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    鹽堿脅迫對紫花苜蓿和草木樨發(fā)芽及出苗的影響

    2017-12-01 10:20:14,,
    種子 2017年8期
    關(guān)鍵詞:草木樨鹽堿出苗率

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    (太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院, 山西 太原 030024)

    鹽堿脅迫對紫花苜蓿和草木樨發(fā)芽及出苗的影響

    盧垟杰,劉淑慧,郭建忠,李森

    (太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院, 山西 太原 030024)

    為選擇適宜在鹽堿土上種植的牧草種類,合理開發(fā)和利用鹽堿地資源,分別進(jìn)行室內(nèi)發(fā)芽和室外出苗試驗(yàn),研究鹽堿脅迫對紫花苜蓿和草木樨發(fā)芽及出苗的影響。結(jié)果表明,各個(gè)濃度模擬鹽堿脅迫均對紫花苜蓿的發(fā)芽有抑制作用;50 mmol/L鹽溶液和5 mmol/L堿溶液對草木樨發(fā)芽有促進(jìn)作用,150~250 mmol/L鹽溶液和5~25 mmol/L堿溶液其發(fā)芽有抑制作用。研究同時(shí)表明,紫花苜蓿適宜種植于極輕度鹽化土壤和極輕~輕度堿化土壤(pH值為8~9,EC為0.2~0.7 mS/cm);草木樨則適宜種植于輕度~重度鹽化土壤和中度~重度堿化土壤(pH值為9~10,EC為0.7~1.6 mS/cm)。

    牧草; 鹽堿脅迫; 發(fā)芽率; 出苗率

    大同盆地位于山西省北部,土地面積廣闊,畜牧業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ?,但是盆地?nèi)土壤鹽堿化現(xiàn)象嚴(yán)重,作物出苗率低、生長困難、產(chǎn)量低[1-3]。若能選擇鹽堿耐性好的牧草進(jìn)行種植,不僅可以為畜牧養(yǎng)殖提供優(yōu)質(zhì)牧草,促進(jìn)當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展;還可以培肥和改良鹽堿地土壤,對鹽堿地的開發(fā)利用和改良具有重要意義[4]。

    翁森紅等研究表明,在鹽堿地上種植耐鹽牧草,是改良鹽堿地的一條經(jīng)濟(jì)、可行的途徑[5]。王越等認(rèn)為,牧草覆蓋地面,可以減少水分蒸發(fā)和地下水上移;枯落物分解可以提高土壤肥力,改善土壤理化性狀,提高灌溉水和降水的淋洗作用[6]。班乃榮等研究發(fā)現(xiàn),鹽堿地種植苜蓿后土壤脫鹽率較高[7]。紫花苜蓿作為豆科植物苜蓿中的三大類之一,在畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)等多方面都具有不可替代的重大價(jià)值[8]。與紫花苜蓿同屬豆科牧草的草木樨,也是保持水土,營養(yǎng)價(jià)值高的優(yōu)良牧草[9]。在種子發(fā)芽方面,管博等研究表明,隨著鹽、堿濃度的升高,牧草種子發(fā)芽率、發(fā)芽速度均顯著降低[10]。王麗娟的研究發(fā)現(xiàn),豆科牧草種子萌發(fā)所需的適宜溫度較禾本科低,在25 ℃萌發(fā)情況最好,發(fā)芽率和活力指數(shù)最高[11]。

    本研究從紫花苜蓿、草木樨的種子發(fā)芽及出苗出發(fā),研究了不同濃度的模擬鹽堿脅迫下2種牧草種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等方面的變化,并結(jié)合大同盆地鹽堿土上2種牧草的出苗實(shí)驗(yàn),研究鹽堿脅迫對紫花苜蓿和草木樨發(fā)芽及出苗的影響,研究結(jié)果對不同程度的鹽堿土地上種植牧草種類的選擇有一定的指導(dǎo)意義。

    1 材料與方法

    1.1 材 料

    供試驗(yàn)用的種子:草木樨(MelilotussuaveolensLedeb)、紫花苜蓿(MedicagosativaLinn)極光一號。供試種子均由蒂景園林綠化工程有限公司提供。

    1.2 方 法

    1.2.1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)處理

    實(shí)驗(yàn)所用種子均經(jīng)過預(yù)處理。將供實(shí)驗(yàn)用種子經(jīng)0.2%的高錳酸鉀溶液消毒3 min,然后用蒸餾水沖洗4~5次,將表面的高錳酸鉀溶液沖洗干凈后晾干。選擇適宜牧草種子生長發(fā)芽的溫度25 ℃,分別用NaCl、Na2CO3溶液模擬鹽堿脅迫進(jìn)行處理,鹽脅迫處理中鹽為NaCl分析純,濃度分別為50,100,150,200,250 mmol/L;堿脅迫處理中堿為Na2CO3分析純,濃度分別為5,10,15,20,25 mmol/L;以蒸餾水處理作為對照。選用直徑9 cm的塑料培養(yǎng)皿,其內(nèi)置2層濾紙(直徑9 cm),每個(gè)培養(yǎng)皿中加15 mL鹽堿溶液,以浸沒種子為宜。每個(gè)培養(yǎng)皿均勻擺放50粒飽滿的種子,每種處理設(shè)置3個(gè)重復(fù),將培養(yǎng)皿放入恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。試驗(yàn)過程中用稱重法補(bǔ)充蒸發(fā)的水分,每天19:00時(shí)用天平稱量后補(bǔ)充蒸發(fā)的水量,使各處理濃度保持不變。每天觀察種子發(fā)芽情況,并記錄發(fā)芽數(shù)。以胚根長度2 mm作為發(fā)芽指標(biāo)。

    表1 試驗(yàn)區(qū)土壤初始含水率、pH值和電導(dǎo)率

    土層(cm)0~1010~2020~3030~4040~6060~8080~100含水率(%)491518161517pH9.899.919.729.489.8210.0710.16電導(dǎo)率(mS/cm)1.260.890.590.480.470.530.71

    注:測試pH和電導(dǎo)率所用水土比為1∶1。

    表2 2種牧草在不同濃度NaCl脅迫下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)

    牧草種類指標(biāo)NaCl(mmol/L)050100150200250紫花苜蓿發(fā)芽率(%)72.67±6.11a65.33±2.31ab64.67±6.11ab54.00±14.44b19.33±8.08c2.00±2.00d發(fā)芽勢(%)71.33±6.43a65.33±2.31a61.33±9.02ab47.33±17.01b12.00±4.00c1.33±2.31c發(fā)芽指數(shù)50.27±4.45a41.59±0.24b32.20±4.72c20.66±8.18d5.03±1.10e0.25±0.33e草木樨發(fā)芽率(%)47.33±12.06ab59.33±7.02a58.00±5.29a56.00±4.00a39.33±11.02b18.67±5.77bc發(fā)芽勢(%)47.33±12.06ab59.33±7.02a58.00±5.29a55.33±3.06a35.67±11.06b11.33±1.15c發(fā)芽指數(shù)33.61±9.85a42.73±5.33a39.19±2.41a33.22±2.67a15.72±6.20b4.80±0.74c

    注:同行中不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

    實(shí)驗(yàn)周期為7 d,分別測試發(fā)芽勢(第5天)、發(fā)芽率(第7天)、發(fā)芽指數(shù)等不同指標(biāo),并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出分析結(jié)論。

    發(fā)芽率是指種子發(fā)芽終止在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的全部正常發(fā)芽種子粒數(shù)占供試種子粒數(shù)的百分率。

    發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)按以下公式[12]進(jìn)行計(jì)算。

    發(fā)芽率(%)=n/N×100%(式中:n為發(fā)芽種子數(shù),N為種子總數(shù));

    發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt(式中:Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù),Gt為逐日發(fā)芽數(shù));

    發(fā)芽勢(%)=規(guī)定5 d內(nèi)的種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

    1.2.2 室外試驗(yàn)區(qū)概況

    室外試驗(yàn)區(qū)位于山西省大同盆地山陰縣的鹽漬土區(qū),此地區(qū)地表蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,年平均氣溫為7 ℃;年平均降雨量為398.9 mm,主要集中在7—9月;試驗(yàn)地區(qū)土壤初始含水率、pH值和電導(dǎo)率見表1。

    1.3 數(shù)據(jù)分析

    采用SPSS 22.0對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差表示測定結(jié)果,分別對同種牧草同一發(fā)芽指標(biāo)不同濃度鹽堿處理進(jìn)行單因素分析,用WPS 2016繪制圖表。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 2種牧草在不同濃度鹽堿溶液脅迫下的顯著性分析

    由表2可知,在250 mmol/L的高濃度NaCl溶液影響下,紫花苜蓿種子的發(fā)芽率呈現(xiàn)出最低水平,僅為2%,與其他濃度鹽溶液脅迫下的發(fā)芽率差異均顯著(p<0.05);草木樨種子的發(fā)芽率與除濃度200 mmol/L以外的NaCl溶液差異顯著(p<0.05)。在表1中,紫花苜蓿種子發(fā)芽率的變化幅度較大,達(dá)到了70%;草木樨種子較低,為30%。不同濃度NaCl溶液作用下,紫花苜蓿種子各溶度之間的顯著差異性較高,對NaCl濃度變化敏感,草木樨對NaCl濃度變化的敏感性次于紫花苜蓿。對于同種牧草不同濃度NaCl溶液作用下,各濃度間發(fā)芽率的顯著差異性略高于發(fā)芽勢的顯著差異性,但區(qū)別并不明顯。對于各濃度之間發(fā)芽指數(shù)的顯著性,表現(xiàn)為紫花苜蓿大于草木樨,其中紫花苜蓿種子在高濃度200 mmol/L和250 mmol/L差異不顯著,與其他濃度差異均顯著(p<0.05);草木樨種子在中低濃度下差異不顯著,但與高濃度差異顯著(p<0.05)。草木樨種子的發(fā)芽指數(shù)僅在對照組低于紫花苜蓿種子,在隨后濃度的NaCl溶液影響下發(fā)芽指數(shù)均高于紫花苜蓿種子,發(fā)芽速度較快。2種牧草種子耐鹽性表現(xiàn)為草木樨大于紫花苜蓿。

    由表3可知,紫花苜蓿種子在低中濃度Na2CO3溶液脅迫下的發(fā)芽率和發(fā)芽勢差異均不顯著,在較高濃度(20 mmol/L和25 mmol/L)脅迫下,發(fā)芽率和發(fā)芽勢與其他濃度脅迫下差異全部顯著(p<0.05)。草木樨種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢,低濃度、中濃度和高濃度之間差異顯著(p<0.05)。紫花苜蓿的發(fā)芽指數(shù)在低濃度下變化較小,差異不顯著,在高濃度(20 mmol/L和25 mmol/L)之間差異不顯著,與中低濃度差異顯著;草木樨的發(fā)芽指數(shù)除25 mmol/L堿溶液脅迫下的發(fā)芽指數(shù)與其他濃度脅迫下的發(fā)芽指數(shù)均差異顯著外,相鄰濃度間差異均不顯著(p<0.05)。紫花苜蓿種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)在中低濃度Na2CO3溶液(≤15 mmol/L)脅迫下高于草木樨種子,在高濃度的Na2CO3溶液(≥20 mmol/L)脅迫下低于草木樨種子。高濃度Na2CO3溶液(≥20 mmol/L)脅迫下草木樨的耐堿性大于紫花苜蓿;中低濃度Na2CO3溶液(≤15 mmol/L)脅迫下紫花苜蓿的耐堿性大于草木樨。

    表3 2種牧草在不同濃度Na2CO3脅迫下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)

    牧草種類指標(biāo)Na2CO3(mmol/L)050100150200250紫花苜蓿發(fā)芽率(%)71.33±12.06a72.67±9.45a68.67±3.06a58.67±14.05a19.33±7.57b2.67±1.15c發(fā)芽勢(%)71.33±12.06a71.33±9.87a67.33±2.31a56.00±15.10a19.33±7.57b2.67±1.15c發(fā)芽指數(shù)50.96±8.02a49.11±5.27a41.59±3.58a29.07±10.52b8.74±2.95c1.40±0.27c草木樨發(fā)芽率(%)52.00±3.46ab60.00±9.17a45.33±4.16b40.67±12.86bc30.00±4.00c17.33±4.62c發(fā)芽勢(%)50.67±3.06ab60.00±9.17a45.33±4.16b40.67±12.86bc30.00±4.00c17.33±4.62c發(fā)芽指數(shù)34.75±4.42ab41.67±6.68a30.38±3.61b27.17±8.50bc19.25±2.93c10.64±2.97d

    注:同行中不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

    2.2 室內(nèi)模擬鹽堿脅迫對2種牧草發(fā)芽率的影響

    植物生育期不同所表現(xiàn)出的耐受性也有所不同,其中發(fā)芽期是決定植物成功建植及生長的關(guān)鍵階段[13]。從圖1可以看出,隨著NaCl濃度提高,2種牧草的發(fā)芽率變化有著明顯不同。紫花苜蓿種子的發(fā)芽率在對照組中最高,達(dá)到72%,隨著NaCl濃度的提高,首先呈略微下降的趨勢,在鹽濃度達(dá)到100 mmol/L后下降趨勢顯著增加,濃度增加至250 mmol/L時(shí),紫花苜蓿種子的發(fā)芽率接近于0。草木樨的發(fā)芽率在鹽溶液濃度較低(0~50 mmol/L)時(shí)有明顯小幅度上升的趨勢(峰值出現(xiàn)在50 mmol/L附近,近60%),隨著濃度繼續(xù)上升,發(fā)芽率開始下降,但是下降趨勢十分平緩,濃度至150 mmol/L后,發(fā)芽率開始加速下降,其趨勢小于紫花苜蓿種子,發(fā)芽率超過紫花苜蓿種子。

    如圖2,紫花苜蓿種子的發(fā)芽率在較低堿脅迫下變化較小,濃度為5 mmol/L時(shí)發(fā)芽率最高,為73%,隨著Na2CO3濃度的逐漸增加,尤其是當(dāng)濃度超過150 mmol/L時(shí),紫花苜蓿的發(fā)芽率下降趨勢明顯增加,增加至25 mmol/L時(shí),發(fā)芽率接近于0。草木樨種子的發(fā)芽率在Na2CO3溶液濃度較低(0~5 mmol/L)時(shí)有明顯上升,發(fā)芽率的峰值出現(xiàn)在5 mmol/L的濃度下,達(dá)到60%,而后發(fā)芽率隨濃度繼續(xù)增長平緩下降,在接近20 mmol/L時(shí)發(fā)芽率超過紫花苜蓿種子。

    圖1 NaCl脅迫下種子的發(fā)芽率變化趨勢

    圖2 Na2CO3脅迫下種子的發(fā)芽率變化趨勢

    2.3 室外鹽堿脅迫對2種牧草的出苗率的影響

    2種牧草的出苗率均隨pH值的升高而降低,由圖3可以看出,紫花苜蓿出苗率最高時(shí)達(dá)到80%,但pH值對紫花苜蓿的出苗影響顯著,出苗率隨pH值的上升迅速下降,在pH值為9.6時(shí)出苗率降至最低,僅為10%,隨著pH值繼續(xù)增高,出苗率變化較小。草木樨的出苗率隨pH值升高下降趨勢較平緩,出苗率最高時(shí)為60%,pH值為10.2時(shí),出苗率為僅10%,隨pH值升高出苗率繼續(xù)下降。在pH值為8~9時(shí)紫花苜蓿出苗率高于草木樨,出苗率相差最高時(shí)約為35%,適宜種植紫花苜蓿;pH值為9~10時(shí),草木樨出苗率高于紫花苜蓿,出苗率最高相差約20%,適宜種植草木樨;pH值為10以上時(shí),2種牧草出苗率僅為12%,均不適宜種植。

    圖3 2種牧草出苗率與pH值的擬合曲線對比

    圖4 2種牧草出苗率與EC的擬合曲線對比

    2種牧草的出苗率均隨電導(dǎo)率升高而降低,由圖4可知,紫花苜蓿出苗率最高時(shí)為80%,電導(dǎo)率對紫花苜蓿出苗的影響大于草木樨,出苗率下降迅速,在電導(dǎo)率為1.4 mS/cm時(shí),出苗率最低,僅為10%,隨后其出苗率變化較小。草木樨的出苗率隨電導(dǎo)率升高下降程度較平緩,出苗率最高約為50%,在電導(dǎo)率為1.7 mS/cm時(shí),草木樨出苗率僅為10%,隨著電導(dǎo)率升高,出苗率繼續(xù)降低。在電導(dǎo)率為0~0.7 mS/cm時(shí),紫花苜蓿出苗率高于草木樨,相差最高約30%,適宜種植紫花苜蓿;電導(dǎo)率為0.7~1.6 mS/cm時(shí),草木樨出苗率高于紫花苜蓿,出苗率最高相差約10%,適宜種植草木樨;在電導(dǎo)率為1.6 mS/cm時(shí),2種牧草出苗率僅為13%,故不適宜種植。

    結(jié)果表明:紫花苜蓿適宜種植的pH值范圍為8~9,電導(dǎo)率范圍為0.2~0.7 mS/cm,草木樨適宜種植的pH值范圍為9~10,電導(dǎo)率范圍為0.7~1.6 mS/cm。當(dāng)土壤pH值超過10或電導(dǎo)率大于1.6 mS/cm時(shí),鹽堿脅迫對2種牧草出苗的抑制作用強(qiáng),其原因可能是交換性離子使種子內(nèi)部生理失衡和高pH值對種內(nèi)某些酶的毒害使種子活性降低[14],故紫花苜蓿和草木樨不適宜種植于此類土壤。

    3 總結(jié)與討論

    植物種類及品種和發(fā)育階段與其本身的耐鹽性與耐堿性的強(qiáng)弱密切相關(guān)[15]。鹽堿均會(huì)抑制種子的萌發(fā),但抑制作用因物種不同而異,一般情況下抑制作用隨濃度增加而增大[16-17]。研究結(jié)果表明,紫花苜蓿種子的發(fā)芽率很高,在低濃度的鹽堿溶液脅迫下的也有較高的發(fā)芽率(70%),在鹽堿脅迫下各個(gè)濃度間發(fā)芽率的差異顯著性隨著濃度提高越來越明顯,說明高濃度的鹽堿溶液對紫花苜蓿種子的毒害作用強(qiáng)烈,鹽堿溶液對紫花苜蓿發(fā)芽的抑制作用隨濃度增加越來越明顯;低濃度的鹽堿溶液(50 mmol/L)會(huì)促進(jìn)草木樨種子的發(fā)芽(發(fā)芽率上升約10%),在鹽堿脅迫下各個(gè)濃度間發(fā)芽率的差異顯著性表現(xiàn)在200~250 mmol/L的高濃度脅迫下,表明高濃度鹽堿溶液對草木樨發(fā)芽的抑制作用明顯。

    研究結(jié)果同時(shí)為鹽堿程度不同的土地上牧草種類的選擇提供了依據(jù):紫花苜蓿由于其本身發(fā)芽率高(>70%),加上對較低濃度的鹽堿溶液脅迫(0~100 mmol/L)有一定的耐受性,故適宜種植于極輕度鹽化土壤和極輕—輕度堿化土壤[18](pH值為8~9,EC為0.2~0.7 mS/cm),并有良好的出苗表現(xiàn);草木樨則因?yàn)榈蜐舛鹊柠}堿溶液脅迫(50 mmol/L)對其發(fā)芽有較明顯的促進(jìn)作用,中濃度的鹽堿溶液脅迫(100~200 mmol/L)對其發(fā)芽的抑制作用也不明顯,故適宜種植于輕度—重度鹽化土壤和中度—重度堿化土壤(pH值為9~10,EC為0.7~1.6 mS/cm);高濃度的鹽堿溶液(>250 mmol/L)對2種牧草的毒害作用均十分明顯,需選取耐鹽堿性更強(qiáng)的牧草種類,由于試驗(yàn)材料和試驗(yàn)地的局限性,此方面需要進(jìn)一步研究。

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    Effect of Salt and Alkaline Stress on the Seed Germination and Emergence ofMedicagosativaLinn andMelilotussuaveolensLedeb

    LUYangjie,LIUShuhui,GUOJianzhong,LISen

    2017-02-16

    山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2015021108);山西省土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金課題(2015001);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51309175)。

    盧垟杰(1994—),男,山西運(yùn)城人;在讀研究生,研究方向:農(nóng)業(yè)水土資源的高效利用;E-mail:995915203@qq.com。

    劉淑慧(1981—),女,河北淶水人;副教授,博士,研究方向:農(nóng)業(yè)水土資源的高效利用;E-mail:lius_6@163.com。

    10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.08.083

    S 551+.7

    A

    1001-4705(2017)08-0083-05

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