全 文 ：乌兰布和沙区紫花苜蓿建植与萌发预测模型*
白文明 左 强 李保国
(中国农业大学资环学院土壤水系,北京 100094)
摘要: 研究乌兰布和沙区紫花苜蓿种子发芽与温度的关系及环境因素对种子萌发的影响,
探讨不同播种期和播种技术对出苗和保苗的影响。结果表明, 适宜播种期为 5 月中、下旬。种子
发芽所需热量累积为 22℃以上。在沙区特殊环境条件下,初步建立紫花苜蓿种子萌发预测的动
态模型, 验证结果表明,该模型可用以预测类似条件下紫花苜蓿种子的萌发。
关键词: 紫花苜蓿; 萌发; 建植; 预测模型
乌兰布和沙区地处我国荒漠区东部前沿,位于华北和西北的结合部。合理地改造和利用
沙区宜农荒地, 对沙漠化防治, 以及资源的持续利用都具有重要意义。种植紫花苜蓿
(M edicago sat iva L. )不仅可以防风固沙、改良土壤,改善种植结构。可为发展牧业提供饲
草、饲料,但沙区自然条件恶劣, 风沙大、干旱少雨,为植被建植带来很大困难。本文通过对沙
区紫花苜蓿种子萌发的研究,以期为紫花苜蓿在乌兰布和沙区的建植提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1. 1 自然概况
试验在内蒙古磴口县中国农业大学资环学院节水试验站基地进行, 地处东经 106°53′
34. 3″, 北纬 41°21′9. 9″,属乌兰布和沙区,覆沙厚度 30～50cm。试区土壤剖面 0～30cm 是沙
土层,速效 N、P、K含量分别为 0. 0986mg / kg、17. 34mg/ kg 和 17. 44mg/ kg , 30～90cm 是粘
土层, > 90cm 是沙土层。年均降水量 142. 7mm ,年均蒸发量 2377. 1mm,年均风速 3m/ s,年
均气温 7. 6～7. 8℃, ≥10℃的活动积温为 3222～3489℃, 无霜期 144d。太阳有效辐射为
315. 2KJ/ cm
2,是全国光能资源丰富地区之一。
1. 2 试验设计
1. 2. 1 供试材料 准葛尔苜蓿
1. 2. 2 播种方法 麦秸覆盖播种,覆盖量 3000kg/ hm 2,以不覆盖者作对照。
1. 2. 3 播种期 1998年 6月 5日、1999年 4月 23、26日和 5日 18日。
1. 2. 4 播种 人工条播, 播深 3cm , 行距 25cm ,播种量 22. 5kg / hm2。同时施尿素 150kg /
hm
2 ,过磷酸钙 600kg/ hm2。灌溉方式为喷灌。
1. 2. 5 试验共设 8个小区,覆盖麦秸和不覆盖者各 4个小区,小区面积 80m2 ( 8m×10m )。
1. 3 测试方法
1. 3. 1 播种后每天挖取 25cm×25cm×10cm 的土样, 观测种子发芽数及胚芽长度,各重复
5次。
* 国家自然科学重大基金( 89990490)和内蒙古磴口县高标准节水灌溉示范区项目的一部分
第 8 卷 第 1 期
Vo l. 8 No . 1
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SIN ICA
2000年 3 月
March 2000
1. 3. 2 观测标定小样方( 25cm×25cm )内每天种子出苗数,出苗率达到 60%～70%的日期
定为出苗期。
1. 4 模型原理
种子萌发和出土动态模型是建立在种子萌发和出土过程的生理学机理基础之上的。若
水分充足,则种子发芽主要受温度条件的影响。Garcia-Huidobr o( 1982年)采用热量时间概
念定量描述温度对种子萌发的影响, 在种子吸水后须有足够的热量时间积累才开始发芽。热
量时间积累公式:
A T = ( T - T min)× t ( 1)
或 A T= ( Tmax- T )×t ( 2)
( 1)式用于低于最适温度; ( 2)式用于高于最适温度
A T 为种子萌发热量时间积累(℃) ; T 为实际温度(℃)
Tmin、T max 分别为种子萌发的温度下限和上限要求(℃)
t为天数
在出土阶段, 胚芽的伸长生长过程被视为对水分胁迫最敏感阶段( Hsiao, 1973) ,但由于
本试验是在水分充足供给条件下进行的,因此主要探讨温度对胚芽伸长生长的影响。胚芽伸
长生长公式:
L = R×TI×L i- l×t ( 3)
式中:
L 为胚芽在时间步长 t 的伸长生长量( cm )
L i- l为前一个阶段的胚芽长度( cm)
R 为胚芽相对生长速率, 在此视为常数
TI 为温度指数, Jones( 1991年)将其定义为:
T I=
2×( T + Tmin) 2×( T op t+ Tmin) 2- ( T + Tm in) 4
( T op t+ Tmin)
4
Tmin、T op t、T max 分别为胚芽伸长生长的最低、最适和最高温度(℃)。
1. 5 模型的结构
通过以上模型原理分析,模型结构可用流程图表示(图 1)。
2 结果与分析
2. 1 种子发芽与温度的关系
温度对种子发芽的影响主要体现在两方面
2. 1. 1 种子发芽对温度的反应,有最低、最适和最高温度限制,种子吸涨后必须有足够的热
量时间累积, 才开始发芽。
2. 1. 2 在幅度较宽的一定温度范围内,最终的萌发百分率不受温度的影响,但发芽速率则
为温度变化的函数。本试验对不同播种期紫花苜蓿种子发芽热量时间的累积进行研究(见
表 1)。
19第 1期 白文明等:乌兰布和沙区紫花苜蓿建植与萌发预测模型
表 1 种子发芽的热量时间累积
T able 1 Accumulative quantity o f heat time for germination of alfalfa under differ ent seeding dat es
播种期
(日、月、年)
Seeding date
( Day. Month .Year )
发芽时间
Germinat ion
date
播种至发芽所需日数
Germinat ion
date
播后日温差
T emperature dif f erence
after s eeding(℃)
1s t day 2nd day 3th day 4th day
热量时间累积
Accumulat ive
qu ant ity of
heat t ime(℃)
5/ 6/ 1998 8/ 6/ 1998 3 10. 0 12. 2 22. 2
23/ 4/ 1999 28/ 4/ 1999 5 14. 5 1. 5 0. 4 5. 1 21. 5
26/ 4/ 1999 30/ 4/ 1999 4 5. 1 6. 9 10. 1 22. 1
18/ 5/ 1999 21/ 5/ 1999 3 10. 7 13. 8 24. 5
从表 1可以看出, 在乌兰布和沙区播种紫花苜蓿, 种子发芽的热量时间累积一般在
22℃以上。随着播种期的推移, 温度逐渐升高, 温度积累加快,种子发芽所需的时间变短。
图 1 模型结构流程图
F ig . 1 Flow chart o f model st ructure
注: T HREM-热量时间累积 LENT -胚芽长度 SDEP-播深
2. 2 环境因素对种子萌发的影响
2. 2. 1 种子出土后的环境因素如:温度、水分、风沙和病虫害等因素对幼苗的影响很大。在
乌兰布和沙区,受风沙影响尤其严重。在水分充足的条件下, 风沙是决定保苗率高低的重要
因素。为了避开风沙的危害,选择适宜播种期与播种技术对紫花苜蓿在乌兰布和沙区的建植
具有重要的意义。为此进行不同播种期和播种技术对紫花苜蓿出苗率和保苗率影响的比较
研究,结果见图 2、3。
20 草 地 学 报 2000年
图 2 不同播种期与出苗率
Fig. 2 Different seeding date and
em ergence percentag e
图 3 不同播种期与保苗率
F ig . 3 Differ ent seeding date and
seedling percentag e
图 4 胚芽长度实测值与模拟值比较
F ig . 4 Comparison of plumule leng th
of mea sur ed and predict ed data
图 5 胚芽长度实测值与模拟值比较
F ig . 5 Comparison of plumule leng th
of mea sur ed and predict ed data
2. 2. 2 从图 2可以看出,覆盖播种者出苗
率和保苗率分别比对照高 4. 32%和
15. 12% ,结果表明, 覆盖对保苗起到了积
极作用,显著地提高了保苗率。5月 18播
种者,其出苗率和保苗率均优于 4月 23日
和 4月 26日播种者。因该阶段风沙较小、
温度较适宜种子萌发。4月 23日和 4月26
日播种,保苗率之间差异不显著。通过对该
地区多年气象资料的分析发现, 该地区每
年 4月份风沙较大,不宜播种, 6月份风沙
虽已基本停止,但此时播种的苜蓿,在苗期
生长缓慢,到 7月份由于沙地地表温度过
高容易使幼苗产生灼伤现象, 也不适宜播
种。因此,以 5月中、下旬播种为宜。同时
在有条件的情况下应尽量采取覆盖播种,
以提高紫花苜蓿在沙区的保苗率。
2. 3 模型参数的确定
紫花苜蓿种子萌发的最低温度要求为
5℃, 最高温度限制为 35℃, 最适温度为
20℃左右(耿华珠, 1995)。种子萌发所需的
热量时间累积为 22℃。R值为1,即水分供
应充足。模拟时间步长 t 为 1d。
2. 4 模型的结果输出及验证
模型的输出结果包括累积的胚芽长
度、发芽和出土时间等。以 1998年 6月 5日和 1999年 4月 26日不覆盖播种的紫花苜蓿试
验结果分别对模型进行初步验证,模拟结果见图 4、图 5。结果表明,模型较好地模拟了紫花
苜蓿的胚芽长度和出土日期。说明该模型正确可靠,因而具有一定的实用价值。
21第 1期 白文明等:乌兰布和沙区紫花苜蓿建植与萌发预测模型
3 讨论与结论
3. 1 紫花苜蓿在乌兰布和沙区的播种期以 5月中、下旬为宜, 种子发芽所需的热量时间累
积为 22℃以上。
3. 2 覆盖播种苜蓿的出苗率和保苗率分别比对照高 4. 32%和 15. 12%。结果表明,苜蓿覆
盖播种对保苗的作用显著。
3. 3 模拟种子萌发和出土方面的研究多限于经验性的回归统计模型( Scot t , 1984; Gar cia-
Huidobro, 1982)。本文提出的紫花苜蓿种子发芽预测的初步动态模型可以动态地描述在乌
兰布和沙区特殊的环境条件下苜蓿的成苗过程,定量解释温度对种子发芽的影响,预测种子
的发芽时间, 为乌兰布和沙区荒漠化治理及植被建植提供理论依据。但是模型中所采用的公
式及参数尚有待种子萌发和出苗的进一步研究,以臻改进和完善。
3. 4 该模型只能预测种子萌发和出苗的时间及胚芽长度,尚不能预测每天萌发的百分率。
目前在杂草科学方面, For cella( 1993)提出种子出土百分率随着时间变化的模型,是该模型
今后的努力方向。
参 考 文 献
1 山仑,陈培元. 1998. 旱地农业生理生态基础. 科学出版社, 308～315
2 耿华珠,吴永敷, 曹致中,等. 1995.中国苜蓿. 中国农业出版社, 38～58
3 骆世明,彭少麟. 1996.农业生态系统分析. 广东科技出版社, 129～135
4 Forcella F . 1993. Seedling emergence model for velvet leaf. Ag ron J, 85: 929～933
5 Garcia-Huidobro J, monteith J L , Squire G R. 1982. T ime temperat ur e and germinat ion of pear l millet
( Penmisetum typho ides S. & H) I. Constant t emperature . J Exp Bo t, 33: 288～296
6 Jones H G . 1991. P lant M icro env ir onment: A ouant itative appro ach. Cambr iag e Univ ersit y P ress, 159
7 Sco tt S J. 1984. Review o f dat a analy sis m ethods fo r seed germination. Crop science , 24: 1192～1199
Preliminary Studies on Planting and Seed Germination
Predicted Model in Alfalfa at Sandy Ground
Bai Wenming Zuo Qiang Li Baoguo
( Depart ment of Soil and Wat er Sciences, China Agr icultur al U niver sity , Beijing 100094)
Abstract: Both temper ature and other env ir onmental factors inf luenced on
germ inat ion of Alfalfa at Wu Lan Bu He sandy g round were studied in this paper . The
determinat ion good t ime for begin sow ing w as the m iddle/ last ten days of M ay. Have a
discussion on differ ent seeding date and seeding technical influences on emergence and
seedling per centage. Accumulat ive quant ity of heat t ime germ inate r equirement w ere above
22℃. Conceptual founded and verif ied dynamic models o f Alfalfa seed germ inat ion w as
advance in the sandy g round this part icular env ironmental condition. U se of the model may
have calculate Alfalfa seed germination in the sim ilar cases.
Keys words : Alfalfa; Germinat ion; Planting ; Calculate model
22 草 地 学 报 2000年