滇杨枯落叶和林下土壤的化感潜力1)
2015-03-10王有兵严毅王亚婷李子光周庆宏袁思安何承忠
王有兵 严毅 王亚婷 李子光 周庆宏 袁思安 何承忠
(昆明市海口林场，昆明，650114) (西南林业大学)
滇杨枯落叶和林下土壤的化感潜力1)
王有兵 严毅 王亚婷 李子光 周庆宏 袁思安 何承忠
(昆明市海口林场，昆明，650114) (西南林业大学)
采用生物测定法，对滇杨枯落叶和林下土壤的化感潜力进行了研究。结果表明：滇杨枯落叶浸出液会延缓三叶鬼针草种子萌发，抑制胚芽生长，在2.5%的处理质量分数下，对胚根的生长具有抑制作用，化感效应敏感指数RI=-0.22。对株高和生物量的抑制作用，随着浇灌枯落叶浸出液质量分数及添加枯落叶粉比例的增加而增强，质量分数为2.5%时，株高的RI=-0.17，生物量的RI=-0.54。在添加80%枯落叶粉的处理下，株高的RI=-0.54，生物量的RI=-0.67，生物量的化感效应敏感程度高于株高。滇杨林下土壤对三叶鬼针草生长无化感抑制作用，均表现为化感促进作用，>2～10 cm深的土壤促进作用最强，株高和生物量的化感效应敏感指数分别为0.57、0.73。
滇杨；枯落叶；林下土壤；三叶鬼针草；化感潜力
We studied allelopathic potential of leaf litter and forest soil ofPopulusyunnanensisDobe by bioassay. The leaf litter extract ofP.yunnanensisDobe could delay the seeds germination and inhibit plumule growth ofBidenspilosaL., radicle growth was inhibited when at concentration of 2.5%, and the allelopathic effect sensitivity index (RI) was -0.22. Inhibition effects on plant height and biomass were increased with the increasing concentration of extract leaf litter and adding proportion of leaf litter powder, theRIfor plant height and biomass were -0.17 and -0.54, respectively, when the concentration was at 2.5%, moreover, and adding leaf litter powder proportion of 80% theRIabout plant height and biomass were -0.54 and -0.67, respectively. The allelopathic sensitivity degree of biomass was higher than plant height. The forest soil had the promotion effect on the growth ofBidenspilosaL.. The soil in >2-10 cm deep had strong stimulated effect, and theRIof plant height and biomass were 0.57 and 0.73, respectively.
化感作用是指植物产生的化学物质通过淋溶或释放于环境中，对其它植物产生间接或直接的作用，包括有利和有害的作用。化感物质的种类大概有14类，主要是一些次生代谢物质，其中酚类、萜类是植物体内含量较多的化感物质[1]。酚类化感物质具有水溶性和成盐性，因此，易被雨水淋溶后残留在土壤中；而萜类化感物质主要为挥发性物质，这些物质会对周围其它植物的生长产生影响。土壤是化感物质的主要载体，其化感物质的质量分数受多方面因素的影响，如枯落物的密度、厚度、分解速度及降水量等[2-5]。土壤中化感物质积累到一定程度后，就会抑制植物种子萌发和幼苗生长，从而影响植物的竞争力[6-8]。
滇杨(PopulusyunnanensisDobe)属杨柳科(Salicaceae)杨属(PopulusL.)青杨派(Tacamahaca)树种，是我国西南地区特有的乡土杨树之一[9]。滇杨是优良的速生用材树种，具有耐寒、适应性强、生长快、成材早、易繁殖等特点，是全国乃至世界稀有的分布于低纬度高海拔地区的杨树资源[10-11]。滇杨林下枯落物较多，物种多样性不高，这可能与滇杨可以产生化感物质有关，但是到目前为止还未见滇杨化感作用的研究报道，仅见有关杉木、桉树连作人工林的化感研究报道[12-13]。为此，本试验采用常见的草本植物三叶鬼针草(BidenspilosaL.)作为化感对象[14]，研究滇杨枯落叶和林下土壤的化感潜力，以期为滇杨的生态学研究及滇杨人工林可持续经营提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
滇杨枯落叶和林下土壤于2014年3月15日采自昆明市海口林场宽地坝林区，海拔1 975 m，22年生滇杨林。林下收集当年凋落的干枯叶，带回实验室风干粉碎后备用；林下土壤分表层枯腐物(扒开当年凋落叶后0～2 cm厚的部分)、>2～10 cm、>10～20 cm、>20～30 cm 4个层面采土，选择5～8个土壤采样点(距树基部50 cm左右)，每棵树每个层面采土500 g左右，把土样带回实验室后，同一层土壤充分混合，过4目的筛子除去根枝和石块后，用于培养三叶鬼针草小苗。
枯落叶浸出液制备：将1 g枯落叶干粉兑自来水100 mL浸泡48 h后过滤使用，即制成质量分数为1.0%的处理液，以此方法来制备其它质量分数的处理液，现用现配。
选择昆明市海口林场“四旁”较常见的三叶鬼针草作为试验处理对象，其种子于2013年11月采自昆明市海口林场宽地坝苗圃，种子放置于阴凉通风处保存。
1.2 种子萌发试验
于2014年3月11日采用沙培法进行种子萌发试验。将三叶鬼针草种粒饱满、较长、黑色的种子用自来水浸泡催芽10 h，然后用枯落叶浸出液(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)浸泡2 h处理，用清水冲洗后，置于铺有一层淘洗干净的河沙(约0.5 cm厚)的培养皿中，添加适量自来水，以淹没种子的1/3为好，每皿30粒，每个处理3次重复，以自来水处理作为对照(CK)。在自然光照温床上培养，看沙粒的湿度而添加水。每天记录发芽种子数，直至种子不再萌发为止，每个重复选择最先萌发的10株小苗测量胚芽长和胚根长(部分处理发芽数量少，测量株数看情况而定)。计算发芽率=(发芽种子数量/供试种子总数)×100%，发芽指数=∑(Gt/Dt)，式中，Gt为逐日发芽种子数，Dt为相应发芽天数。化感效应敏感指数[15]RI=1-(C/T)(T≥C)，RI=(T/C)-1(T
1.3 盆栽试验
枯落叶浸出液浇灌处理：于2014年3月16日将用沙培养的三叶鬼针草小苗(高2 cm左右)移植到以珍珠岩为基质的花盆(高10 cm，直径10 cm)中，每盆移植15株，每个处理3～5盆，置于温棚里，3 d缓苗期后，开始处理，花盆下铺一层薄膜，防止根穿入其它土壤中。采用上述枯落叶浸出液间隔3 d浇灌一次，每次每盆浇50 mL，以自来水处理作为对照，共处理10次。自处理开始35 d时，全面调查测量株高、生物量。
林下土壤栽培试验：于2014年3月18日将采集的林下土样装填入花盆中，每个层面土样9个重复，以采样点周围撂荒无林地红壤作为对照，花盆置于温棚内，花盆下铺一层薄膜，防止根穿入其它土壤中。将三叶鬼针草种子均匀撒播在表面，用相应的土壤进行覆盖(2～3 mm)，然后在花盆上覆盖薄膜进行培养，种子发芽后进行间苗，每盆保留20株左右。培养35 d时，进行各指标的测量。
枯落叶粉末添加栽培试验：于2014年3月20日进行枯落叶粉末添加栽培试验。以市售花卉泥炭土为辅助基质，以质量分数为5%、10%、20%、40%、80% 5个比值添加枯落叶粉末，配比好的基质装填在花盆中，然后将上述小苗移入花盆中，每个处理3次重复，每盆移15株，以单纯的泥炭土栽培为对照，花盆置于温棚内，花盆下铺一层薄膜，防止根穿入其它土壤中，后期培养保持基质湿润。测量时间及指标同上。
1.4 数据统计分析
所测得数据经平方根标准化后，采用Excel和SPSS 13.0软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 枯落叶浸出液对种子萌发的影响
滇杨枯落叶浸出液，对三叶鬼针草种子发芽率、发芽指数、胚芽长及胚根长有一定影响(见表1)，随着处理液质量分数的逐渐增加，种子的发芽率和发芽指数有逐渐降低的趋势，均低于对照处理，浸出液处理后会延长种子的发芽时间。化感效应敏感指数RI则有逐渐增加的趋势，均表现出了较强的化感抑制作用，2.5%处理时，对种子发芽率及发芽指数的︱RI︱值分别为高达0.35、0.62。滇杨枯落叶浸出液对三叶鬼针草种子的胚芽生长表现出一定程度的化感抑制，但除了1.5%处理时︱RI︱=0.19外，其余的化感抑制较微弱。处理液质量分数低时，对三叶鬼针草种子胚根的生长均表现出化感促进作用，RI值在0.19～0.29，处理液质量分数达到2.5%时，开始抑制生长。对各指标处理组间进行了差异性分析，发芽率和胚芽长组间差异不显著；发芽指数(F0.05=6.506)和胚根长(F0.05=4.134)，在各处理组间均达差异显著水平。
表1 不同处理条件下三叶鬼针草种子的发芽特性
注：ω表示枯落叶浸出液质量分数。
2.2 浇灌枯落叶浸出液对三叶鬼针草生长的影响
滇杨枯落叶不同质量分数的浸出液，对三叶鬼针草生长表现出一定化感作用(见表2)。低质量分数时(0.5%)对株高生长具有一定的促进作用，质量分数1.0%～2.5%处理后，对株高生长具有化感抑制作用，并有随着质量分数增加而抑制作用增强的趋势。所有处理条件下，对生物量的影响均为抑制，并且抑制作用随着质量分数的增加而增强。各处理条件下，株高及生物量均达差异极显著水平。
表2 浇灌处理对三叶鬼针草生长的影响
注：同列大写字母表示0.01水平显著。ω为枯落叶浸出液质量分数。
2.3 滇杨林下土壤的化感潜力
滇杨林下不同深度土壤对三叶鬼针草的化感促进作用显著(见表3)。不同处理条件下株高及生物量均达差异极显著水平。滇杨林下土壤对三叶鬼针草的生长无化感抑制作用，均表现为促进作用，>2～10 cm的土层对株高和生物量的促进作用最强，RI值分别高达0.57、0.73。
表3 滇杨林下土壤对三叶鬼针草的化感作用
注：同列大写字母表示0.01水平显著。
2.4 添加枯落叶粉对三叶鬼针草生长的影响
滇杨枯落叶对三叶鬼针草的生长有较强的化感抑制作用(见表4)，不同比例添加枯落叶粉对株高及生物量有较大的影响，均达差异极显著水平。随着添加比例的增加对两者的抑制作用逐渐增强，添加枯落叶粉5%时，即可表现较强的抑制作用，添加枯落叶粉80%时，株高及生物量的︱RI︱值分别高达0.54、0.67。
表4 添加枯落叶粉对三叶鬼针草生长的影响
注：同列大写字母表示0.01水平显著。
3 结论与讨论
随着化学生态学、生态毒理学、环境科学理论的深入研究，人工林的化感效应研究备受关注。很多人工林对自身或其它植物的种子萌发及幼苗生长有一定的化感作用。腐解6个月后的杉木枯枝落叶及腐殖土对杉木的种子发芽及幼苗生长存在抑制作用[16]。杜仲叶水浸提液对大豆、绿豆、辣椒等幼苗的生长随着质量分数的增加抑制作用增强[17]。樟树叶水浸提液对高羊茅种子萌发和幼苗生长也有较强的抑制作用[18]。橡胶叶水浸提液处理花生幼苗后明显抑制了根系的生长[19]。巨桉叶片和凋落物水浸泡液对莴笋幼苗表现为抑制作用，而根水浸提液则表现为促进作用[20]。窿缘桉叶片水浸液对山毛豆、黑麦草2种植物种子萌发及幼苗生长抑制作用显著，当质量分数为0.2时，对山毛豆、黑麦草的化感效应指数高达-0.545、-0.797[21]。有研究报道，影响杨树人工林生长的因素主要是土壤中酚酸类物质的逐渐积累[22]。滇杨芽脂的内含物主要成分为粗咖啡酸、咖啡酸脂、黄烷酮和3-醋酸短叶松素，这些物质属酚酸类物质[23]。本研究中，2.5%质量分数的枯落叶浸出液浸泡三叶鬼针草种子2 h，对种子发芽率的抑制强度可达-0.35，浇灌处理液或添加枯落叶粉抑制强度会更高，说明滇杨枯落叶具有较强的化感潜力。
本文中滇杨林下土壤对三叶鬼针草无化感抑制作用，与枯落叶相反，表现出较强的促进作用。在自然条件下，滇杨林下枯落物在微生物的分解作用下，原先的红壤逐步被分解物侵蚀成棕黑色。谭秀梅等[22]采用高效液相色谱法对不同连作代数I-69杨树根际土进行分析，检测到了强化感物质对羟基苯甲酸、肉桂酸、苯甲酸等酚酸物质在根际土中的累积，其中对羟基苯甲酸含量二代林较一代林增加了245.45%，肉桂酸和苯甲酸质量分数分别增加了64.18%和30.36%。显然本研究结果与上述研究结果不一致，造成该差异的原因可能有以下几个方面：(1)地区气候有差异，昆明地区由于冬春季较干燥，枯落叶的分解速度较慢；(2)枯落叶凋落干燥后呈革质、卷曲，增大了叶层间的空间，降低了叶层间的湿度，减缓了分解的进程；(3)可能与滇杨的化感物质在土壤中的稳定性及微生物种类有一定关系。至于滇杨林下土壤是否存在化感物质，还需从以上几个方面进行深入研究，同时增加受体植物的种类，进一步证明滇杨化感作用的存在。
滇杨作为我国西南地区特有的速生乡土树种之一，正在被逐步开发利用。由于滇杨的速生性，其树冠和叶量较大，每年冬季会产生大量的枯枝落叶，芽鳞还会产生大量的芽脂，而芽脂的主要成分为酚酸类物质，在冬末春初滇杨开始萌芽后，芽脂大量滴落树下。随着滇杨的开发利用，其人工林面积会逐步增加，大量的枯落物、芽脂及随栽植时间的推移是否会对其它植物产生化感抑制作用？本研究结果表明，滇杨枯落叶中存在化感物质，其浸出液对三叶鬼针草的种子萌发有延缓作用，对胚芽生长有微弱的抑制作用，但对胚根基本表现为促进作用，仅在2.5%质量分数时呈抑制作用；随着浇灌枯落叶浸出液质量分数及添加枯落叶粉比例的增高，抑制作用也增强；林下土壤对三叶鬼针草的生长无抑制作用，相反表现为较强的促进作用，该研究结果与王玲等[20]研究结果相似，说明滇杨的化感物质主要存在枯落叶中。林下土壤促进作用较强的为>2～10 cm的土层，因为滇杨枯落物凋落后，经过微生物的分解作用大量有机质会存留在该土层中。朱美秋[24]对毛白杨化感作用进行了研究，认为毛白杨不同器官及土壤浸提液的化感抑制强度由强到弱依次为：枯落叶、鲜叶、根系、枝条、土壤，质量分数越高抑制作用越强，本文试验结果和其研究结果基本一致。由于滇杨每年的枯落叶较多，凋落后会形成较厚的枯叶层，从而会阻碍了其它植物的自然更新，降低了滇杨林下的物种多样性，所以在大面积推广及选择种植点时需要慎重考虑。
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Allelopathic Potential of Leaf Litter and Forest Soil ofPopulusyunnanensisDobe
Wang Youbing, Yan Yi, Wang Yating, Li Ziguang, Zhou Qinghong, Yuan Sian(Haikou Forest Farm, Kunming 650114, P. R. China); He Chengzhong(Southwest Forestry University)//Journal of Northeast Forestry University，2015,43(1)：96-99.
PopulusyunnanensisDobe; Leaf litter; Forest soil;BidenspilosaL.; Allelopathic potential
王有兵，男，1986年6月生，昆明市海口林场，助理工程师。E-mail：1789908001@qq.com。
严毅，昆明市海口林场，助理工程师。E-mail:yanyiok@yeah.net。
2014年4月28日。
Q945.78
1) 林业公益性行业科研专项(201104076)。
责任编辑：王广建。
