庞庆庄， 郭建超， 陈家东， 苏芳莉

(1.海南省水利水电勘测设计研究院，海南 海口 570204； 2.沈阳农业大学 水利学院，辽宁 沈阳 110866；3.辽宁双台河口湿地生态系统国家定位观测研究站，辽宁 盘锦 124112)

盐地碱蓬(Suaedasalsa)是一种海侵成土母质的先锋植物，盐地碱蓬种群是湿地生态系统的重要组成部分，而盐地碱蓬种群种质退化会导致碱蓬种群生物量下降，退化严重的地区还会使整个湿地生态系统遭受破坏，生物多样性降低，物种濒临灭绝，引起土地沙化和盐渍化。

盐地碱蓬为藜科(Chenopodiaceae)碱蓬属(Suaeda)一年生草本植物[1]，生长于海滨、湖边、荒漠等盐碱地上，有很高的耐盐性，能够降低土壤盐含量，增加土壤有机质含量[2]，改良盐碱地，是一种典型的盐碱地指示植物。不过，盐地碱蓬的抗盐能力并非没有限度，当土壤含盐量超过3.5%，盐地碱蓬就会死亡[3]。所以长在海滩上的盐地碱蓬基本集中在潮间带上。盐地碱蓬对光照和温度比较敏感，光照不足会影响幼苗初期的光合作用[4]，但高温又会阻碍其新鲜嫩枝的正常生长[5]。地下水位的增加，能使表层土壤盐度升高，较高水位条件(>10 cm)会显著抑制盐地碱蓬种子的发芽[6]。刘兴[7]通过盐地碱蓬种子萌发试验发现，低盐浓度(<300 mmol·L-1)促进种子萌发，高盐浓度(>300 mmol·L-1)抑制种子萌发，推迟发芽时间。李悦等[8]通过沙培试验的结果表明，低盐浓度会促进盐地碱蓬幼苗生长(<200 mmol·L-1)，高盐浓度(>200 mmol·L-1)会抑制其生长。苏芳莉等[9]研究发现，盐地碱蓬幼苗在盐度为300 mmol·L-1时各生长指标达到最优，在盐度为600 mmol·L-1时表现出生长缓慢、茎枝枯黄、叶片脱落等现象，各生长指标不同程度下降，并出现盐地碱蓬植株死亡的情况。盐度对盐地碱蓬种子的萌发生长起主要作用，一定范围内的盐度，有利于盐地碱蓬的发芽，生长情况良好；但是盐度继续升高，盐地碱蓬的生长受到抑制，超过一定的限度后，盐地碱蓬无法生长。

辽河口湿地是全球候鸟“东亚-澳大利亚”迁徙路线的重要驿站。盐地碱蓬群落构成了辽河口湿地著名的“红海滩”景观，是珍稀物种黑嘴鸥的主要觅食和栖息地[10-11]，具有重要的经济和生态价值[12]，维系区域生物多样性的作用不可替代。自2000年以来，辽河口湿地发生显著退化，盐地碱蓬在生长季节的不同时期出现不明原因的死亡，使得碱蓬种群面积逐渐减少，而双台子河口左岸拦海大堤外的盐地碱蓬种群退化尤为严重。本研究以辽河口的盐地碱蓬种子作为研究对象，初步探讨不同水分和盐度条件对盐地碱蓬种子萌发及其幼苗生长的影响，旨在为辽河口湿地红海滩景观生态修复实际应用提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

辽河口湿地位于辽河三角洲中心区域，地理坐标为121°28′24.58″～121°58′27.49″E，40°45′00″～41°05′54.13″N。湿地的土壤由河流冲积形成，土地利用类型有芦苇沼泽、河流水域、滩涂等。属于暖温带大陆性半湿润季风气候，具有雨热同季、干冷同期的特点，年降水量611.6～640.1 mm，集中在7—9月，年平均气温9.2 ℃，年日照时数为2 780.5 h，全年无霜期182 d。该区地貌类型为冲积海积滨海平原，地势平坦、开阔，多苇塘沼泽和海域滩涂。湿地土壤类型以沼泽土、盐土、潮滩土为主，pH值为7.2～7.6。河口湿地类型有芦苇湿地、盐地碱蓬湿地和裸滩湿地，优势植物主要为芦苇和盐地碱蓬。盐地碱蓬植株生长旺盛期为6—9月，蓬植株高20～22 cm。盐地碱蓬主要分布区盐分含量最高可达3.4%。

1.2 样品采集

从辽河口湿地盐地碱蓬主要分布区随机采集盐地碱蓬植株地上部分1 000株，分株装入10号自封袋中，带回实验室，放置于阴凉通风处，室温晾干。种子脱落之后，从中随机抽取100份，计算每个植株上种子数量。种子掉落后，用1.6 mm孔径的筛子对种子进行去杂和筛选，选出的种子装入自封袋。对筛选出的二型性种子进行标号，最后用游标卡尺测量种子直径和厚度，并确定棕色种子、黑色种子的数量。

1.3 样品处理

2种类型的种子在水培模拟水淹环境和纱布培养模拟非水淹环境下生长，观察种子萌发的特性，第一组为非水淹培养皿，纱布一直用蒸馏水保持湿润，第二组为水淹培养皿，蒸馏水量以覆盖培养皿底部为宜。每组4个培养皿，分别放入5粒大棕色种子、5粒小棕色种子、5粒大黑色种子、5粒小黑色种子。8个培养皿均放于适宜温度和光照条件下培养，每天观察其生长情况，并做好相应的数据记录，实验重复3次。

将105 ℃条件下烘干的分析纯NaCl晶体，按照相应的质量比例，溶于纯净水，分别配置成0、3、5、10、15%浓度梯度的NaCl溶液，注入10个干净的培养皿(直径9 cm)，并覆盖底部。选取饱满的2类盐地碱蓬种子分2组进行试验，均以蒸馏水为对照。每个培养基内分别放5粒棕色种子和黑色种子，每日观察其种皮颜色等形态特征，并做好记录。每组实验均重复3次。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2019进行数据的整理及图表的绘制，应用SPSS 22.0进行差异分析，采用单因素方差分析计算各处理盐地碱蓬种子的发芽率和幼苗高度的差异多重比较。

2 结果与分析

2.1 盐地碱蓬种子异型性

每棵盐地碱蓬植株上有2种类型的种子(图1)，棕色种子的种皮具有柔软、透明、粗糙的特点，而黑色种子种皮致密、坚硬、光滑，从盐地碱蓬湿地分布区同一地点随机选取100株盐地碱蓬植株，共得到种子2 024粒，其中棕色种子1 773粒，黑色种子251粒，占比分别为87.5%和12.5%，棕色种子的数量远远多于黑色种子。

图1 未萌发的盐地碱蓬棕色种子和黑色种子

从图2可以看出，1 773粒盐地碱蓬棕色种子的直径分布范围为0.100～0.250 cm，平均直径为0.179 cm；251粒盐地碱蓬黑色种子的直径分布范围为0.100～0.180 cm，平均直径为0.147 cm。棕色种子直径分布范围比黑色种子更加广泛。盐地碱蓬棕色种子的厚度分布范围为0.020～0.116 cm，平均厚度为0.069 cm；盐地碱蓬黑色种子的厚度分布范围为0.023～0.116 cm，平均厚度为0.082 cm。

图2 盐地碱蓬棕色种子和黑色种子直径和厚度分布

2种种子厚度分布范围差别不大。

2.2 盐地碱蓬种子萌发影响因素及机制

2.2.1 盐分对种子萌发的影响

从图3看出，不同浓度NaCl溶液对2种盐地碱蓬种子萌发率有不同的影响。在较低盐分浓度范围内(<3% NaCl浓度)，棕色种子的萌发不受盐度影响，能够全部萌发，而随盐分浓度的增大，萌发率显著降低，当盐分浓度从3%提高到5%时，种子萌发率最大降低幅度为60%；黑色种子在较低的盐分浓度下(<3% NaCl浓度)，种子萌发率从40%提高到80%，但当盐分浓度从3%提高到5%时，萌发率又从80%降低为40%，当盐分达到5%时，2种种子的发芽率变化一致，当盐分为15%时，种子死亡。总的来说，在一定盐度范围内(0～15%)，盐地碱蓬棕色种子对盐分的适应能力强于黑色种子。

图3 盐地碱蓬棕色和黑色种子在不同NaCl浓度下萌发率

从图3可以看出，随着盐分浓度的增加，棕色种子和黑色种子的萌芽长度均呈现逐渐降低的趋势，清水组棕色种子萌芽长度值最大为1.7 cm，黑色种子萌芽长度值最大为1.3 cm；当盐分浓度达到15%时，棕色种子萌芽长度为最小值0，当盐分浓度为10%时，黑色种子萌芽长度值为最小值0。在0%、3%、5%、10%、15%的盐分浓度下，棕色种子和黑色种子的萌芽长度值相差分别为0.4、0.4、0.6、0.3 cm，差距最大出现在盐分浓度为5%时，相差0.6 cm，差距最小出现在盐浓度为10%时，相差0.3 cm。表明盐分浓度范围为0%～15%时，随着盐分浓度增加，棕色种子和黑色种子的萌芽长度均逐渐降低，但盐分对盐地碱蓬黑色种子萌芽长度抑制效果更加显著。

2.2.2 水淹对种子萌发的影响

从图4可以看出，棕色种子在非水淹条件下的萌芽饱满、粗壮，颜色鲜亮，具有活力，而在水淹条件下，种子虽然也萌发了，但是萌芽却呈现出黄色，颜色暗淡，缺乏活力。可能是因为棕色种子体积大、种皮薄且软，较多的营养物质可以为前期快速发芽提供养分，经短暂的浸泡后可以迅速萌发，但是若发芽后，处于水淹造成的无氧条件下，幼苗的呼吸作用将受到抑制，进而影响幼芽初期的光合作用。

黑色种子无论是在非水淹还是水淹条件下，萌芽都表现出饱满、鲜亮和旺盛活力的状态，说明水淹胁迫对棕色种子的影响大于黑色种子。由于黑色种子体积小，种皮致密不吸水，起到隔离外界环境的作用，保护种胚免受水淹和盐害的损伤，通过缓慢吸收水分进行层积，经过一段时间后，种胚逐渐强壮，休眠释放，种子开始萌发。所以，无论是非水淹还是水淹，黑色种子的幼苗受抑制程度小于棕色种子。

无论是水淹还是非水淹条件，棕色种子的幼苗都要比黑色种子的幼苗显得粗壮，一方面，可能是棕色种子比黑色种子大，所含营养物质高，基础雄厚；另一方面，黑色种子的胚较弱，且要突破厚厚种皮需要很大的机械阻力。

从图5中可以得出，大棕色种子和小棕色种子在非水淹条件下的萌芽长度分别为3.1 cm和1.5 cm，在水淹条件下的萌芽长度分别为1.2 cm和1.1 cm。大棕色种子在水淹和非水淹时萌芽长度相差1.9 cm；小棕色种子在水淹和非水淹条件下萌芽长度相差0.4 cm。在非水淹条件下，大棕色种子和小棕色种子的萌芽长度相差1.6 cm；在水淹条件下，大棕色种子和小棕色种子的萌芽长度相差0.1 cm。

图5 盐地碱蓬棕色种子和黑色种子在水淹和非水淹条件下萌芽长度和萌发率

大黑色种子在水淹和非水淹条件下的萌芽长度都为0.3 cm；小黑色种子在水淹和非水淹条件下的萌芽长度分别为0.9 cm和1.1 cm，相差0.2 cm。在非水淹条件下，大黑色种子和小黑色种子的萌芽长度分别为0.3 cm和1.1 cm，相差0.8 cm；在水淹条件下，大黑色种子和小黑色种子的萌芽长度分别为0.3 cm和0.9 cm，相差0.6 cm。

从图5可以看出，无论是在非水淹还是水淹条件下，大棕色种子和小棕色种子的萌发率都是100%，说明棕色种子的萌发率不受水淹胁迫的影响，可以一次性萌发完成。大黑色种子和小黑色种子在非水淹条件下萌发率都是40%，在水淹条件下都是20%，说明无论是棕色种子还是黑色种子，在水淹和非水淹条件下，其萌发率不受种子自身大小的影响。

在非水淹或水淹条件下，棕色种子的萌发率比黑色种子的萌发率高，说明无论是水淹还是非水淹条件，棕色种子的萌发率显著高于黑色种子。黑色种子在非水淹条件下的萌发率比在水淹条件下的萌发率高，说明水淹环境对黑色种子萌发率的抑制程度高于非水淹环境。

3 小结

种子二型性指在同一株植物上产生2种在形态结构及萌发特性等方面存在显著差异的种子[13]。自然选择表明，拥有种子二型性的植物有不同的萌发时间，避免了物种一次性灭绝，进而保证种群的成功建立和顺利繁殖，这是植物在这些严酷环境中长期进化的结果[14]。藜科植物的种子具有二型性，二型种子不同的形态、休眠和萌发特性，提高了该物种在高度异质性生境中的适合度，对种群成功地适应温带盐漠环境具有重要的意义[15]。

棕色种子皮薄，在适宜盐分条件下，其吸收水分和营养物质的速度比黑色种子快，萌发速度和萌发率都要优于同一条件下的黑色种子。但是，随着盐分浓度增大，黑色种子表现出较高的耐盐性，例如，在海潮临时水淹状态下，棕色种子承受大量海水而不能正常生长；而黑色种子的种皮是角质，对外界的海水环境有一定的阻挡作用，既能保持种子发芽所需的水分，又能与外界的水分保持一定的限度[16]。

此外，棕色种子萌发温度范围广，在早春低温条件下，其萌发率显著高于黑色种子；随着温度升高，土壤表层盐度增大，厚皮的黑色种子萌发率高于棕色种子，即使雨后土壤盐分含量降低，棕色种子继续萌发能力依然低于黑色种子，可能的原因是薄种皮的棕色种子胚受到盐分损害，活力降低；但厚皮又阻碍了黑色种子的发芽，划破种皮明显提高了其萌发率[17]。

同时，黑色种子具有非深度休眠特性，研究发现，储存提高了盐地碱蓬黑色种子萌发，说明新成熟黑色种子胚自身活力较低，需要完成后熟；黑色种子经过蒸馏水或不同浓度盐分的低温层积均显著提高了其萌发率，这种现象可能与种子内源激素有关[18]。低温层积可为种子提供湿润、低温和通气的条件，感受低温部位的分生组织中激素达到平衡，致使代谢发生顺序性的变化。种子胚中的抑制剂含量过高，而赤霉素、乙烯等促进剂含量过低，可能是盐地碱蓬黑色种子萌发率低的一个主要内在因素，外源赤霉素可有效促进胚的生长[19]。

棕色种子对光照不太敏感，虽然盐地碱蓬黑色种子在光照和黑暗条件下萌发率均不高，但光照条件下萌发率比黑暗条件下更高，并且与温度存在相互作用，由此说明，光可能会影响土壤种子库中黑色种子的萌发，即埋于浅层土壤的黑色种子接受光照后易萌发，形成潜在种子库，而深层土壤的种子无光照，处于休眠状态，形成土壤种子库[20]。

种子大小明显地影响幼苗的初始大小和幼苗的生长高度。相对于较小种子产生的幼苗，大种子产生的幼苗较大，具竞争优势。例如，三角叶滨藜(Atriplextriangularis)大种子的幼苗较大，在以后的生长中一直保持这种差异，这种差异是大种子发芽快的结果。棕色种子的植株地上部分生物量均高于黑色种子植株，可能与棕色种子的幼苗具有较多的分枝有关[21]。

因此，棕色种子主要在春天建群，且棕色种子刚萌发幼苗耐盐性较强，而黑色种子在夏天雨季来临后萌发，黑色种子可能在环境不利情况下群落的持续建成中起一定作用。盐地碱蓬异型性种子拓宽了萌发时间，分散了萌发地点，降低了种子一次性萌发完的风险，为盐地碱蓬种群建成提供了多种可选择的机会[22]。

黑色种子体积小，平均直径0.147 cm，种皮角质有光泽，而棕色种子体积大，平均直径0.179 cm，种皮膜质无光泽。低盐度(<3% NaCl)条件下，棕色种子的萌发率不受影响，而黑色种子发芽率提高；高盐度(>3% NaCl)条件下，2类种子的萌发率均随盐分浓度的升高而下降。随着盐分浓度的升高，2类种子的萌发长度均受到抑制，萌芽长度与盐浓度之间呈现显著的负相关关系，黑色种子萌芽长度受到抑制的程度比棕色种子高。

无论是在非水淹还是水淹条件下，棕色种子的萌发率均可一次性萌发完成。在非水淹或淹条件下，棕色种子的萌发率比黑色种子的高，说明无论是水淹还是非水淹条件，棕色种子的萌发率显著高于黑色种子。黑色种子在非水淹的条件下的萌发率比在水淹条件下高，说明水淹环境对黑色种子萌发率的抑制程度显著高于非水淹环境。