陳愛平

（福建省沙縣官莊國有林場，福建三明 365050）

0 引言

閩樺是福建省特有鄉(xiāng)土闊葉樹種，發(fā)現(xiàn)于三明羅卜巖保護(hù)區(qū)樺木科(Betulaceae)樺木屬(Betula)的新樹種，該樹種樹干筆直，高可達(dá)40 m，少分枝，幼樹樹皮與亮葉樺(Betulaluminifera)相似，老樹樹皮呈縱裂[1]，與光皮樺呈明顯區(qū)別，2020年列入福建省特有樹種極小種群目錄。閩樺材性中等偏硬，具有較好的機(jī)械加工性能[2]，為林區(qū)農(nóng)民喜好用材樹種，保護(hù)區(qū)成立前其天然資源被大量砍伐。目前僅在閩西北閩樺有少量零星分布，僅在羅卜巖保護(hù)區(qū)有小范圍天然片林，且林分以大徑階老樹為主，幼樹極少，自然更新十分困難，屬于極度瀕危樹種[1,3]。目前有關(guān)閩樺研究集中于分類學(xué)[1]、群落種間關(guān)系[3-4]及種子質(zhì)量[5]等方面少數(shù)研究報(bào)道，導(dǎo)致其天然更新困難的原因是其自身生殖衰退還是生境限制，亦或是兩者共同作用，原因尚未明晰。課題組前期對閩樺種子質(zhì)量和萌發(fā)條件進(jìn)行初步探索，發(fā)現(xiàn)黑色種子占比高，但無萌發(fā)能力[5]，目前對于黑色種子形成的原因尚未探明。閩樺種群天然更新困難是黑色種子占比高導(dǎo)致還是某些環(huán)境因子對種子萌發(fā)限制導(dǎo)致，影響閩樺種子萌發(fā)的主要因素有哪些。

植物種子萌發(fā)受種子質(zhì)量和環(huán)境因子共同作用。萌發(fā)率是衡量種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，不同成熟期種子的萌發(fā)率有較大差異。通過對植物生殖物候規(guī)律的觀測，了解物種的生殖對策，探究影響物種生殖的系統(tǒng)發(fā)育限制以及與非生物因子之間的關(guān)系[6]，掌握植物種子成熟時(shí)間及生長適應(yīng)機(jī)制[7-8]。金江群等[9]對極小種群崖柏生殖物候及胚胎發(fā)育過程進(jìn)行研究，表明胚珠敗育及雌配子體游離核時(shí)期至幼胚發(fā)育期間的敗育是崖柏生殖障礙的主要原因。對瀕危植物極小種群物種進(jìn)行物候觀測，一方面有助于了解植物的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，揭示其瀕危機(jī)制；另一方面可以為種群復(fù)壯和遷地保護(hù)提供理論依據(jù)[9]。種子萌發(fā)過程需要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的生理生化變化及形態(tài)結(jié)構(gòu)改變，水分和溫度是影響植物種子萌發(fā)主要環(huán)境因子，適宜的溫度能確保這些變化順利進(jìn)行[10]。有關(guān)種子吸水性[11]、浸種時(shí)間[12]、溫度[13]、土壤濕度[14]以及不同基質(zhì)條件[15]對種子萌發(fā)率、萌發(fā)過程的生理指標(biāo)的影響等已有大量研究[16]。本研究對閩樺生殖物候進(jìn)行長期觀測，比較不同成熟期種子萌發(fā)率，同時(shí)采用室內(nèi)控制試驗(yàn)對不同成熟期閩樺種子萌發(fā)率的主要影響因子進(jìn)行研究，探討閩樺種子萌發(fā)生長的適宜條件，為閩樺種群擴(kuò)繁和遷地保護(hù)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

福建省三明市羅卜巖自然保護(hù)區(qū)(117°34′19″E—117°35′44″E，26°25′57″N—26°27′25″N)位于三明市沙縣西北部與明溪縣交界處，坐落在武夷山東側(cè)支脈。保護(hù)區(qū)地處中亞熱帶，氣候溫暖濕潤，屬中亞熱帶氣候，年平均溫度28.4℃，年平均濕度在80%以上。全區(qū)總面積約327.3 hm2，海拔250～683 m，為低山丘陵，山體呈東西走向，基巖以花崗巖為主，土壤為酸性紅壤和紅黃壤。區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，富口溪蜿蜒橫貫其間，溪岸多懸崖峭壁，形成獨(dú)特峽谷景觀。森林覆蓋率達(dá)97.8%，屬野生植物類型自然保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)以閩楠、閩樺等珍稀植物為主要保護(hù)對象，有維管束植物153 科517 屬979 種，其中珍稀瀕危植物23 種。閩樺與閩楠混交生長，分布于羅卜巖溝谷邊和山坡上，為群落中的優(yōu)勢樹種[17]。

2 研究方法

2.1 生殖物候觀測

2017—2019 年連續(xù)3 年，隨機(jī)選擇5 株生長發(fā)育正常并已開花結(jié)實(shí)3年以上無病蟲害發(fā)生的閩樺植株作為物候觀測對象，所選植株皆處于開闊地帶，便于觀測，掛牌標(biāo)識(shí)。借助單雙筒望遠(yuǎn)鏡、數(shù)碼相機(jī)等工具，對閩樺的地上部分各器官的生長物候狀況進(jìn)行為期三年觀測。選位于植株陽面的枝條作為觀測對象，觀察葉和雌雄花序等器官的形態(tài)變化，確定各器官的萌芽期、展葉期、開花期、果實(shí)發(fā)育期、葉片變色期和落葉期（見表1）。觀測的時(shí)間，根據(jù)各器官不同生長期而定。（1）春季或物候變化較快的時(shí)期（如萌芽期和開花期），生長快，物候短暫，每日觀測；（2）隨著生長的進(jìn)展，觀察間隔時(shí)間延長，每3 d觀測一次。生長后期7 d或更長時(shí)間觀測一次。在開花結(jié)實(shí)季節(jié)（每年3—5月）每天觀測、拍照、記錄，其他月份每月固定時(shí)間觀測并拍照。觀測目標(biāo)超過一半的器官到達(dá)目標(biāo)形態(tài)，該時(shí)期為對應(yīng)的物候期。

表1 閩樺生殖物候觀測標(biāo)準(zhǔn)

2.2 采種與種子品質(zhì)測定

為了探明閩樺種子的成熟時(shí)間及最佳采種時(shí)間，2018 年在雌花序成熟的時(shí)間段內(nèi)，分早期、中期和晚期3 個(gè)時(shí)間（4 月25 日、30 日和5 月5 日）進(jìn)行種穗采收，采收后的穗條均放在陰涼通風(fēng)處晾曬1～2 d，待種子自然脫落，對3 個(gè)階段種子的千粒重、含水率、黑色種子占比和發(fā)芽率等指標(biāo)進(jìn)行測定。

數(shù)相應(yīng)的種子1000 粒各3 組，用萬分之一的天平稱取重量(g)，測定千粒重；含水率參照李合生[18]的研究方法，每批種子隨機(jī)取樣0.2 g各3份，放入預(yù)先烘干的鋁盒，置放到烘箱，80℃烘2～3 h，后調(diào)至105℃烘至恒重。種子含水率計(jì)算見公式(1)。

黑色種子占比采用每批種子隨機(jī)抽取100粒種子各6組，黑色種子在每組中的比例，取平均值獲得。同時(shí)將6 組種子放到培養(yǎng)皿（墊濕潤濾紙）中，每天觀測發(fā)芽率，連續(xù)3 d數(shù)據(jù)沒有增加終止試驗(yàn)，發(fā)芽率計(jì)算見公式(2)[19]。

2.3 種子浸種處理方法

將不同時(shí)期采收的種子，隨機(jī)稱取3份，每份2 g，分別放入無紡布過濾袋中，采取常溫?zé)o浸泡、常溫浸泡5、10和20 h、恒溫水浴鍋30℃水溫浸泡2、5、10和20 h共8 種處理。處理結(jié)束，將種子平鋪于墊濕潤濾紙培養(yǎng)皿中，每天記錄發(fā)芽數(shù)，連續(xù)3天數(shù)據(jù)沒有增加終止試驗(yàn)，不同浸泡處理發(fā)芽率計(jì)算見公式(3)。

2.4 種子儲(chǔ)藏試驗(yàn)

將4月30日采收的種子，隨機(jī)分成3袋，每袋隨機(jī)取樣2 g，采取常溫、冷藏(0～4℃)和冷凍(0～-14℃)3種處理，分別于試驗(yàn)開始時(shí)、儲(chǔ)藏1、2、3和4個(gè)月的時(shí)候，每處理3 個(gè)重復(fù)，進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)（同2.3），計(jì)算種子萌芽率，公式(4)。

2.5 基質(zhì)對種子出苗率影響試驗(yàn)

將4 月30 日采收的種子，隨機(jī)稱取每份2 g，撒播于13 種不同苗圃基質(zhì)條件中（見表2），每處理3 個(gè)重復(fù)，每天觀測出苗數(shù)量。播種后第11天開始出苗并記錄出苗率，記錄后即拔除，連續(xù)3天數(shù)據(jù)沒有增加終止試驗(yàn)。

表2 13種不同基質(zhì)

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有數(shù)據(jù)在Excel 2010 中進(jìn)行整理，采用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析，顯著水平為α=0.05。

3 結(jié)果分析

3.1 閩樺生殖物候特征

閩樺主要器官物候變化時(shí)間在年際間有一定的差異（見表3）。閩樺是闊葉落葉樹種，每年的3月中下旬新葉開始萌發(fā)并展開生長，直至秋季氣溫下降，開始落葉（10 月中旬—11 月中上旬），11 月下旬—12 月中旬，葉落盡（圖1）。

圖1 閩樺物候觀測圖

表3 2017—2019年閩樺生殖物候觀測結(jié)果

閩樺是雌雄同株異熟落葉植物，雌花序生長期周期短，雄花序在前一年雌花序凋落后開始生長，生長時(shí)間較長。雄花序生長經(jīng)歷萌芽期、生長期、散粉期和凋落期4個(gè)時(shí)期，其中形成期和伸長期持續(xù)近10個(gè)月；散粉期和脫落期時(shí)間短，連接緊密，大部分在18～20 d內(nèi)完成。

雌花序生長持續(xù)時(shí)間較短，和葉片生長時(shí)間部分重疊，從發(fā)芽到脫落，在56～58 d 內(nèi)完成。經(jīng)歷萌芽期、生長期、成熟期和脫落期4 個(gè)時(shí)期，其中萌芽期和生長期持續(xù)時(shí)間大概32～36 d左右，授粉期11～13 d左右。3 月23 日—4 月10 日期間雌雄花絮完成授粉，雄花序脫落，雌花序進(jìn)入成熟期，持續(xù)11～16 d左右。雌花序易被鳥取食或風(fēng)折斷，果實(shí)成熟后種子易脫落被風(fēng)傳播，坐果時(shí)間短，需及時(shí)采收，否則容易錯(cuò)過最佳采種時(shí)間。

3.2 采種時(shí)間對閩樺種子發(fā)芽率影響研究

不同采種時(shí)間閩樺種子的千粒重、含水率、顏色以及萌發(fā)率均有顯著差異（表4）。隨著成熟期的推進(jìn)，黑色種子的占比逐漸增多，在早期采收的種子中，黑色種子僅占2.77%；在晚期采收的種子中，黑色顏色種子占比高達(dá)72.83%。成熟期的中期，閩樺種子的千粒重和含水率顯著低于晚期種子，黑色種子占比33.3%，但發(fā)芽率顯著高于早期和晚期。可見種子采收時(shí)間直接影響了種子的質(zhì)量及發(fā)芽率，對育苗成效有極大的影響。

表4 不同顏色閩樺種子質(zhì)量特征

3.3 不同浸種條件對閩樺種子發(fā)芽率影響研究

不同采種時(shí)間的種子采取常溫和30℃水溫下浸種時(shí)間發(fā)芽率比較研究，結(jié)果表明，成熟期中期采收的種子在各種條件下的發(fā)芽率均高于早期和晚期采收的種子（表5）。早期和中期采收的種子在常溫下浸泡5 h的處理的發(fā)芽率顯著高于其他處理，未浸泡種子的發(fā)芽率僅次于常溫浸泡5 h的種子；晚期采收的種子在各種處理下的發(fā)芽率無顯著差異，除常溫浸泡5 h的外，發(fā)芽率均低于5%?？梢姺N子采收時(shí)間對閩樺種子質(zhì)量和發(fā)芽率有顯著影響，閩樺種子在常溫條件下浸泡5 h有利于提高其發(fā)芽率。

表5 不同采種時(shí)間不同浸泡條件下閩樺種子發(fā)芽率%

3.4 儲(chǔ)藏條件及時(shí)間對閩樺種子萌發(fā)率影響研究

成熟期中期采收的閩樺種子在不同儲(chǔ)藏條件下種子萌發(fā)時(shí)間集中于播種后第5～20 d，各處理種子萌發(fā)高峰期有差異（表6）。常溫保存1 個(gè)月的種子萌發(fā)率接近0；冷藏2 個(gè)月發(fā)芽第10 天后萌發(fā)率顯著高于其他處理；冷凍處理的種子隨冷凍時(shí)間的延長種子萌發(fā)率降低?？梢?，閩樺種子不適宜常溫下保存，宜隨采隨播或在冷藏或冷凍條件下進(jìn)行短期儲(chǔ)藏。

表6 不同儲(chǔ)藏條件及時(shí)間閩樺種子萌發(fā)率 %

3.5 基質(zhì)條件對閩樺出苗率影響研究

成熟期中期采收的種子在13 種不同基質(zhì)和比例條件下出苗率隨觀測時(shí)間的延長呈波動(dòng)變化趨勢，出苗時(shí)間集中于播種后第11～25 天（見表7）。播種后第11天（觀測第1天），A0處理純紅心土、B處理紅心土+泥炭土各比例基質(zhì)的出苗率顯著高于其他基質(zhì)條件的出苗率；播種后第15天，僅D2處理紅心土+火燒土（1:1）基質(zhì)條件下的萌發(fā)率顯著低于其他基質(zhì)條件，其他基質(zhì)條件下出苗率無顯著差異；播種后第25 天，各基質(zhì)條件下的出苗率達(dá)峰值，F(xiàn)1 處理砂土+紅心土(3:1)條件的總出苗率顯著高于其他基質(zhì)的出苗率。可見，閩樺大田播種苗床最適宜基質(zhì)為砂土與紅心土3:1混合。

表7 不同基質(zhì)條件下閩樺種子出苗率 %

4 結(jié)論與討論

4.1 閩樺生殖物候與種子質(zhì)量

植物的生殖物候規(guī)律，是植物長期適應(yīng)生長環(huán)境的進(jìn)化策略。閩樺結(jié)實(shí)量大，與同科屬植物亮葉樺相比黑色種子（敗育種子）占比高[5]，黑色種子的產(chǎn)生可能是閩樺種群衰退的內(nèi)在因素之一。有性生殖過程是造成植物瀕危至關(guān)重要的原因[20]，傳粉障礙、雌配子分化、胚發(fā)育過程異常等均可能導(dǎo)致敗育[9,21-22]。閩樺種子成熟早期即有一定比例的黑色種子，可見在種子形成過程中，具備產(chǎn)生黑色種子的內(nèi)在條件，建議對閩樺雌雄傳粉過程及胚發(fā)育進(jìn)行深入的研究，以期解決黑色種子產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)制。氣候等環(huán)境因子變化是導(dǎo)致種子敗育的另一重要因素，有研究表明黃芩種子成熟期連續(xù)降雨導(dǎo)致癟種率高，種子質(zhì)量差[23]；Owens等[24]對挪威云杉(Abies amabilis(Dougl.ex Loud.) Dougl.ex J.Forbes)的研究表明，其傳粉期的霜凍是影響種子結(jié)實(shí)率的重要原因。閩樺黑色種子占比隨著成熟期的推進(jìn)逐漸增多，種子千粒重和含水率在成熟期晚期達(dá)到最大,可見除了內(nèi)在因素外，局部小氣候變化也許是影響黑色種子數(shù)量的關(guān)鍵因素。閩樺種子成熟季節(jié)為4月底雨季，黑色種子產(chǎn)生也許與降雨量或空氣濕度有關(guān)，后期可將物候觀測、氣象數(shù)據(jù)結(jié)合閩樺種子產(chǎn)量質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)觀測研究，解決黑色種子產(chǎn)生的原因。

4.2 閩樺種子萌發(fā)主要影響因子

除種子質(zhì)量外，溫度、水分和光照等環(huán)境因子是影響種子萌發(fā)率的重要因素[25-26]。本研究結(jié)果表明，閩樺種子在常溫條件下浸泡5 h顯著提高萌發(fā)率?？梢婇}樺種子萌發(fā)對水分需求較高，閩樺種子千粒重僅0.1～0.2 g，種子本身的水分和養(yǎng)分含量極少，通過浸泡，種子吸收足夠的水分，有利于提高萌發(fā)率。儲(chǔ)藏條件影響了植物種子的萌發(fā)[27]，不同儲(chǔ)藏條件及時(shí)間發(fā)芽率試驗(yàn)結(jié)果表明冷藏2個(gè)月的閩樺種子萌發(fā)率顯著高于常溫和冷凍儲(chǔ)藏種子萌發(fā)率，可見閩樺種子不宜常溫下保存，宜在冷藏條件下進(jìn)行短期儲(chǔ)藏。閩樺種子于4月底成熟，春末夏初高溫高濕天氣居多，可能種子的呼吸作用等生理活動(dòng)較強(qiáng)，自身養(yǎng)分和水分含量少，在常溫條件下容易失活，需通過冷藏或冷凍來降低其生理活動(dòng)，延長儲(chǔ)藏時(shí)間。圃地基質(zhì)條件是影響大田育苗成敗的關(guān)鍵因素，本試驗(yàn)設(shè)置13種基質(zhì)條件下閩樺出苗率影響研究，結(jié)果表明閩樺大田播種苗床最適宜基質(zhì)為砂土與紅心土3:1混合。據(jù)觀察閩樺種子萌發(fā)前期胚根較短，砂土的比例較大，基質(zhì)較疏松，便于其胚根向下延伸吸收養(yǎng)分和水分。除了基質(zhì)條件外，苗期的水、肥、光照、蟲害等管理也是影響出苗率的關(guān)鍵，有待進(jìn)一步研究。