3种速生树种落叶水浸提液对走马胎幼苗生长的化感效应

周泽建 刘妮妮 伍冰倩 张 红 赵 珩*

(1.中央民族大学生命与环境科学学院，北京 100081； 2.广西生态工程职业技术学院，柳州 545004)

林药复合种植是根据林下不同环境条件，选择适宜、具有一定耐荫的药用植物进行林下半野生化栽培[1]。它既可以充分利用林地资源，又可以使野生药用资源得到保护与利用，还可增加林业的附加值，实现以短养长、长短相结合的良性循环[1]。化感因素对林药复合种植影响非常大，关系着林药复合种植的生态功能与经济效益[2～3]。植物化感作用是指一种植物通过发挥、淋溶、腐解、根系分泌等途径向环境释放化学物质而对另一种植物所产生的抑制或促进作用[4～5]。化感物质几乎存在于植物任何器官中，是植物种间最为常见的关系之一。例如，桉树叶水浸提液对水稻(OryzasativaL.)、玉米(ZeamaysL.)和黑麦草(LoliumperenneL.)种子的发芽率、发芽指数、幼苗生长具有显著性的抑制作用，而对绿豆(Vignaradiata(Linn.)Wilczek)、豌豆(PisumsativumLinn.)的种子发芽没有明显的影响[6～7]；桉树落叶分解物抑制肖蒲桃(Syzygiumacuminatissimum(Blume)DC.)、翅子树(PterospermumacerifoliumWilld.)、华南锥(Castanopsisconcinna(Champ. ex Benth.)A.DC. 3种乡土树种的种子发芽和幼苗的生长，而对大叶合欢(Archidendronturgidum(Merr.)I.C. Nielsen)没有显著性影响[8]；湿地松的根、茎、皮、针水提取液对彩色豆马勃(Pisolithustinctorius(Pers.) Coker & Couch)的生长具有促进作用[9]，而对水绵(SpirogyraintortaJao)的生长具有抑制作用[10]；杉木和马尾松的枯落叶水提取液对莴苣(LactucasativaL.)和白菜(Brassicarapavar.glabraRegel)的生长具有抑制作用，且化感效应强度随水提取液浓度的增加而增加[11]。因此，研究松树、桉树和杉木的化感效应对搭建林药复合种植系统具有重要的科学意义。

走马胎(ArdisiagigantifoliaStapf)为紫金牛科(Myrsinaceae)紫金属(Ardisia)植物，是一种珍贵的民族药用植物，主要分布在海拔1 300 m以下的山间疏、密林下，荫湿的地方[12]。这表明走马胎是一种比较理想，适合林下种植的民族药用植物。截至2016年，走马胎的林下复合种植研究比较少，而松树、桉树和杉木3种速生树种是广西主要的人工用材树种，种植面积比较大。如果在此3种林型下种植走马胎，既可以增加林下生物多样性，又可以增加林业附加值。因此，本研究选取民族药用植物走马胎为受体，以3种速生树种(尾叶桉、湿地松、杉木)为供体，探讨不同浓度尾叶桉(EucalyptusurophyllaS.T.Blakely)、湿地松(PinuselliottiiEngelm.)和杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.)凋落叶水浸提液对走马胎幼苗化感效应的影响，分析走马胎能否在尾叶桉、湿地松、杉木林下种植，为科学开展走马胎复合种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验在广西生态工程职业技术学院温室大棚进行，室内温度15～25℃，湿度为60%～85%。培育的土壤为菜园土，营养情况如下：pH5.21，水解氮3.61 mg·kg-1，速效磷14.92 mg·kg-1，速效钾442.51 mg·kg-1，有机质27.01 g·kg-1。供体材料是广西3大速生树种(湿地松、桉树和杉木)的凋落叶，分别采自广西生态工程职业技术学院实验林场内20年生湿地松纯林、3年生桉树纯林和20年杉木纯林；受体材料是民族药用植物走马胎幼苗，种子采自广西柳州市金秀瑶族自治县。

1.2 试验设计

1.2.1 落叶水浸提液的制备

将收集的落叶洗净、风干、粉碎，过200目的不锈钢筛后，称取320.0 g。用1 L的蒸馏水在常温(20～25℃)下浸泡48 h后，经过3层纱布和11 μm滤纸过滤，得到滤液即落叶浸提母液。存4℃冰箱备用。

1.2.2 盆栽试验

用蒸馏水把浸提母液稀释成20，40，60，80 g·L-14个不同浓度梯度。在2016年9月7日，选择大小一致、籽粒饱满的走马胎种子播于装有菜园土的营养钵(规格：10 cm×10 cm)里，用清水浇透，放在自然条件下培养，出苗后7 d，选择大小、苗高一致幼苗植株进行间苗，每个营养钵留一株，并在当日把走马胎幼苗移至广西生态工程职业技术学院温室大棚内培养。7 d后，进行试验处理。实验采用单因素随机区组设计，共设不同水浸提液浓度20，40，60，80 g·L-1及对照蒸馏水5个处理，每个处理3次重复。实验期间每隔5 d，用不同浓度的水浸提液20 mL浇施走马胎幼苗，对照用20 mL蒸馏水浇施。60 d后，测定走马胎的根长、基径、株高、生物量等生长指标。

1.3.3 测定指标和测定方法

生长指标：根长、基径、株高、生物量。这些指标分别用2 m三圈牌钢卷尺、游标卡尺、AUW-D型电子分析天平(精度：十万分之一，日本岛津)进行测定。

1.3.4 数据处理

采用化感效应指数(RI)评价3种速生树种落叶提取液的化感作用类型与强度[13]，其计算公式如下：当T

当T≥C，RI=1-C/T

式中：T为处理值；C为对照值。

当RI>0时，表示促进作用；当RI<0时，表示抑制作用，RI的绝对值表示化感作用强度的大小。

数据用Excel 2010进行预处理后，采用SPSS19.0统计分析软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)。多重比较采用最小显著差数法(LSD法)。

2 结果与分析

2.1 桉树、湿地松和杉木落叶水浸提液对走马胎幼苗生长的影响

2.1.1 对走马胎幼苗株高的影响

由表1可知：CK组，走马胎株高为20.50 cm，在低浓度(20 g·L-1)处理下，桉树、杉木落叶水浸提液对走马胎的株高没有显著性影响，而湿地松落叶水浸提液对走马胎的株高有极显著促进作用(P<0.01)，与CK相比，走马胎的株高增加了20.49%。在中高(40，60，80 g·L-1)浓度处理下，桉树落叶水浸提液对走马胎的株高有显著性抑制作用(P<0.05)，与CK相比，走马胎的株高至少降低了2.59%，且随着处理浓度的增加而逐渐减少；而湿地松、杉木落叶水浸提液对走马胎的株高没有显著性影响。湿地松落叶水浸提液对走马胎幼苗生长具有一定的“低促高无”作用，即20 g·L-1时显著促进走马胎的株高，而40、60、80 g·L-1时无显著性影响。

表1 不同浓度3种速生树种落叶浸提液对走马胎幼苗株高、基径和根长的影响(平均值±标准误差)Table 1 Effect of three different concentrations of the aqueous extract of fast-growing plants on growth indexes of Ardisia giantifolia Staf(mean±SE)

2.1.2 对走马胎基径的影响

桉树落叶水浸提液对走马胎的基径没有显著性影响，而杉木、湿地松落叶浸提液对走马胎的基径具有“低促高抑”的作用(表1)。其中，杉木、湿地松落叶浸提液处理下20 g·L-1时走马胎的基径为最大，与CK相比，它增大了11.05%、20.97%，达到了极显著水平(P<0.01)(表1)。

2.1.3 对走马胎根长的影响

桉树落叶水浸提液对走马胎的根长具有极显著性影响(P<0.01)，且存在“浓度依赖”关系，即随着处理浓度的增大，走马胎的根长逐渐变短；杉木落叶水提取液对走马胎根长的影响表现为“低中促高抑”，即在低中浓度时，与CK相比，走马胎的根长至少增长了9.06%，达到了显著水平，而在高浓度时走马胎的根长减少了2.89%；湿地松落叶水提取液对走马胎的根长具有显著性促进作用(P<0.05)，40 g·L-1时走马胎的根长达到最长，是CK的1.22倍(表1)。

2.1.4 对走马胎生物量的影响

由表2可以推断出：桉树落叶水浸提液对走马胎地下部分有极显著性作用(P<0.01)，且走马胎的地下部分干重在80 g·L-1时为最低，约是CK的1/3，具有“浓度依赖”趋势；杉木、湿地松落叶水提取液对走马胎地下部分的影响出现“波浪”型，即走马胎的地下部分干重随着处理浓度的增加出现先降低后增加再降低的现象，且80 g·L-1时水浸提液对走马胎的地下部分的影响达到显著性水平(P<0.05)。与CK相比，各桉树落叶水浸提液浓度都显著减少了走马胎的地上部分干重(P<0.05)，且在80 g·L-1时地上部分干重为最小，是CK的0.59倍，达到了极显著水平(P<0.01)；杉木落叶水提取液对走马胎的地上部分干重没有显著性影响，而湿地松落叶提取液对走马胎的地上部分干重的影响具有“低促高无”的作用，即20 g·L-1时走马胎的地上部分干重为最重，与对照相比，它增大了28.53%，达到了极显著水平(P<0.01)，但中高浓度时走马胎地上部分干重没有显著的减少或增加(表2)。

从生物量来看，桉树落叶水浸提液对走马胎幼苗生长有极显著性抑制作用(P<0.01)，且在最高浓度80 g·L-1时抑制作用最强，与CK相比，走马胎的生物量减轻了53.61%，具有“浓度依赖”的趋势；杉木落叶水浸提液浓度在40 g·L-1时走马胎的生物量显著减少(P<0.05)，但其余浓度处理对走马胎的生物量没有显著性影响；湿地松落叶水浸提液在20、40、60 g·L-1时具有轻微的促进作用，但没有达到显著性水平，在80 g·L-1时湿地松落叶水浸提液显著减少走马胎的生物量(P<0.05)，出现了“低中促高抑”的现象(表2)。

2.2 走马胎生长指标的化感效应指数分析

株高、地径、根长是植物生长最终也是最直观的表现形式[14]，而生物量是植物生长的综合表现。因此，对此4个指标进行化感效应指数分析，可以揭示桉树、杉木、湿地松对走马胎化感效应类型和强度。

表2 不同浓度3种速生树种落叶浸提液对走马胎幼苗地下、地上部分干重与生物量的影响(平均值±标准误差)Table 2 Effect of three different contents of the aqueous extract of fast-growing plants on growth indexes of A.giantifolia Staf(mean±SE)

2.2.1走马胎株高、基径、根长的化感效应指数分析

由图1a可以看出，湿地松落叶浸提液对走马胎的株高在20、40 g·L-1时表现为促进作用，在60、80 g·L-1时表现为微弱的抑制作用。其中，在20 g·L-1时湿地松落叶浸提液对走马胎的株高有明显的促进作用。杉木落叶浸提液在40 g·L-1时表现为较强的促进作用，其余浓度处理则表现为较强的抑制作用。不同浓度的桉树落叶浸提液对走马胎株高的影响均表现为较强的抑制作用，且抑制作用随浓度的增加而增强，有较强的“浓度依赖”关系。

由图1b可知，湿地松落叶浸提液对走马胎基径的影响基本上表现为促进作用，且随着水提液浓度的增大促进作用变弱。但是，桉树和杉木落叶浸提液对走马胎基径的影响均表现为“低中抑高促”现象，即在20、40 g·L-1时表现为较强的抑制作用，而在80 g·L-1时表现为微弱的促进作用。

由图1c可以看出，湿地松落叶水提取液对走马胎的影响基本表现为较强的促进作用，且随着浓度的增加促进作用逐渐减弱。杉木落叶浸提液对走马胎根长的影响表现为“低中促高抑”，即20、40、60 g·L-1时表现为较强的促进作用，而在80 g·L-1时表现为微弱的抑制作用。桉树落叶浸提液对走马胎根长的影响基本表现为抑制作用，其中80 g·L-1时抑制作用最强。

2.2.2 走马胎生物量的化感效应指数分析

由图1d可知，湿地松落叶水提取液对走马胎生物量的影响表现为“低促高抑”，即在20、40 g·L-1时湿地松落叶水提取液对走马胎的生物量有较强促进作用，而在60、80 g·L-1时有较强的抑制作用。杉木、桉树落叶水提取液对走马胎的生物量均有抑制作用，且随着浓度的增加抑制作用逐渐加强。同浓度相比，桉树落叶水提取液各浓度处理的抑制作用强度均比杉木或湿地松的大。

3 讨论

在自然生态系统中，化感物质主要依靠水从植物器官中淋溶出来[15]，因此本试验采用水浸提法来提取桉树、杉木和湿地松落叶中的化感物质是比较合理的。在相同浓度处理下，桉树落叶水浸提液对走马胎幼苗生长的抑制效果最明显，这可能是桉树释放的化感物质对走马胎毒性作用最强所致。Ferreira等研究表明湿地松对鬼针草和生菜没有显著性影响，不存在化感物质[16]。但本试验显示了不同结果：湿地松落叶浸提液显著影响走马胎幼苗地下部分和地上部分的积累以及生物量的形成。在低浓度(20 g·L-1)时，湿地松落叶浸提液对走马胎的生长具有显著性的促进作用；40、60 g·L-1时湿地松落叶浸提液对走马胎的生长无显著性影响；80 g·L-1时湿地松落叶浸提液对走马胎生长有抑制作用。究其原因可能是不同植物之间的化感作用敏感度不同，化感物质具有选择性和专一性[15]。植物化感作用的强弱取决于化感物质的活性，而活性大小受其物理化学性质、作用方式、浓度以及受体植物的影响，其中活性物质浓度对植物化感作用具有重要影响[17～18]。走马胎的株高、根长、生物量随着桉树落叶水浸提液浓度的升高而出现减少的趋势，说明桉树对走马胎的化感作用可能存在浓度依赖，这与其它植物化感作用研究结果类似[19～21]；湿地松和杉木落叶水浸提液对走马胎幼苗的株高、基径、根长、生物量的影响呈现先增加后减少的现象，说明湿地松和杉木对走马胎的化感作用可能存在“低促高抑”的双浓度效应，这与大部分研究化感作用浓度效应的结果一致[21～24]。化感效应指数(RI)是评价植物之间存在抑制或促进关系的重要指标，它的绝对值大小表示植物之间关系的强弱，它的正负表示植物之间的关系是促进还是抑制[13]。在桉树落叶浸提液处理下，走马胎的株高、根长以及生物量的化感效应指数RI<0，且RI的绝对值随着浓度的增加而增大，说明桉树落叶水浸提液对走马胎幼苗生长有抑制作用，且抑制强度随浓度的增加而增加。在湿地松落叶水浸提液处理下，低浓度时走马胎的株高、根长以及生物量的RI>0，而高浓度时RI<0，说明湿地松落叶水浸提液对走马胎幼苗的生长可能存在“低促高抑”的作用。在杉木落叶水浸提液处理下，低浓度时走马胎株高和根长的RI>0，生物量的RI<0，而高浓度时各指标的RI<0，说明杉木落叶水浸提液在低浓度时可能存在微弱的促进作用，而在高浓度时有较强的抑制作用。同浓度下，桉树的抑制作用最强，杉木次之，湿地松最弱。在低浓度时，杉木和湿地松落叶水提取液均对走马胎幼苗的生长有促进作用，但两者的促进强度不同：湿地松的促进强度大于杉木的。

林药复合种植是提高林农经济收入的重要途径之一，是国家大力提倡林下经济的主要模式。林药复合种植能否产生效益，关键在于造林树种淋出物是否对药用植物具有增益效应[25]。马尾松与刺栲混种是南方比较成功的复合种植模式，在广西、广东等地都有一定种植面积，效益比较高[22]。究其原因可能是马尾松淋出物或分泌物促进了刺栲幼苗的生长[26]。走马胎与桉树之间存在较强的负化感效应，而走马胎与湿地松或杉木之间存在“低促高抑”的化感效应。在自然状态下化感物质的浓度是非常低的[8]，鉴于此，建议搭建走马胎的复合种植系统时造林树种优先选择湿地松，其次是杉木。