贮藏之后种子的生活力和萌发能力取决于贮藏期间的水分和温度条件以及种子特性。季节性积雪作为生态系统的组分之一，可通过补充水源、调节近地表温度、湿度等土壤理化性质影响土壤中种子的生活力和萌发能力^{[1, 2]}，继而影响植物种群更新。在有一定降雪的干旱区，积雪是潜在的水源，对无灌溉条件下的植被恢复极为重要。

灌木是荒漠植被的优势生活型，对维持荒漠生态系统稳定具有重要作用。灌木也常作为干旱地区退化荒漠植被恢复的候选植物，利用本地灌木提高植被成效已成为干旱区植被恢复的趋势^[3,4]。准噶尔锦鸡儿（Caragana soongorica Grub.）、特克斯锦鸡儿（C. tekesiensis Y. Z. Zhao & D. W. Zhou）、刺叶锦鸡儿（C. acanthophylla Kom.）和荒漠锦鸡儿（C. roborovskyi Kom.）为豆科落叶灌木，其中特克斯锦鸡儿为新疆特有种^[5]。这4种灌木是荒漠和半荒漠地区某些地段植物群落的优势种^[6]，对维持荒漠生态系统稳定具有重要作用，也是植被恢复的潜在候选植物。

从种子生活力对积雪的响应来看，积雪覆盖5个月对古尔班通古特沙漠的灰绿藜（Oxybasis glauca (L.) S. Fuentes）、驼绒藜（Krascheninnikovia ceratoides (L) Gueldenstaedt）种子生活力无显著影响^[7]。同样，北美冷荒漠植物Pseudoroegneria spicata (Pursh) Á. Löve（禾本科假鹅观草属）和旱雀麦（Bromus tectorum L.）种子无论有无积雪覆盖，5个月后种子死亡率均高达70%～80%^[8]。从种子萌发对积雪的响应来看，无论积雪深度如何，古尔班通古特沙漠35种常见植物的种子萌发率未受积雪的影响^[9]，早春短命植物的种子萌发出苗率随积雪深度的增加而增加^{[10, 11]}，有积雪覆盖的黑鳞顶冰花（Gagea filiformis (Ledeb.) Kunth et Kirilov）、卷果涩荠（Malcolmia scorpioides (Bunge) Boiss.）和小画眉草（Eragrostis minor Host）种子萌发率明显高于无积雪覆盖^[12]。对美国西北部8种乔木的研究表明，积雪增厚使夏秋种子成熟的植物的种子萌发率降低，而冬季种子成熟的植物越冬后其种子萌发率增加^[13]。模拟不同积雪厚度对瑞典北部亚北极20种不同生活型植物的研究表明，积雪越浅，多数植物种子的萌发率就越低，萌发速度越慢，种子萌发延迟，总体而言，深雪下的种子萌发率明显高于浅雪^[14]。

种子在适宜条件下不萌发的现象叫休眠。种子休眠是植物对不利环境的一种适应策略，物理休眠因种皮不透水引起，主要通过种皮破损来解除^[15]。白车轴草（Trifolium repens L.）种子贮藏在较湿环境（相对湿度60%～100%、温度5 ℃~15 ℃）5个月后，种子萌发率由31%提高到了71%^[16]。新疆阿尔泰山脚河流湿地的多刺锦鸡儿（Caragana spinosa (L.) DC.）种子在原生境土中（相对湿度80%~100%、温度11.6 ℃~18 ℃）埋放至次年4、5、7月后，种子生活力由95%分别降到了36.3%、39.3%和5.5%^[17]。河北蒙古黄芪（Astragalus membranaceus var. mongholicus (Bunge)P. K. Hsiao）种子在湿度 ≤ 50%，温度−18 ℃环境中贮藏12个月后，种子活力由89%下降到了44%^[18]。

4种锦鸡儿属植物的生境在冬季均有降雪，其种子也均有不同程度的休眠。在自然条件下，从种子脱落到次年春季，种子会经历8~9个月的贮藏，其中近5个月的时间有积雪覆盖。在这期间积雪覆盖对种子生活力和休眠解除有怎样的作用？为回答这个问题，我们开展了4种锦鸡儿属植物种子生活力和萌发率对积雪下埋放的响应研究，以便为荒漠生境下植被的恢复提供参考。

1.   材料与方法

1.1   种子采集及野外积雪处理

准噶尔锦鸡儿、特克斯锦鸡儿和刺叶锦鸡儿种子分别采集于新疆玛纳斯县、特克斯县和乌鲁木齐，其生境为荒漠草地，土壤为灰漠土，植被盖度约为25%~30%，以绢蒿属（Seriphidium (Bess.) Poljak.）植物为优势种。荒漠锦鸡儿种子采自达坂城，生境为荒漠，土壤为灰棕漠土，盖度约为5%~10%，群落组成植物主要有霸王（Zygophyllum xanthoxylum (Bunge) Maxim.）和膜果麻黄（Ephedra przewalskii Stapf）。从原生境自然群落的30株个体上采集种子，置于室内通风处晾干1周，再充分混匀备用。4种锦鸡儿属植物种子采集地的气候等信息见表1，其生境冬季均有降雪。

表  1  种子采集地、生境和气候（气候数据为1989-2018年的平均值，由乌鲁木齐气象局提供）

Table  1.  Seed collection site, habitat, and climate (climate data are averages from 1989 to 2018, provided by the Urumqi Meteorological Bureau)

物种 Species	采种地 Site	经纬度 Longitude and latitude	海拔 Altitude / m	年均气温 Average annual temperature / ℃	年均降水量 Average annual precipitation / mm	生境 Habitat
准噶尔锦鸡儿 Caragana soongorica	玛纳斯	43º53'42.8"N，86º13'39.9"E	1 406	7.5	237.7	荒漠草地
特克斯锦鸡儿 Caragana tekesiensis	特克斯	43º09'43.4''N，81º45'11.2''E	1 263	5.3	375.0	荒漠草地
刺叶锦鸡儿 Caragana acanthophylla	乌鲁木齐	42º45'32.2"N，86º37'33.0"E	1 001	6.4	236.0	荒漠草地
荒漠锦鸡儿 Caragana roborovskyi	达坂城	43º34'33.9"N，88º16'29.0"E	1 103	6.6	72.0	荒漠

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于2019年11月第一场雪后选取4种锦鸡儿属植物饱满完整的种子各640粒，装入尼龙沙网袋，每袋80粒，每种各8袋，每袋放入装有沙土的花盆中（直径14 cm，高12 cm），埋深约为2.5 cm，每盆放置4种锦鸡儿种子各1袋，共8盆。将花盆放在野外平坦的地面，可以接受自然降雪，每个花盆相隔5 cm。其中4盆在每次降雪后清除积雪（雪大时稍有覆盖即清除），另4盆保持自然降雪，直至第二年春天积雪融化，取出袋子。采用DS1923型纽扣温度仪记录野外积雪处理期间有雪和无雪花盆里土壤的温度和湿度，每1 h记录1次。

1.2   野外种子萌发统计及室内种子萌发

于2020年3月底取出花盆中的种子袋，挑出每种植物空瘪、腐烂、无生活力的种子，计算种子死亡率（D1）。种子袋中已有种子萌发，因此分别记录每种植物有雪和无雪处理中已经萌发的种子数，计算野外萌发率。剩余种子放入直径为90 mm的培养皿，4个重复，依国际种子萌发标准^[15]，在实验室常温（20 ℃~23 ℃）、自然采光下进行萌发。萌发过程中保持滤纸湿润，以种子长出2 mm胚根视为萌发，每天记录萌发数，持续28 d。分别计算不同处理下种子的萌发率（GP）和达到总萌发数一半的天数T₅₀，GP = GS / VS × 100%，式中GS为已萌发种子数，VS为有生活力种子数。并计算种子死亡率（D2）， D2 = DS / TS × 100%，DS为死种子数，TS为总种子数。总死亡率为D1 + D2。未萌发的种子用镊子挤压，不能压破的种子即为不吸水的硬实种子，这部分种子用砂纸轻轻打磨后在室温下培养，记录萌发数，计算未萌发种子比率和死种子比率。

1.3   数据处理

采用Excel 2010软件统计数据并作图，实验结果均以平均值 ± 标准误表示，利用统计分析软件SPSS 20.0，采用t检验分析野外处理间种子失活和萌发差异的显著性。

2.   结果与分析

2.1   种子室外萌发和种子生活力统计

经过野外埋放后，有积雪和无积雪覆盖的4种锦鸡儿属植物种子均有萌发，萌发率为3%~16%（图1）。其中刺叶锦鸡儿和荒漠锦鸡儿种子在积雪覆盖下的萌发率显著高于无积雪覆盖（P ＜ 0.05，图1），准噶尔锦鸡儿和特克斯锦鸡儿种子在有无积雪覆盖下的萌发率差异不显著（图1）。

图  1  有、无积雪处理下4种锦鸡儿属植物种子萌发及生活力

Cs：准噶尔锦鸡儿；Ct： 特克斯锦鸡儿；Cr： 荒漠锦鸡儿；Ca：刺叶锦鸡儿。不同小写字母表示处理间在 P < 0.05 水平上差异显著。

Figure  1.  Seed germination and viability of four Caragana species treated with and without snow

Cs: Caragana soongorica; Ct: Caragana tekesiensis; Cr: Caragana roborovskyi; Ca: Caragana acanthophylla. Different lowercase letters indicate significant differences at P < 0.05 level.

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就种子死亡率而言，有积雪覆盖种子死亡率最高的是准噶尔锦鸡儿，为36%（P ＜ 0.05）；刺叶锦鸡儿和荒漠锦鸡儿种子死亡率极低，不到3%，有积雪覆盖的特克斯锦鸡儿种子死亡率为17%，无积雪覆盖死亡率为14%（图1）。

2.2   种子室内萌发

在实验室内， 4种锦鸡儿属植物种子的萌发率和萌发速率在积雪和无积雪覆盖处理间差异均不显著（表2）。在积雪覆盖下，荒漠锦鸡儿、特克斯锦鸡儿、刺叶锦鸡儿和准噶尔锦鸡儿种子的萌发率分别为84%、58%、62%、37%。荒漠锦鸡儿种子萌发率最高，萌发速度最快，准噶尔锦鸡儿萌发率最低，萌发速度最慢，不同物种间差异显著（P ＜ 0.05，表2）。未萌发的硬实种子，擦破种皮后在室内培养，均在7 d内萌发。

表  2  有、无积雪下贮藏后4种植物种子在室温下的萌发率和萌发速度

Table  2.  Germination percentage and germination rate of seeds at room temperature after storage with and without snow

物种 Species	处理 Treatment	萌发率和萌发速度 Germination percentage and rate
		GP / %	T50 / d
准噶尔锦鸡儿	有雪	37 ± 3.4Ca	11 ± 1.5Aa
	无雪	30 ± 4.8Ba	14 ± 1.2Aa
特克斯锦鸡儿	有雪	58 ± 4.8Ba	10 ± 2.4Aa
	无雪	55 ± 5.2Aa	11 ± 2.8ABa
荒漠锦鸡儿	有雪	84 ± 5.7Aa	6 ± 1.3Aa
	无雪	83 ± 5.7Aa	6 ± 0.5Ba
刺叶锦鸡儿	有雪	62 ± 4.8Ca	8 ± 0.9Aa
	无雪	66 ± 4.8Ba	9 ± 1.7ABa
注：数据均为平均值 ± 标准误，不同小写字母表示不同处理间差异显著（P < 0.05），不同大写字母表示不同物种间差异显著（P < 0.05）。
Notes: All data are average values ± SD. Different lowercase letters indicate significant differences in seed germination percentage and germination rate between treatments (P < 0.05), and different capital letters indicate significant differences in seed germination percentage and germination rate between species (P < 0.05).

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2.3   贮藏期间土壤温度和湿度变化

在整个埋藏期间，积雪覆盖下的土壤温度范围为−15 ℃~28 ℃，湿度为95%~110%，其中，温度最低日（2019年1月27日）的波动范围是−15 ℃~−4 ℃，温度最高日（2020年3月23日）的波动范围是5 ℃~28 ℃（图2：B、C）。无积雪覆盖下的土壤温度波动范围为−18 ℃~27 ℃，湿度为89% ~109%（图3：A），其中，温度最低日（2019年1月27日）的波动范围是−18 ℃~−5 ℃，温度最高日（2020年3月23日）的波动范围是5 ℃~27 ℃（图2：B、C）。在早春，积雪融化时土壤上层白天有积水，夜晚结冰。

图  2  2019年11月 - 2020年3月种子埋放期间（A）及种子所处最冷日（B）和最热日（C）土壤温度变化

Figure  2.  Changes in soil temperature during seed embedding period (A) on coldest day (B) and hottest day (C) where seeds were located from November 2019 to March 2020

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图  3  2019年11月 - 2020年3月种子埋放期间（A）及种子所处最冷日（B）和最热日（C）土壤湿度变化

Figure  3.  Changes in soil humidity during seed embedding period (A) on coldest day (B) and hottest day (C) where seeds were located from November 2019 to March 2020

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3.   讨论

3.1   雪下贮藏后种子的生活力

积雪覆盖下的准噶尔锦鸡儿种子生活力的丧失最为明显，这可能与种子本身的吸水率有关。一般认为，吸水率高的种子生活力低于吸水率低的^[19]。以往研究表明，准噶尔锦鸡儿种子吸水率最高，其次为特克斯锦鸡儿，荒漠锦鸡儿最低^[20]。积雪融化期间准噶尔锦鸡儿种子在短时间内吸收较多的水分，从而造成种子物理伤害，引起膜损伤，种子生活力丧失。另外，根据我们调查，准噶尔锦鸡儿仅分布于新疆个别小山谷，文献记载其分布范围也比较窄^[6]，是狭域种，这可能也是其种子高死亡率的原因。

除了植物的遗传特性外，种子生活力的丧失还取决于贮藏期间的温度和湿度。本研究中，相对于无积雪覆盖的种子，有积雪覆盖种子的微生境土壤温度高、湿度大，且其变幅较小，环境较稳定。一般认为，贮藏温度高、湿度大时，种子生活力降低，易发生霉变等。因此，积雪覆盖下准噶尔锦鸡儿生活力明显丧失，这与同科的多刺锦鸡儿^[17]、蒙古黄芪^[18]结果相同。

刺叶锦鸡儿和荒漠锦鸡儿在积雪覆盖下只有极个别种子死亡，说明这两种植物种子能保持较高的生活力。特克斯锦鸡儿种子无论有无积雪覆盖均有一部分种子丧失生活力，说明种子生活力的丧失不受积雪处理的影响，推测其生活力主要受其他因素影响。

3.2   雪下贮藏后种子的休眠解除和萌发

本研究结果显示，雪下贮藏后4种植物的萌发率没有提高，即积雪处理对休眠的解除作用不明显。原因可能有三。首先，一般来说，自然条件下物理休眠可通过干湿交替或温度变化擦破种皮来解除^[15]，而本研究中具物理休眠的锦鸡儿属植物种子经历近5个月积雪覆盖的较稳定环境后，休眠并未解除。相对于无积雪覆盖，有积雪覆盖的种子所处土壤的湿度较高，且日变化和整个贮藏期间的变化幅度均不大，尤其在3月融雪期间。就温度的日变化而言，有积雪覆盖的变幅较小，在−14 ℃~−4 ℃，而无积雪的变幅在−18 ℃~−5 ℃。可见，有积雪覆盖种子的微生境温度高、湿度大，环境较稳定。也就是说，这种湿冷环境以及贮藏末期短时的冻融交替环境不足以擦破种皮。与本研究结果相似，Dalea ornata (Douglas) Eaton & Wright的种子在−20 ℃下贮藏2 h后转移到23 ℃继续贮藏2 h，循环0、1、2、3、6次后，其休眠并未解除^[21]。但与我们研究结果不同，土耳其白羽扇豆（Lupinus albus L.）和红车轴草（Trifolium pratense L.）种子在−80 ℃下贮藏1 d再放到95 ℃水中5 s后，其萌发率得到提高^[22]。可见，物理休眠的解除因物种、处理强度和持续时间而异。其次，本研究有无积雪覆盖对种子萌发率影响不明显。因此，土壤湿度并不是影响这4种植物种子休眠解除的主导因素，其重要因素可能是温度。有研究表明，准噶尔锦鸡儿、特克斯锦鸡儿、荒漠锦鸡儿和刺叶锦鸡儿经过室温干贮藏后硬实率明显降低^{[23, 24]}，说明与湿冷条件相比，干热条件更有利于解除这4种锦鸡儿属植物种子的休眠。第三，Baskin和Baskin ^[15]提出，在低温下有些种子的物理休眠解除需要两个步骤：一是冬季湿冷条件使种子对变温敏感；二是早春的变温使敏感种子变得透水并萌发。然而，如果种子从冬季条件转移到相对较高的恒温条件下，它们就会失去对春季变温的反应能力。有研究表明，豆科的Melilotus albus Desr.、Medicago lupulina L.、Lotus corniculatus L.和T. repens 种子在5 ℃潮湿的培养皿上培养2个月，再把种子从5 ℃转移到10 ℃或23 ℃时不萌发，但当从5 ℃转移到15 ℃/6 ℃或20 ℃/10 ℃的变温时，其萌发率很高^[25]。本研究中的4种锦鸡儿属植物种子在野外经过积雪覆盖取回后，放在室温（接近恒温）条件下进行萌发，这种恒温条件可能使种子失去了对春季变温的反应能力，从而使积雪处理对种子休眠解除的影响变弱。

3.3   积雪对萌发物候的影响

积雪通常被认为是控制生长季长度和物候的主要因素^[26]。本研究中积雪使荒漠锦鸡儿和刺叶锦鸡儿部分种子萌发提前，与瑞典北部的豆科植物Vicia cracca L.在积雪覆盖下萌发提前的结果相似^[14]。荒漠锦鸡儿和刺叶锦鸡儿的原生境较准噶尔锦鸡儿和特克斯锦鸡儿而言更为干旱，有些地区年降水量仅为72 mm，且降水不可预测，利用早春融雪水提前萌发可能是其适应干旱生境的一种策略。种子在冬末早春萌发，幼苗就有足够的时间在夏初干旱之前建立起来，这种策略大大提高了幼苗存活率^[15]。另外，有观点认为高海拔地区的植物种子需要更高的萌发温度，以避免在霜冻时间很长的早春萌发^[14]。准噶尔锦鸡儿和特克斯锦鸡儿生长地的海拔高于荒漠锦鸡儿和刺叶锦鸡儿，即使积雪为种子萌发提供了充足的水分条件，但早春的低温并不满足萌发的需要，因此萌发延迟。同样，Zhao等^[23]的研究也表明，准噶尔锦鸡儿和特克斯锦鸡儿种子在高温下萌发较好，而早春15 ℃ / 5 ℃下的萌发率低于15%。

4.   结论

积雪覆盖下准噶尔锦鸡儿和特克斯锦鸡儿种子的生活力丧失较多，而刺叶锦鸡儿和荒漠锦鸡儿种子能够保持较高的生活力。积雪覆盖对4种锦鸡儿属植物的种子萌发无明显影响，即不能解除其种子的物理休眠。如果植被恢复中采用这几个种，需事先进行擦破种皮处理以解除物理休眠。关于播种时间，建议刺叶锦鸡儿和荒漠锦鸡儿在初冬下雪前播种，而准噶尔锦鸡儿和特克斯锦鸡儿可于次年春季播种。

致谢：感谢朱成林、刘庆辉和王璐瑶在采集种子、萌发实验及数据处理方面提供的帮助。