茶种子特性及种群生态特征的研究，为科研和生产应用提供科学依据。

1 小黄花茶种子特性及其分布区概况

1.1 小黄花茶的种子特性

种子是种子植物生活史中的一个重要时期，是具有完善的保护结构以防御不良环境和有助于远距离散布的生命活体。种子繁殖是野生小黄花茶的主要繁殖方式，种子是其种群更新演替的基础。小黄花茶花果同期，种子在10月份成熟、直径约1 cm、油脂含量高、香味浓郁。在植物生命周期中的种子环节，无论是种子的形成、发育、散布还是种子萌发到成苗的过程都与周围环境密切相关，小黄花茶的生境气候湿热，授粉较为困难，结实率低。比较高的温湿度致使较多的微生物生长活跃和病虫害严重发生，且小黄花茶种子挂果期较长，种子成熟时间不一致，野生状态下种子的繁殖率极低[3]。

1.2 小黄花茶的种子散布传播

种子散布是指植物的种子成熟后离开母体繁殖演替的时空位移过程，其扩散机制不仅受遗传因子的影响，还受环境因子的影响，种子扩散包涵了时间和空间的位移。在空间上的扩散不仅影响植物分布区范围还影响着植物种群特征，受外界因素的影响大；在时间上的扩散一般指种子的休眠过程，植物通过合理的休眠来避开不利生长期和提高种子繁育能力，主要由植物的种质特性及其遗传多样性决定。小黄花茶的空间散布主要以重力及形态产生的位移传播和动物传播为主，小黄花茶种子本身具有重量，果实成熟以后外种皮很容易裂开，种子便以母株为中心、在种子重力和(或)风力作用下自然散落于母树周围土中萌发成苗，由于在其生态环境中有较多的鼠类和鸟兽动物喜爱小黄花茶种子，动物的活动、搬运及储藏使小黄花茶种子随之扩散，但扩散途中的猎食和损耗较大，能够幸存下来萌发成苗的种子寥寥无几。小黄花茶种子属于顽拗性种子，在时间散布上主要表现为休眠方式，一方面是种子在生理上达到萌发条件，另一方面也能够避开不利生长时期的竞争压力，以适应其植物的系统进化。野生小黄花茶结实率低，果实成熟时间长加之外界影响大，种子易出现未成熟即脱落、遭遇病虫多发情况，造成种源上的不足，再加上野生动物的喜好猎食，可散布种子数量逐渐减少，且分布区高山深谷重重、沟壑障碍严重，种子散布传播和扩散区域狭窄。

1.3 小黄花茶的分布区概况

小黄花茶自然分布于贵州西北部的赤水市葫市镇辖区的赤水河谷地带(28°20′～28°30′N，105°50′～107°10′E)，分布海拔240～1 060 m，紫色土pH值4.5～5.5，分布区面积大约2.14 km2，属中亚热带气候，亚热带湿润常绿阔叶林植被茂盛，年均气温18 ℃、积温6 000 ℃，年降水量1 200～1 300 mm，相对湿度85%～90%，水热条件良好。土壤为紫色土和部分因淋溶作用强而形成的黄壤，土层深厚、土质松软、含水量好，对植物生长及植被发育极为有利[4]。

2 样地调查与实验方法

2.1 样地设置与调查

2019年10月和2020年5月分别在赤水市葫市区小黄花茶集中分布的林区内，选择不同海拔、不同坡向的地区，分别设置6个实验样地，每个样地设置8个样方，3次重复进行观测实验研究，记录样地海拔高度、坡向、植被成分等综合特征(表1)，逐一观测并记录每个样地小黄花茶植株的株数、胸径、高度50 cm以下幼株比例等生态指标。

表1 小黄花茶野生种群生长状况及生态环境特征的调查统计Table 1 Investigation and statistics on the growth status and ecological characteristics of the wild population of C. luteoflora

2.2 种子特性及萌发特性的测定

2.2.1种子特性的测定

试验随机选取6个样地，将从样地采回的果实晾干后取出种子，测其千粒重、种子生活力以及不同处理条件下种子的萌发状况。

1) 种子的千粒重

随机抽取100粒种子为一个处理，每个样地3次重复。用百粒重的平均值乘10，计算种子千粒重。

2) 种子生活力的测定

种子生活力是指种子能萌发成苗的能力。实验通过(氯化三苯四氮唑)TTC染色法观察种子胚的染色情况测定种子活力。每个样地设置4组实验处理，每组50粒种子，3次重复。首先剥开种皮取出种仁，室温下温水浸泡4 h，沿胚轴切成两半，置于2个培养皿中，实验组加入TTC溶液，对照组用沸水煮后加TTC溶液，置于30 ℃恒温箱中染色30 min。冲洗后观察其染色状况。种子胚的1/2部位能够被染色为有生活力的种子，仅有少量染色或完全不被染色者则为无活力种子[5]。

2.2.2种子萌发特性的测定

种子休眠与萌发是其生命活动的两个关键时期，二者相互区别又相互联系，通常在了解种子休眠特性后采取相对应的措施打破其休眠使种子萌发。小黄花茶种子在播种前需要进行处理后种子才能萌发育苗。本试验通过对小黄花茶种子进行不同贮藏条件、不同层积时间、不同播种环境的试验处理，测定其发芽率、发芽势及其萌发特性。发芽率和发芽势是考量种子生活力的重要指标，监测到的发芽率和发芽势高，种子出苗率高、种子质量好。

发芽率(%)=(正常发芽种子数/参试种子总数)×100%；

发芽势(%)=(正常达到高峰时发芽种子数/参试种子总粒数)×100%。

1) 不同贮藏条件下小黄花茶种子萌发状况

设置常温贮藏、常温湿沙贮藏和高温湿沙贮藏3个实验处理，常温(10～15 ℃)、高温(25 ℃)2个温度梯度，贮藏时间30 d，然后播种检测其发芽率。

2) 不同层积时间下小黄花茶种子萌发状况

设置种子与湿沙混合比为1∶3的常温贮藏处理，处理水平分别为10 d、20 d和30 d，设对照组，然后播种，检测其发芽率。

3) 不同播种环境下小黄花茶种子萌发状况

试验设置3种不同的环境条件，即分别在原生地、清理枯枝落叶翻土林地和苗圃地播种，经过常温湿沙处理30 d的种子播种后，检测其发芽率。

2.3 空间分布格局的测定

调查测量小黄花茶空间分布格局的主要目的是了解其植株的个体分布特征及聚集程度[6]。本研究选用T检验法对小黄花茶野生种群的分布格局进行划分，种群分布格局的聚集程度采用负二项式参数(K)法、格林指数(GI)、丛生指数(IC)等方法进行测定[7-10]。

K<0时为均匀分布；08时为随机分布。

2.4 种群大小结构和存活曲线

种群的大小结构是种群数量动态变化及其种群与环境之间相互作用的客观反映，种群存活曲线是通过把存活个体数量特定年龄分组作图拟对其个体死亡趋势的客观预测。本研究采用种群的大小径级结构来代替其年龄结构，以2 cm胸径间隔划分胸径级，将所有不足胸高的林木看作是第0级的林木，统计其个体数。即设定第1级胸径为0～2 cm，第2径级2～4 cm，以此类推，统计调查样方中各径级的个体数，依据采集到的种群年龄结构的数据统计，以年龄级为横坐标，以各年龄的存活量(x)的对数值lnx为纵坐标绘制出存活曲线，即反映出一个种群所处的年龄结构发展阶段[11]。

2.5 分析方法

采集数据、图表使用SPSS 26.0软件及Excel软件分析处理。

3 结果与分析

3.1 样地调查结果分析

对设定的6个试验样地进行实地调查后，采集了小黄花茶植物生境和种群特征数据。选取的6个样地分别代表了不同林区位置和林分特征，具有不同的坡向和海拔，调查结果如表1所示 。在6个调查样地中，观音岩、神女瀑、黄泥沟、荃茶窝荡、桫椤王瀑布等5 个样地距离城镇偏远、生境植被状态原始自然，年平均气温偏低(17.40 ℃)、年平均湿度稍高(89.38%)，种子平均成熟率偏低(65.31%)。石缸岩地势相对平坦，与当地农户的农耕地毗邻接壤，年均气温偏高(18.50 ℃)、年均湿度稍低(85.00%)，种子平均成熟率较高(70.50%)。

3.2 小黄花茶的种子特性与散布特征

3.2.1种子千粒重

如表2所示，6个样地的小黄花茶种子千粒重差异不显著，P 1～P 6分别为2 354.88 g、2 337.13 g、2 483.13 g、2 540.50 g、2 494.25 g、2 488.13 g，平均值为2 449.67 g。种子的千粒重是检验种子质量的重要指标，小黄花茶开花到果实成熟大约需要11个月的时间，植物母体消耗大，母株所能提供的营养物质来源于生境土壤及其光合作用效能转换。因此，在野生条件下，自然形成的种子产量低，种源较为匮乏，种群繁衍困难，自然分布区狭窄受限。

表2 不同样地小黄花茶的种子千粒重Table 2 Comparison of 1 000-seed weight of C. luteoflora seeds in different plots

3.2.2种子生活力的测定

如表3所示，6个样地的小黄花茶种子生活力差异不显著，小黄花茶发育成熟的有效种子仅占66.17%，病虫危害损耗率占33.33%，发育不成熟的空壳率约占3.5%，可萌发种子数量少则萌发的幼苗就少，种群更新数量严重不足。

表3 不同样地小黄花茶种子生活力的比较 Table 3 Comparison of seed viability of C. luteoflora seeds in different plots 单位：%

3.3 小黄花茶的种子萌发特性及其生态特征

植物种子需要在内在条件和外在条件同时满足的情况下才能实现种子萌发，内在条件即种子自身具有发芽能力且无休眠影响，外在条件即种子萌发适宜温度、湿度、光环境等。

水平下差异不显著(p≤0.05)。

3.3.1不同贮藏条件下小黄花茶种子萌发状况

实验通过采用不同的贮藏条件处理小黄花种子，结果发现在不同的贮藏条件下，对小黄花茶种子的发芽影响极显著。

如图1所示，小黄花茶种子随着温度、湿度的提高，发芽率和发芽势都不断提高。常温条件(T=15 ℃)、常温湿沙(RH=65%)以及高温湿沙(T=25 ℃)的发芽率分别为4.67%、50.67%、73.33%。从中可以看出在常温下，湿沙贮藏的种子发芽率高达50.67%，说明小黄花茶种子对贮藏湿度敏感，当种子含水量较低时，容易造成种子丧失生活力。小黄花茶属于顽拗性种子，其储存条件与常规种子不同，常规种子的贮藏一般要求低温低湿，减轻种子呼吸，防止发生霉变。但小黄花茶种子却需要较高温湿度才能保证其高的生活力，在低湿的环境下容易造成种子短时间内过度失水，种子受损难以保持活性。在自然种群中，冬季降水少，小黄花茶种子暴露于空气中，空气湿度低，种子水分散失严重，种子活力降低，因此发芽率低，幼苗数量少，种群缺乏幼苗来源而难以扩散。

3.3.2不同层积时间下小黄花茶种子萌发状况

在常温条件下，层积时间对小黄花茶种子影响极显著(图2)。在温度和光照相同的情况下，小黄花茶种子的发芽率、发芽势随着层积时间的延长而提升。小黄花茶种子需要贮藏一段时间才能萌发，在野生环境条件下，小黄花茶种子在休眠期间，遭遇损耗的不确定因素多，种子安全渡过休眠期并萌发成苗的概率较低，这也是小黄花茶种群扩繁困难的重要原因。

3.3.3不同播种环境下小黄花茶种子萌发状况

如图2所示，原生地的种子出苗率仅为4.0%，而经整理后的林地播种、苗圃播种，种子出苗率可分别达到56.67%和76.0%，与原生地种子出苗率差异极显著。原因可能是经过整理后的林地和苗圃增加了人工管理，土壤松软，保水透气性好，种子基本无损耗且有利于种子萌发后的幼苗生根发芽。而原生地土壤板结，土壤保水透气性差，难以满足种子萌发需求，再加上种子萌发后的幼苗根系难以深入土壤，水肥供应不足、幼苗存活率低等诸多不利于种子出苗的环境因素，也是小黄花茶自然繁殖率极低的重要原因。

3.4 小黄花茶种群空间分布类型

调查6个样地中的小黄花茶种群空间分布，分析其集群强度之结果如表4所示。各样地中小黄花茶的方差/均值比均明显大于1，则可以判定6个样地内的小黄花茶种群为集群分布。但经T检验时，仅有P 4(荃茶窝荡样地)小黄花茶种群的t值大于t(0.05)，具有集群分布特征。其他实验样地内的小黄花茶种群的t值均小于t(0.05)，于是与方差均值比得到的集群分布结论相违背，即为随机分布。运用负二项式法，各样地的K值均大于0，且只有P 4的K值小于8，说明P 4样地属于集群分布，其他5个样地为随机分布。

表4 6个试验样地小黄花茶种群的空间分布格局分析Table 4 Spatial distribution pattern analysis of C. luteoflora population in 6 experimental plots

3.5 小黄花茶的种群结构动态及生态特征

种群大小级的分布能够直观地显示植物个体在其种群结构中的多少及其相互关系，种群大小级的数量变动，也能够反映出种群的年龄结构特征。从实验样地调查得到小黄花茶种群年龄结构分布(图3)及其存活曲线(图4)。

从图3可看出，样地P 1、P 2中主要分布在Ⅰ～Ⅳ级，幼龄树多，老龄树少，种群整体年龄偏幼龄化；P 3中主要集中分布在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，幼苗、成年树居多；P 4、P 5中成年树、老龄树居多。P 6是年龄结构较为完整的种群。

由图4可知，试验样点P 1、P 4、P 5的种群存活曲线略有凸型而接近于直线，即可视为稳定型种群； P 3种群的存活曲线呈明显凹型，即属于增长型种群。而P 2、P 6的种群存活曲线凸型特征突显，其种群凸显峰都皆在1级到2级时出现凸峰，可以认为在3级到4级时出现了死亡高峰期，为衰退型种群，这两个种群的1、2级实生幼苗所占比例都很高，P 6种群的年龄结构最完整，P 2、P 6种群还显示出稳定型特征，导致这种差异的主要原因可能与所选样地小黄花茶种群大小级的结构有关，种群大小级的缺失可能会导致其存活曲线出现偏差。

3.6 种群存活曲线的相关分析

植物种群生态学研究认为，稳定型种群和增长型种群的存活曲线符合负幂函数分布：y=ax-b，而下降种群的存活曲线则不符合负幂函数分布[12-13]，依据种群的大小级划分标准，对小黄花茶种群类型的划分，引入幂回归方程进行开展拟合分析，并用SPSS软件对生存曲线进行幂回归分析，其结果得表5。

表5显示，P 4、P 5两个样地的幂回归方程呈显著相关，P 1、P 2两个样地接近显著水平，但是P 3样地的种群存活曲线表现为衰退型种群，P 6样地的幂回归方程表现为不显著，但它们都遵循负幂函数分布规律。分析P 6回归不显著的原因，可能是对小黄花茶种群大小级的划分不精准导致自由度较低，采用幂函数区分稳定型种群和增长型种群来分析研究是比较困难，不过可以从方程指数的绝对值大小获得定量的比较结果。绝对值越小，则种群越稳定，反之则趋于增长。5个实验样地指数的绝对值从小到大依次为P 6、P 2、P 1、P 4、P 5，因此，可以认为小黄花茶种群的稳定性在依次退减而增长趋势依次增加，其中P 2、P 6的指数绝对值显著低于另外3个样地，这说明了其样地种群数量的增长型在减少，趋于衰退型。另外，从相关系数来看，6个样地中的小黄花茶种群大小级与其现有个体数表现出正相关性，即：随着植株胸径的增大其个体群的数量或密度出现增长的趋势。

表5 小黄花茶种群的大小级及现有个体密度的回归方程Table 5 Regression equation of size class and individual density of C. luteoflora populations

4 结论与讨论

通过对小黄花茶分布区6个自然样地的综合分析发现，仅有P 3实验样地的小黄花茶种群属于增长型种群，P 1、P 4、P 5属于稳定型种群，P 2、P 6种群则属于衰退型种群。结合原生境生态环境条件分析可以说明，小黄花茶物种濒危的主要原因，除了植物种群间的生物竞争之外，更与植株在成长过程中面临的环境压力有关，如光照、水分、土壤养分等环境因子的限制，以及植物群落中物种之间的相互作用、病虫侵害、野生动物危害(如鼠类、鸟类)、人为生产活动干扰因素等。这些因素严重地影响了小黄花茶的种子繁殖散布、幼龄苗木生长及其种群增长，长期环境压力下导致了小黄花茶的种群衰退及其物种濒危。

在实验样地调查中发现，除了荃茶窝荡样地小黄花茶种群空间分布格局为集群分布外，其他的5个样地，即观音岩、神女瀑、黄泥沟、桫椤王瀑布、石缸岩等小黄花茶种群的空间分布格局皆为随机分布，小黄花茶种群趋于衰退型，种群稳定性在减退，种群数量增长型在减少，其物种资源保护利用的重任与挑战依然存在。各个样地的种子千粒重均无明显差异，平均值为2 449.67 g。种子活力差异不显著，种子空壳率、病虫害发生率占比高，有萌发活力种子仅占60.00%～70.00%。可萌发种子数量少则萌发的幼苗就少，种群更新数量严重不足，种群繁衍和物种散布困难，这是其自然分布区狭窄的主要原因。

种子质量的好坏除了种质遗传特性外，就是植物对其生存环境响应的客观表现。小黄花茶种子生活力检测的结果表明，小黄花茶种子的空壳率和病虫害率高达3.5%和30.33%，说明在小黄花茶的原生境中，由于其气候温暖，降雨量大，高温高湿的情况下病虫害多发，温湿度偏大也促使植物体内酶生理活动活跃，种子不易保存易发霉使得种子损耗量大。同时，在特殊的生态环境中，温度湿度的变化及光生理的功能作用可能与其植物生殖生理响应的不协调，影响了植物授粉发育与结实生长，发育不成熟产生空壳种子，出现较高比例种子病虫害发生率和空瘪不成熟种子现象，导致小黄花茶种群幼苗骤减和物种濒危，这可为制定其物种的有效保护方案与合理利用技术研发提供科学参考。