大果榉种子特征及播种繁育研究

赵晓斌,陈 博,范继红

(1.河南省嵩县林业局,河南洛阳 471401;2.北京农业职业学院,北京 102442)

大果榉(Zelkovasinica)榆科榉属树种,又名小叶榉,落叶大乔木,高可达20 m,是我国特有树种、河南省重点保护植物[1]。其树形优美、枝叶繁茂、秋叶彩变,是优良的园林绿化景观树种;寿命长、根系发达、抗寒、抗旱、病虫害少,是重要的防护林带和水土保持树种[2]。树干灰白色,呈块状剥落;叶纸质或厚纸质,卵形或椭圆形,长2～7cm,先端渐尖,基部圆或宽楔形,边缘具浅圆齿状或圆齿状锯齿,侧脉6～10对;花单性,稀杂性,雌雄同株;核果为不规则倒卵状球形,顶端微偏斜。花期4月,果期8—9月[3]。主要分布在我国甘肃、陕西、四川北部、湖北西北部、河南、山西南部和河北等地[3]。由于大果榉自然资源破坏严重、种群天然更新能力较差,种质已处于濒危状态,急需科研力量助推其栽培和扩繁,从而减少对野生资源的过度依赖,促进珍稀植物资源的保护和利用。目前,大果榉常用的育苗方式是播种繁殖,成本低、限制条件少,但是关于大果榉种实特性及规模化繁育的研究鲜有报道。笔者重点在以上2方面展开探讨,旨在为大果榉的繁育研究和生产工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况采种地河南省熊耳山嵩山县区域,位于33°54′～34°21′N、111°10′～112°09′E,海拔640～1 859 m;播种试验基地嵩山县德亭镇张湾村,位于34°10′N、111°51′E,海拔596 m。播种试验地区年均温为14.5 ℃,最热月均温26.7 ℃,最冷月均温0.8 ℃,年降水量689.3 mm,年平均相对湿度66%。

1.2 试验材料2013、2020和2021年,分别对熊耳山嵩县区域光照好、成片分布的成年大果榉树群进行采种。果实成熟后及时截取果枝,摊于阴凉处晾晒后将种子敲落收集。种子去杂阴干,储藏于通风干燥处。

1.3 试验方法

1.3.1种子形态特征观测。观察种子的颜色、形状、质感及内部结构等特征;随机选取 50 粒种子,用游标卡尺测量种子的横径、纵径(精度为 0.01 cm),得到其平均直径。

1.3.2种子千粒重和有仁率测定。不同年份分别选取大果榉未水选和水选后的种子各100粒,用分析天平称重,重复3次,计算平均值得出种子千粒重。随机选取大果榉种子100 粒,切开,统计有完整胚的种子占总测试种子的百分比,重复 3 次,计算平均值,得出种子有仁率。

1.3.3种子的处理方法。试验设普通干藏和自然低温湿沙贮藏2种处理方式。普通干藏的种子未经任何处理,在阴凉干燥的环境下储藏以备播种;自然低温湿沙贮藏是将干种子和湿润的河沙按1∶3的体积比均匀混合,放置于室外层积贮藏坑内保存,湿沙的含水量控制在60%左右。将2种不同处理后的种子同时进行大田沟播。播种面积均为30 m2,1 m2设为1个小区,每个小区播500粒种子。播后各选取3个小区调查出苗率。

1.3.4播种时期的选择。大果榉水选后的饱满种子分别于2020年10月2日和12月5日进行大田秋播和冬播,水选后自然低温湿沙贮藏的种子于2021年3月9日进行春播。播种面积均为30 m2,1 m2设为1个小区,每个小区播200粒种子。田间管理措施相同,播后各选取3个小区调查出苗率和成苗率。

1.3.5幼苗生长量观测。冬播种子出苗后,随机选取30株幼苗每30 d观测1次,观测指标包括苗高和地径。苗高用钢卷尺测量,地径用游标卡尺测量。

1.4 数据处理数据使用 SigmPlot 10.0进行计算和作图,用SPSS 16.0进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 大果榉种实形态特征大果榉的果实为核果,倒卵状球形,顶端微偏斜,不凹陷,表面光滑无毛,除背腹脊隆起外几乎无凸起的网脉,果皮有皱纹(图1)。外果皮木质化、内果皮膜质(图2a)。饱满种子由种皮和胚2部分组成,种皮深红褐色(图2b)。

图1 大果榉果实外部特征

图2 大果榉果皮(a)和种子结构(b)特征

由表1可知,大果榉未成熟果实外果皮的颜色青绿色、无光泽、粗糙发涩、硬度低,成熟后外果皮的颜色转为黄褐色、有光泽、表面光滑、硬度高。

表1 大果榉种实形态特征

2.2 大果榉结实特性千粒重和有仁率是反映种子质量的重要指标[4]。从图3可以看出,2021年未水选种子千粒重显著低于2013和2020年;水选种子千粒重不同年份间差异不显著。以上结果表明,大果榉结实存在大小年(丰歉年)现象,2013和2020年为丰年,2021年为歉年,丰年未水选种子千粒重可达54.20 g,水选种子千粒重高达78.96 g,歉年未水选种子千粒重仅为15.96 g。剖开大果榉果皮观察发现,存在饱满粒种子、半仁种子和空壳种子3种情况(图4)。

注:不同大写字母表示不同年份未水选种子千粒重间差异显著(P<0.05);不同小写字母表示不同年份水选种子千粒重间差异显著(P<0.05)。

图4 不同饱满度种子

由图5可知,大果榉有仁率以2020年最高,达38.66%;2021年最低,仅5.20%。不同年份未水选种子有仁率对比趋势与未经水选种子千粒重对比趋势一致,与水选种子千粒重对比趋势不同,有仁率高的年份,水选后种子千粒重相对较低。

注:不同小写字母表示不同年份未水选种子有仁率差异显著(P<0.05)。

2.3 不同处理方式对大果榉种子出苗率的影响表2显示,对大果榉春播种子采用不同的处理方式,春播出苗率存在显著差异(P<0.05),2013和2021年不同处理出苗率对比趋势一致。2021年自然低温沙藏贮藏处理的出苗率高,达55.12%;普通干藏处理效果差,出苗率极低甚至不出苗。以上结果表明,大果榉种子具有一定的休眠习性,如果不进行破除休眠处理,则种子的出苗率极低或不出苗。其春播育苗需要层积沙藏处理45 d左右[5]解除休眠,提高种子的出苗率。

表2 2种处理方式的种子出苗率

2.4 不同播种时期对大果榉种子成苗率的影响由表3可知,同一批水选后的大果榉饱满种子秋播、冬播和春播的出苗率差异不显著(P>0.05),分别为60.85%、59.72%和77.15%,春播出苗率高于秋播和冬播。不同时期播种成苗率结果显示,秋播成苗率为0,显著低于冬播和春播(P<0.05),冬播成苗率略高于春播,这与赵亚兰等[6]关于党参播种育苗的研究结果一致。分析秋播种子出苗和成苗的过程发现,大果榉种子于9月中旬左右成熟,待种子干燥后10月初进行播种,这时试验地日均最低气温均在5 ℃以上,播种35 d后即11月中旬种子开始发芽、出苗,11月底日均最低气温降至0 ℃以下,大田中已经出苗的大果榉幼苗均被冻死,因此出现秋播成苗率为0的结果。

表3 不同播种时期对种子出苗率和成苗率的影响

2.5 一年生大果榉实生苗生长节律从图6可以看出,幼苗在3—5月和9—10月苗高生长量曲线较为平缓,5—9月苗高增长幅度较大;图7显示,幼苗在3—5月和9—10月地径增长相对缓慢,5—9月地径增长幅度较大。全年间,不同月份苗高和地径表现出相似的变化规律,均呈现“慢—快—慢”生长趋势。根据苗高和地径生长曲线的速生拐点和速生转缓慢的分界点,将苗高和地径生长划分为3个阶段[7],即生长前期、生长盛期和生长后期。

图6 大果榉一年生幼苗苗高年生长动态

图7 大果榉一年生幼苗地径年生长动态

12月初冬播的大果榉种子,利用自然力完成种子发芽的生理过程,历经90 d开始出苗。表4显示,从播种算起110 d幼苗出齐,出苗整个过程划分为出苗期,这一时期苗高、地径的月均生长量分别为(3.21±1.10)cm和(0.51±0.16) mm。3月底至5月底为大果榉幼苗生长前期,苗高、地径的持续时间较出苗期短,该时期苗高、地径的月均生长量与出苗期接近。5月底至9月底为幼苗生长盛期,此时期苗高、地径的生长量最大,月均生长量分别高达(22.15±4.32) cm和(1.60±0.65) mm。生长后期的苗高、地径的持续时间较短,生长量变小。

表4 大果榉幼苗一年内的生长时期划分

3 结论与讨论

3.1 大果榉结实特性对规模化播种育苗的影响大果榉结实大小年明显,这与其他同类研究结果一致[1,8-9],同一批采集的大果榉种实存在饱满、空壳和半仁等不同情况,不同种源种子的空壳率差异明显[5],大果榉种子存在败育或停止发育现象。丰年和歉年的未水选种子千粒重和有仁率差异较大,即便是同一分布区2个不同丰年的种子有仁率和未水选种子千粒重也存在差异,歉年水选后种子千粒重高于丰年,这与营养供给有关,饱满粒种子比例低,则平均单粒种子分配到的营养就会更多,种子个体相对稍大。另外,丰年间隔期比较长且没有固定年限,并非每隔1年大量结实一次,所以,抓住丰年采种育苗很重要,对不同分布区大果榉种子大小年各项指标的调查和测定仍有待深入研究。

3.2 不同播种时期和处理方式对出苗和成苗的影响大果榉冬播和春播的出苗率、成苗率均差异不显著,冬播的成苗率略高于春播,秋播成苗率最低。撒播后种子从萌动到出苗受到土壤水分、土壤温度和土壤结构等因素的综合影响。研究表明,10～20 cm土层平均土壤含水量冬播田显著高于春播田的水平,在一定程度上可以规避北方春旱,为出苗和幼苗生长创造了良好条件[6,10-11]。北方地区大果榉种子露地秋播后,在土壤封冻前生根发芽,11月完成出苗;入冬后温度降低,新出的幼苗存在冻死的风险,因而不建议大果榉进行秋播。春播的大果榉种子需要采取低温层积沙藏等方法处理种子,解除休眠,提高种子出苗率。综合分析发现,大果榉适宜冬播环境,不需要特殊处理,操作简单,生产中应优先选择冬播育苗。

3.3 幼苗生长节律特征在苗木生产中的应用大果榉出苗呈现“慢—快—慢”的生长节律。3—5月是幼苗的生长前期,该时期苗高、地径的生长量较小,月均生长量分别为(4.37±2.34)cm和(1.05±0.31)mm,应做好田间管理,及时除草松土,开展1～2次间苗;5—9 月幼苗进入旺盛生长期,苗高和地径生长出现高峰,生长量增量大、持续时间长,这一时期是决定苗木质量的关键时期,宜施高氮低磷钾肥[12],充足灌溉,最大限度地提高苗木生长量;10月开始转入生长后期,苗木逐渐减缓生长速度直至停止生长,此时应逐步减少灌溉,少量施用磷肥和钾肥及注意病虫害防治,促进苗木木质化,使其抗旱性和抗寒性得到提升,进而提高生产管理的综合效益。