核桃凋落葉分解對3種作物生長、光合及抗性生理特性的影響

張如義，胡紅玲，胡庭興，楊麗妹，舒　蘭，阮若玉

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，四川 成都　611130；2.內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 內(nèi)江　641000)

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核桃凋落葉分解對3種作物生長、光合及抗性生理特性的影響

張如義1，2，胡紅玲1①，胡庭興1，楊麗妹1，舒蘭1，阮若玉1

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，四川 成都611130；2.內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 內(nèi)江641000)

摘要：采用盆栽試驗(yàn)，研究了核桃(Juglans regia)凋落葉在土壤中分解對3種受體作物蘿卜(Raphanus sativus)、芥菜(Brassica juncea)和白菜(Brasicca pekinensis)生長、光合及抗性生理特性的影響，并比較不同受體作物對核桃凋落葉化感作用的敏感性，篩選可能與核桃套作的作物。試驗(yàn)設(shè)置4.5(T1)、9.0(T2)和18.0 g·盆-1(T3)3個凋落葉添加水平，對照(CK)不添加凋落葉。結(jié)果表明：(1)核桃凋落葉在其分解過程中對3種受體作物各項(xiàng)生長指標(biāo)均表現(xiàn)出抑制作用，隨著凋落葉量的增加抑制效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，而隨著分解時間的延長抑制效應(yīng)呈減弱趨勢；(2)凋落葉分解80 d時，各處理3種受體作物葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素含量明顯低于CK。各植物葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著低于CK；(3)與CK相比，各凋落葉處理3種受體作物葉片丙二醛含量增加，過氧化物酶和過氧化氫酶活性表現(xiàn)為受抑制作用，而超氧化物歧化酶活性表現(xiàn)為促進(jìn)作用，可溶性糖含量增加，可溶性蛋白含量降低；(4)3種受體作物對核桃凋落葉化感綜合抑制作用的敏感程度由大到小依次為白菜、蘿卜和芥菜。綜合各項(xiàng)指標(biāo)可見，核桃凋落葉在分解初期(約80 d時)對3種受體作物產(chǎn)生了強(qiáng)烈的化感作用，主要通過氧化損傷、抑制葉綠素合成和降低其光合能力來阻礙其生長，之后隨著凋落葉的進(jìn)一步分解，釋放的化感物質(zhì)越來越少，對3種受體作物生長的抑制作用減弱。

關(guān)鍵詞：核桃；凋落葉；化感；受體作物；光合特性；抗性生理

農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)對于植被恢復(fù)和持續(xù)發(fā)揮土地生產(chǎn)力具有極為重要的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價值,尤其是在我國人口較多而資源匱乏的地區(qū)[1]。而農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中套作或間作植物之間關(guān)系如何將影響經(jīng)營效益的高低乃至農(nóng)林復(fù)合種植的成敗,化感作用就是其中不可忽視的一個方面?；凶饔檬怯商囟ɑ瘜W(xué)物質(zhì)(化感物質(zhì))介導(dǎo)的植物(或微生物)之間直接或間接的相互作用而影響植物生長發(fā)育,如種子的萌發(fā)、幼苗的生長和成株的開花結(jié)實(shí)等[2]2-4。

近十多年來,隨著退耕還林工程的推進(jìn)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,我國長江上游地區(qū)發(fā)展了大面積的核桃(Juglansregia)人工林。由于土地資源的不足,核桃農(nóng)林復(fù)合種植因具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的雙重效益而受到廣泛重視,但核桃及其同屬植物被認(rèn)為具有強(qiáng)烈化感作用,其化感作用所帶來的生態(tài)負(fù)效應(yīng)也受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。目前多數(shù)研究者主要通過浸提核桃枝或葉的方式證明其對作物種子萌發(fā)及幼苗生長有影響[3-4],這種試驗(yàn)方法產(chǎn)生的化感作用與自然狀態(tài)下的化感形式存在較大差異。因此,近年來將核桃凋落物添加到土壤中模擬殘體分解這一化感途徑的研究不斷增多[5-6],這種方法充分考慮了土壤生化過程對化感作用的介導(dǎo)作用,大多數(shù)化感物質(zhì)經(jīng)過土壤而作用于受體植物的形式,更加接近自然狀態(tài),對生產(chǎn)實(shí)踐更具有指導(dǎo)意義。但是,鮮有研究涉及不同受體對核桃化感作用的響應(yīng)差異。

研究表明,巨桉凋落葉分解過程中釋放的化感物質(zhì)顯著抑制植物葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率以及光合色素的積累[7-8]。黃溦溦等[9]研究銀木凋落葉腐解過程中的化感作用時,發(fā)現(xiàn)小白菜抗氧化酶系統(tǒng)中各項(xiàng)活性氧清除酶均表現(xiàn)為低促高抑現(xiàn)象,陳洪等[10]關(guān)于巨桉凋落葉對老芒麥幼苗生長和抗性生理的影響研究也證實(shí)這一點(diǎn)。長期以來,核桃及其同屬植物被認(rèn)為具有強(qiáng)烈化感作用[11],其凋落葉是化感物質(zhì)釋放的主要來源之一,而在開展核桃農(nóng)林復(fù)合種植時,通常將核桃凋落葉翻耕于土壤中,套種在林間的農(nóng)作物可能因此而受到影響,有研究表明核桃凋落葉分解物質(zhì)對小麥、萵筍光合特性和抗性生理均有化感作用[5-6]。為此,筆者采用核桃凋落葉作為供體材料,選用秋末冬初時節(jié)核桃葉凋落后常種植于核桃林下的常見蔬菜作物蘿卜(Raphanussativus)、芥菜(Brassicajuncea)和白菜(Brasiccapekinensis)作為受體植物,通過盆栽試驗(yàn),探討在更加接近自然狀態(tài)下核桃凋落葉分解對3種作物生長和生理參數(shù)的影響,通過比較不同受體對核桃凋落葉化感作用的敏感性,一方面了解核桃凋落葉在土壤中分解對受體作物的化感作用程度和作用機(jī)理,為核桃-農(nóng)作物復(fù)合系統(tǒng)的經(jīng)營管理提供理論依據(jù)和參考,另一方面嘗試篩選出冬季可能更適宜在核桃林套作的作物。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)科研園區(qū),位于四川省雅安市雨城區(qū)(29°58′21″ N，102°59′57″ E),海拔為600 m。年平均氣溫為16.2 ℃,積溫為5 231 ℃,月平均最高溫為29.9 ℃(7月),月平均最低溫為3.7 ℃(1月),年均日照時數(shù)為1 039.6 h,無霜期為298 d,多年平均降水量為1 774.3 mm,空氣平均濕度為79%,屬于亞熱帶濕潤氣候區(qū)。

1.2試驗(yàn)材料

供試核桃凋落葉取自四川甘孜州8年生核桃林,選擇自然凋落到地表的干凈、未分解的當(dāng)年葉片,取回晾干后粉碎為面積約1～2 mm2的碎屑,備用。

受體植物選擇秋末冬初時節(jié)核桃凋落葉凋落后種植于核桃林下的3種常見蔬菜蘿卜、芥菜和白菜,蘿卜品種為“板葉滿身紅”,芥菜品種為“白皮棒菜”,白菜為適宜當(dāng)?shù)胤N植的飄兒菜品種“雪白一號”,種子由四川種都種業(yè)有限公司提供。播種前,選擇飽滿、大小均一的種粒,用溫水浸泡24 h,待用。

采用統(tǒng)一規(guī)格的白色聚乙烯塑料盆(口徑14 cm,底徑10 cm,高16 cm)作為栽植容器。土壤選擇當(dāng)?shù)剞r(nóng)田砂壤土,其基本理化性質(zhì)如下:pH值為7.84,w(有機(jī)質(zhì))為24.282 g·kg-1,w(全氮)為0.672 g·kg-1,w(全磷)為6.720 g·kg-1,w(全鉀)為5.708 g·kg-1,w(速效磷)為12.631 mg·kg-1,w(速效鉀)為15.269 mg·kg-1。預(yù)先過篩,混勻,平鋪晾置2 d自然風(fēng)干后定量裝盆,每盆用土1 kg,具體參照丁偉等[5]處理方法。播種前將土壤與一定量凋落葉碎末均勻混合,裝入栽植容器。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因子隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì),根據(jù)野外調(diào)查,每年1 hm2核桃林地面凋落葉量為8 000～9 000 kg,折算到試驗(yàn)所用盆缽盆口面積上約為9.0 g,故以9.0 g·盆-1作為基本施入量。由于不同林分條件(林齡、林分密度等)存在差異,且受人畜活動以及風(fēng)等外力因素的影響,不同林地上凋落的核桃葉量不一致,因此設(shè)置4.5(T1)、9.0(T2)和18.0 g·盆-1(T3)3種凋落葉量處理,并設(shè)對照(CK,不施入凋落葉),各處理均設(shè)5個重復(fù),共計(jì)60盆。材料準(zhǔn)備就緒后,將各劑量核桃凋落葉碎末與等量土壤(1 kg)充分混合,裝入盆中,分別播種3種受體作物。播種時,將種子均勻點(diǎn)播于各盆中(20 ?！づ?1),覆土2 cm厚,澆透水。待種子萌發(fā)后,采用HH2土壤水分測定儀(ML2x,GBR)監(jiān)測土壤水分情況,使土壤體積含水量保持在18%左右(即供試土壤田間持水量的70%～80%)。

播種后待各處理種子全部出芽后間苗1次,在播種后80、100和120 d分別取樣測定3種受體作物的生長形態(tài)指標(biāo),并在80 d時測定其光合參數(shù)和抗性生理指標(biāo)。

1.4指標(biāo)測定方法

1.4.1生長指標(biāo)的測定

隨機(jī)選取各處理植株,用直尺測量株高,即從莖盤到最長葉尖的距離。用電子游標(biāo)卡尺測定植株地面直徑。取樣洗凈后用吸水紙吸干,用電子天平稱鮮重(每處理設(shè)3個重復(fù),每個重復(fù)6株)。

1.4.2光合參數(shù)的測定

光合參數(shù)測定選擇晴朗無風(fēng)的天氣,采用Li-6400便攜式光合測定儀(Li-Cor Inc.,USA),人工控制CO2濃度為400 μmol·mol-1,溫度為25 ℃,光照強(qiáng)度為1 200 μmol·m-2·s-1,測定凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Rt)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci),每個處理設(shè)5個重復(fù),每個重復(fù)記錄10個數(shù)據(jù)。

葉綠體色素含量的測定:將葉片帶回實(shí)驗(yàn)室,用丙酮-乙醇混合液提取法提取葉綠體色素,用723PC型分光光度計(jì)測定葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和類胡蘿卜素(Car)含量[12]。

1.4.3抗性生理指標(biāo)的測定

抗氧化酶活性:超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法[13]測定,以抑制NBT光化還原的50%為1個酶活單位(U1)。過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[14]72測定,將每1 min 470 nm 處的D470值增加0.01定義為1個酶活單位(U2)。過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外分光光度法[15]測定,以1 min內(nèi)240 nm處的D240值減少0.1為1個酶活單位(U3)。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸加熱顯色法[14]126-127測定。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的測定:可溶性糖(SS)含量采用硫代巴比妥酸加熱顯色法[14]81-82測定,與MDA含量同時測定;可溶性蛋白(SP)含量采用考馬斯亮藍(lán)G250法[14]85測定。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用WILLIAMSON等[16]提出的敏感指數(shù)(Ir)來度量核桃凋落葉對3種受體作物的化感效應(yīng),計(jì)算方法為:T≥C時,Ir=1-C/T;T0表示具有促進(jìn)作用;Ir<0表示具有抑制作用,絕對值的大小與作用強(qiáng)度一致。化感綜合效應(yīng)用某處理的各指標(biāo)(形態(tài)生長指標(biāo)、光合生理指標(biāo)和抗性生理指標(biāo))敏感指數(shù)的絕對值的算術(shù)平均值表示[9，17]。

采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA),用最小顯著差數(shù)法(LSD法)進(jìn)行多重比較,顯著性水平設(shè)為α=0.05。

2結(jié)果與分析

2.1核桃凋落葉分解對3種受體作物生長指標(biāo)的影響

由表1可知,播種后80 d,隨著核桃凋落葉的分解,3種受體作物的地徑、株高和鮮重均隨凋落葉量的增加而呈下降趨勢,表現(xiàn)為顯著受抑制作用(P<0.05)。100～120 d時,受體植物地徑、株高和鮮重仍受到抑制作用,同時各凋落葉添加量處理3種受體作物在各個時段的生長均表現(xiàn)出不同的抑制效應(yīng),總體上較80 d時有所減弱。

幼苗鮮重是根生長和苗生長的綜合反映,以蘿卜為例,當(dāng)核桃凋落葉分解80 d時,T3處理蘿卜幼苗鮮重Ir值為-0.756,抑制效應(yīng)達(dá)到最大,隨凋落葉添加量的減少,Ir絕對值逐漸減小,表現(xiàn)出明顯的劑量效應(yīng);而隨著凋落葉分解時間的延長,T3處理蘿卜幼苗鮮重受抑制效應(yīng)逐漸減弱,120 d時Ir值為-0.171,表現(xiàn)出明顯的時間動態(tài)效應(yīng)。相似地,芥菜和白菜的幼苗鮮重也受到顯著抑制(P<0.05),同樣表現(xiàn)出明顯的劑量效應(yīng)和時間效應(yīng)。就同一時段來看,3種作物受到的抑制作用有差異,以凋落葉分解80 d時為例,各劑量凋落葉處理白菜幼苗鮮重(Ir平均值為-0.626)受抑制最強(qiáng),其次是芥菜(-0.537),蘿卜最弱(-0.476)。

2.2核桃凋落葉分解對3種受體作物葉綠體色素含量的影響

隨凋落葉量的增加,3種受體作物葉片各種葉綠體色素含量均顯著降低(P<0.05,表2)。以蘿卜為例,與CK相比,T1處理葉片葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和類胡蘿卜素(Car)含量分別降低16.1%、12.2%和12.1%;T3處理葉片Chl a、Chl b和Car含量分別下降72.1%、70.1%和61.0%。對3種受體作物葉綠體色素含量的比較發(fā)現(xiàn),隨凋落葉量的增加，3種作物葉片各種葉綠體色素含量受抑制作用逐漸加強(qiáng),且3種作物表現(xiàn)出不同的受抑制效應(yīng)。

2.3核桃凋落葉分解對3種受體作物凈光合速率及氣體交換參數(shù)的影響

由表3可知,隨著土壤中核桃凋落葉量的增加,3種受體作物葉片Pn均呈現(xiàn)下降趨勢,且各處理與對照之間差異顯著(P<0.05),均表現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)(Ir<0),其中,芥菜和白菜均以T3處理負(fù)效應(yīng)為最強(qiáng)。各凋落葉處理3種作物Gs和Rt均顯著低于CK(P<0.05),且隨著凋落葉量的增加,Pn、Gs和Rt受抑制程度增加;而Ci隨凋落葉量和受體種類的變化而發(fā)生改變,僅T1處理3種作物Ci低于CK,T2處理蘿卜和T3處理芥菜Ci高于CK,且芥菜和白菜各處理Ci與CK之間差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。

表1不同添加量核桃凋落葉對3種受體作物地徑、株高和鮮重的影響

Table 1Effects of application rate of walnut leaf litter on ground diameter, plant height, and fresh weight of three different recipient crops

受體作物播種后時間/d凋落葉添加量/(g·盆-1)地徑株高鮮重測定值1)/cmIr測定值1)/cmIr測定值1)/gIr蘿卜800(CK)5.49±0.11a—23.17±0.38a—7.526±0.290a—4.5(T1)4.56±0.11b-0.16920.83±0.75a-0.1015.724±0.370b-0.2399.0(T2)3.91±0.27b-0.28811.47±1.71b-0.5054.257±0.330c-0.43418.0(T3)2.44±0.51c-0.5566.33±0.46c-0.7271.836±0.080d-0.7561000(CK)4.99±0.22a—64.97±2.32a—3.541±0.150a—4.5(T1)3.80±0.38b-0.23861.93±1.71a-0.0472.080±0.550b-0.4139.0(T2)3.64±0.27b-0.27158.40±3.88a-0.1011.770±0.300b-0.50018.0(T3)3.91±0.41b-0.21641.10±4.12b-0.3671.750±0.130b-0.5061200(CK)3.54±0.15a—66.47±0.69a—5.084±0.456a—4.5(T1)2.08±0.55b-0.41262.23±1.62a-0.0643.324±0.077c-0.3469.0(T2)1.77±0.30b-0.50062.92±0.27a-0.0533.909±0.143bc-0.23118.0(T3)1.75±0.13b-0.50648.00±1.97b-0.2784.217±0.161b-0.171芥菜800(CK)6.62±0.14a—13.60±0.81a—5.031±0.130a—4.5(T1)5.52±0.47b-0.16610.63±0.73a-0.2183.476±0.060b-0.3099.0(T2)4.51±0.22c-0.3198.93±0.43b-0.3432.205±0.370c-0.56218.0(T3)2.97±0.33d-0.5516.50±0.67b-0.5221.311±0.200d-0.7391000(CK)6.30±0.16a—54.77±0.82a—3.639±0.190a—4.5(T1)5.16±0.52b-0.18147.76±0.81b-0.1282.291±0.530b-0.3709.0(T2)3.77±0.11c-0.40243.73±0.73bc-0.2021.910±0.230b-0.47518.0(T3)3.28±0.41c-0.47941.87±0.77c-0.2361.683±0.310b-0.5381200(CK)4.70±0.15a—49.99±0.90a—4.350±0.238a—4.5(T1)3.81±0.29ab-0.18948.87±1.20a-0.0222.766±0.217b-0.3649.0(T2)3.44±0.39b-0.26844.73±0.63b-0.1053.241±0.568b-0.25518.0(T3)3.51±0.32b-0.25342.87±0.96b-0.1422.199±0.095b-0.494白菜800(CK)7.48±0.18a—16.13±0.98a—8.651±0.230a—4.5(T1)4.64±0.28b-0.38013.63±1.08a-0.1556.062±0.580b-0.2999.0(T2)4.48±0.44b-0.4018.40±1.04b-0.4792.588±0.520c-0.70118.0(T3)4.27±0.41b-0.4297.90±0.15b-0.5101.047±0.220d-0.8791000(CK)5.25±0.37a—47.50±0.95a—4.427±0.710a—4.5(T1)3.31±0.21b-0.37043.73±0.46a-0.0792.210±0.260b-0.5019.0(T2)3.56±0.20b-0.32243.30±0.80a-0.0881.858±0.170b-0.58018.0(T3)3.12±0.13b-0.40638.80±0.81a-0.1831.794±0.090b-0.5951200(CK)4.35±0.12a—57.50±1.12a—5.269±0.338a—4.5(T1)2.76±0.11b-0.36643.73±1.73b-0.2393.864±0.435a-0.2679.0(T2)2.62±0.14b-0.39844.03±1.12b-0.2345.104±0.667a-0.03118.0(T3)2.26±0.07c-0.48042.13±1.91b-0.2674.521±0.442a-0.142

Ir為化感指數(shù)。 “—”表示無數(shù)據(jù)。就同種受體作物同一測定時間而言,同列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。1)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

表2不同添加量核桃凋落葉對3種受體作物葉綠體色素含量的影響

Table 2Effects of application rate of walnut leaf litter on content of chlorophyll in the three different recipient crops

受體作物凋落葉添加量/(g·盆-1)葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素w/(mg·g-1)Irw/(mg·g-1)Irw/(mg·g-1)Ir蘿卜0(CK)8.33±0.48a—1.97±0.08a—2.23±0.10a—4.5(T1)6.99±0.27b-0.1611.73±0.08b-0.1221.96±0.05a-0.1219.0(T2)4.66±0.22c-0.4411.15±0.06c-0.4161.30±0.06b-0.41718.0(T3)2.32±0.04d-0.7210.59±0.02d-0.7010.87±0.14c-0.610芥菜0(CK)6.41±0.28a—1.55±0.03a—1.68±0.02a—4.5(T1)5.60±0.13b-0.1261.29±0.01b-0.1681.43±0.02b-0.1499.0(T2)5.13±0.19b-0.2001.23±0.06b-0.2061.37±0.04b-0.18518.0(T3)4.30±0.20c-0.3290.94±0.06c-0.3941.16±0.03c-0.310白菜0(CK)6.56±0.07a—1.48±0.10a—1.66±0.05a—4.5(T1)5.56±0.11b-0.1521.26±0.05b-0.1491.52±0.05a-0.0849.0(T2)4.94±0.12c-0.2471.10±0.05b-0.2571.39±0.01b-0.16318.0(T3)4.19±0.28d-0.3610.87±0.03c-0.4121.23±0.07c-0.259

Ir為化感指數(shù)。“—”表示無數(shù)據(jù)。就同種受體作物而言,同列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。1)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

表3不同添加量核桃凋落葉對3種受體作物凈光合速率和氣體交換參數(shù)的影響

Table 3Effects of application rate of walnut leaf litter on photosynthetic rate and gas exchange parameters of the three different recipient crops

受體作物凋落葉添加量/(g·盆-1)凈光合速率Pn1)氣孔導(dǎo)度Gs2)胞間CO2濃度Ci1)蒸騰速率Rt2)測定值3)/(μmol·m-2·s-1)Ir測定值3)/(mol·m-2·s-1)Ir測定值3)/(mmol·mol-1)Ir測定值3)/(mmol·m-2·s-1)Ir蘿卜0(CK)9.07±0.12a—0.07±0.00a—172.60±7.46a—1.81±0.08a—4.5(T1)5.90±0.02b-0.3500.04±0.00b-0.429107.70±11.33b-0.3760.91±0.04b-0.4979.0(T2)4.65±0.02c-0.4870.04±0.00b-0.429190.80±2.01a0.0951.00±0.01b-0.44818.0(T3)4.75±0.05c-0.4760.03±0.00c-0.57177.95±6.37c-0.5480.63±0.02c-0.652芥菜0(CK)9.17±0.14a—0.07±0.00a—157.70±4.47b—1.58±0.05a—4.5(T1)6.04±0.02b-0.3410.04±0.00b-0.429141.60±4.78c-0.1021.00±0.02b-0.3679.0(T2)4.55±0.21c-0.5040.03±0.00c-0.571143.30±1.26c-0.0910.75±0.04c-0.52518.0(T3)2.39±0.06d-0.7390.02±0.00d-0.714191.60±5.68a0.1770.48±0.00d-0.696白菜0(CK)12.61±0.55a—0.12±0.03a—196.00±0.24a—2.58±0.91a—4.5(T1)9.02±0.17b-0.2850.05±0.00b-0.583110.30±0.82d-0.4371.32±0.02b-0.4889.0(T2)4.09±0.11c-0.6760.03±0.00c-0.750136.20±0.68b-0.3050.64±0.02c-0.75218.0(T3)3.36±0.04c-0.7340.02±0.00c-0.833126.90±4.10c-0.3530.53±0.01c-0.795

Ir為化感指數(shù)。“—”表示無數(shù)據(jù)。就同種受體作物而言,同列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。1)以CO2計(jì);2)以H2O計(jì);3)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2.4核桃凋落葉分解對3種受體作物葉片抗氧化酶活性和MDA含量的影響

由圖1可知,各處理受體作物SOD活性隨土壤中凋落葉量的增加而升高,表現(xiàn)出促進(jìn)作用(Ir>0)。而3種受體作物葉片中POD活性和CAT活性均多表現(xiàn)出顯著受抑制作用(P<0.05),且呈現(xiàn)出隨凋落葉量增加受抑制作用逐漸加強(qiáng)的趨勢(Ir<0)。以POD活性為例,受體作物各處理與CK相比,蘿卜的T1、T2和T3處理分別下降30.0%、50.5%和70.6%;白菜T1、T2和T3處理分別下降29.2%、31.7%和51.0%;芥菜的T1處理上升3.6%,T2和T3處理分別下降10.9%和4.6%。隨著3種抗氧化酶活性的變化,各處理受體作物葉片MDA含量均高于CK,且呈隨凋落葉添加量增加而增大的趨勢。從受體作物抗氧化酶活性和膜脂過氧化產(chǎn)物來看,隨凋落葉添加量和受體作物種類的不同,SOD、POD和CAT活性以及MDA含量變化規(guī)律并不一致,但總體上表現(xiàn)為核桃凋落葉可使受體作物葉片膜脂過氧化明顯加重。

2.5核桃凋落葉分解對3種受體作物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

各處理3種受體作物葉片SS含量均顯著高于CK(P<0.05),且隨凋落葉量的增加而呈現(xiàn)上升趨勢。各作物化感效應(yīng)均以T3處理為最強(qiáng),蘿卜(Ir=0.457)、芥菜(Ir=0.357)和白菜(Ir=0.633)化感效應(yīng)隨凋落葉量的增加而增強(qiáng)。SP含量的變化趨勢與SS含量的變化趨勢恰好相反,各處理受體作物葉片SP含量均低于CK,T2、T3處理與CK相比差異均達(dá)顯著水平(P<0.05),且隨凋落葉量的增加而減少,表現(xiàn)出受抑制作用(Ir<0)(圖2)。

CK、T1、T2和T3指凋落葉添加量分別為0、4.5、9.0和18.0 g·盆-1。葉片質(zhì)量以鮮重計(jì)。同一幅圖中同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

CK、T1、T2和T3指凋落葉添加量分別為0、4.5、9.0和18.0 g·盆-1。葉片質(zhì)量以鮮重計(jì)。同一幅圖中同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.6核桃凋落葉分解對3種受體作物的化感綜合效應(yīng)

由表4可知,對3種受體作物的觀測結(jié)果均顯示,核桃凋落葉分解的化感綜合效應(yīng)隨凋落葉添加量的增大而增大,這與3種受體作物在形態(tài)生長上表現(xiàn)出的劑量效應(yīng)是一致的(表1)?？傮w上來看,不同作物對核桃凋落葉的敏感程度不同,3個水平的核桃凋落葉處理的化感綜合效應(yīng)由大到小依次為白菜、蘿卜和芥菜,表明芥菜對核桃凋落葉分解產(chǎn)生的化感作用具有更強(qiáng)的耐受性。

3討論

3.1核桃凋落葉分解對3種受體作物生長的影響

核桃凋落葉在其分解過程中對3種受體作物各項(xiàng)生長指標(biāo)均表現(xiàn)出抑制作用,播種后80、100和120 d,隨凋落葉量的增加抑制效應(yīng)逐漸增強(qiáng),而隨分解時間的延長抑制效應(yīng)呈減弱趨勢,這與黃溦溦等[9]和陳洪等[17]以銀木凋落葉和巨桉凋落葉為供體的研究結(jié)果一致。前期的抑制作用比較明顯,可能是因?yàn)楹颂业蚵淙~在分解初期釋放大量化感物質(zhì),而后期抑制作用逐漸減弱可能是因?yàn)榈蚵淙~釋放的化感物質(zhì)已經(jīng)減少,同時土壤中微生物作用也加快化感物質(zhì)在土壤中的降解,另一方面凋落葉在分解后期釋放的營養(yǎng)物質(zhì)在一定程度上彌補(bǔ)了受體作物初期生長受到的抑制。黃建貝等[6]研究核桃凋落葉分解對小麥的影響也得到類似結(jié)論。

表4不同添加量核桃凋落葉對3種受體作物生長的化感綜合效應(yīng)

Table 4Effects of application rate of walnut leaf litter on allolepathic effect (AE) of the litter on growth of the three different recipient crops

受體作物不同凋落葉量(g·盆-1)處理的化感綜合效應(yīng)4.59.018.0平均值蘿卜0.2180.3390.4870.348芥菜0.1710.2690.3600.267白菜0.2470.3490.4560.351

3.2核桃凋落葉分解對3種受體作物光合特性的影響

筆者研究發(fā)現(xiàn),隨著凋落葉添加量的增加,3種受體作物各處理葉片葉綠素含量均呈明顯下降趨勢,表明核桃凋落葉分解釋放的化感物質(zhì)對受體作物葉片中Chl a、Chl b和Car的合成有明顯抑制作用,且抑制效應(yīng)隨凋落葉量的增加而增強(qiáng)。丁偉等[5]對核桃凋落葉分解對萵筍抗氧化系統(tǒng)及光合特性的影響研究也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。經(jīng)凋落葉處理后各受體作物Pn、Gs和Rt均呈下降趨勢,綜合分析其光合速率降低的原因主要是化感物質(zhì)抑制了葉綠體色素的合成,造成氧化脅迫,從而限制作物營養(yǎng)生長,最終影響生物量積累。陳剛等[18]在研究天竺桂對鳳仙花的化感作用時也得到相似結(jié)論。

3.3核桃凋落葉分解對3種受體作物抗性生理特性的影響

現(xiàn)代植物生理學(xué)認(rèn)為,植物抗氧化能力的提高和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累是植物在逆境條件下得以生存的2種不同的重要機(jī)制[19]。逆境條件下,植物細(xì)胞內(nèi)的自由基平衡被打破,自由基積累導(dǎo)致膜脂過氧化,對植物造成損害,并伴有MDA的產(chǎn)生[20]。同時也誘導(dǎo)以SOD、POD和CAT為主的保護(hù)酶系統(tǒng)活性升高,但當(dāng)脅迫超過一定范圍時,保護(hù)酶系統(tǒng)會受到破壞,使得植物體內(nèi)的活性氧代謝失調(diào)[21-22]。筆者試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著核桃凋落葉添加量的增加,3種受體作物葉片中POD和CAT活性均呈減弱的變化規(guī)律,且各處理多表現(xiàn)為受抑制作用(Ir<0),而SOD活性則隨凋落葉量的升高而升高,表現(xiàn)為顯著促進(jìn)作用(Ir>0),伴隨著3種抗氧化酶的變化,與CK相比各處理MDA含量呈現(xiàn)顯著升高趨勢。說明受體作物在化感物質(zhì)脅迫下抗氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生積極的響應(yīng),但其調(diào)節(jié)能力有限,當(dāng)脅迫壓力超出一定范圍時,酶結(jié)構(gòu)遭受破壞導(dǎo)致體內(nèi)積累過量的活性氧自由基,這些自由基又引起膜脂過氧化,產(chǎn)生大量MDA,進(jìn)而導(dǎo)致植物代謝及生理功能出現(xiàn)紊亂,生長受到顯著抑制。而SOD、POD和CAT作為細(xì)胞保護(hù)酶,在相同處理方式下表現(xiàn)出的變化趨勢卻不相同,說明核桃凋落葉中化感物質(zhì)對受體作物不同酶活性的影響不同,楊延杰等[23]的研究中也得出了類似結(jié)論。

逆境條件下,植物體內(nèi)作為有機(jī)滲透保護(hù)物質(zhì)的SP和SS會被大量誘導(dǎo)合成[24]。筆者研究中3種受體作物各處理SS含量隨凋落葉量增加均呈現(xiàn)顯著增長趨勢,而SP含量卻呈現(xiàn)下降趨勢。這與陳洪等[17]以巨桉凋落葉為供體的研究結(jié)果相同。可能的原因有:一是核桃凋落葉中釋放的化感物質(zhì)妨礙了植物根系對水分的吸收,造成一定程度的水分脅迫,從而使其SS大量積累[10];二是大量化感物質(zhì)妨礙了受體植物根系對礦質(zhì)離子的吸收,蛋白質(zhì)合成缺少所需的P、S和Fe元素;三是化感物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后,直接與之作用,使其變性沉淀,如生物堿、有機(jī)酸等破壞了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)[25]。

3.4綜合評價

有研究表明,化感物質(zhì)具有多種生理作用,可以影響受體植物多種生理代謝活動[26],受體植物光合特性、抗性生理特性的變化,以及形態(tài)生長受到抑制,應(yīng)該是化感物質(zhì)對植物體內(nèi)多種生理代謝活動綜合作用的結(jié)果。核桃凋落葉分解80 d時,其釋放的化感物質(zhì)通過影響受體作物抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)平衡和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累,對其細(xì)胞造成過氧化傷害,致使其葉綠素合成受到抑制,光合能力降低,最終導(dǎo)致受體作物生長受到抑制。100～120 d時,隨著時間的延長,受體作物受抑制程度逐漸減弱,凋落葉分解產(chǎn)生的化感作用強(qiáng)度在時間上呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢,這可能是凋落葉在土壤中逐步釋放的化感物質(zhì)在一定時間內(nèi)逐步積累至最多,效應(yīng)最強(qiáng),隨著時間的延長,其釋放的化感物質(zhì)轉(zhuǎn)而逐步減少,其作用也隨之減弱。

化感物質(zhì)有選擇性和專一性,同一種化感物質(zhì)對不同受體植物的作用效果也不相同[2]55-56?？傮w上來看,3種受體作物對核桃凋落葉的敏感程度不同,芥菜受到的化感綜合抑制效應(yīng)最弱,表明其更適合在核桃林下套作,而白菜受綜合抑制效應(yīng)最大,最為敏感,不宜在核桃林下套作。3種受體作物生長受到的抑制作用呈隨凋落葉量的增大而增大、隨分解時間的延長而逐漸減弱的趨勢。因此,在核桃-農(nóng)作物復(fù)合種植的生產(chǎn)實(shí)踐中,減少單位面積地表核桃凋落葉的堆積量,可以有效減弱其對受體作物生長的抑制作用,最好在凋落葉分解一段時間后再種植作物。

4結(jié)論

綜上所述，核桃凋落葉在分解過程中可能通過釋放化感物質(zhì)影響了受體作物抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)平衡和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，對細(xì)胞造成過氧化傷害，致使其葉綠素含量和光合能力降低，最終影響了作物的形態(tài)生長和生物量積累。就筆者研究而言，3種作物對核桃凋落葉的敏感程度不同，芥菜受到的綜合抑制效應(yīng)最弱，表明其更適合在核桃林下套作。因此，在核桃-農(nóng)作物復(fù)合種植的生產(chǎn)實(shí)踐中，通過農(nóng)作物品種的選擇和合理的水肥管理，開展核桃-農(nóng)作物復(fù)合種植是可行的。當(dāng)然，盆栽試驗(yàn)條件與田間狀況尚存在一定差異，有必要進(jìn)一步開展田間試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

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(責(zé)任編輯： 李祥敏)

收稿日期：2015-06-25

基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計(jì)劃(2011BAC09B05);四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(13ZA0246)

通信作者①E-mail: 15039081@qq.com

中圖分類號：X176; Q143

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)04-0595-08

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.04.013

作者簡介：張如義(1989—),男,四川廣元人,碩士生,主要從事森林生態(tài)方面的研究。E-mail: 847408099@qq.com

Effects of Decomposing Walnut (Juglans regia) Leaf Litter on Growth, Photosynthesis and Resistance Physiology of Three Recipient Plants.

ZHANG Ru-yi1,2, HU Hong-ling1, HU Ting-xing1, YANG Li-mei1, SHU Lan1, RUAN Ruo-yu1

(1. College of Forestry, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2. Neijiang City Academy of Agricultural Sciences, Neijiang 641000, China)

Abstract:A pot experiment was conducted to study effects of decomposing walnut leaf litter on growth, photosynthesis and resistant physiology of three recipient crops, i.e. radish (Raphanus sativus), mustard (Brassica juncea) and Chinese cabbage (Brasicca pekinensis), and to compare the three crops in sensibility to allelopathy of the litter, with a view to choosing a crop suitable for interplantation with walnut trees so that ideal income can be obtained. The experiment was designed to have four litter application rates, i. e. Treatment T1 (4.5 g·pot-1), Treatment T2 (9.0 g·pot-1), Treatment T3 (18.0 g·pot-1) and CK (0 g·pot-1). Results show that: (1) The litter during its decomposing process displayed inhibiting effect on all the growth-related indices of the three recipient plants, and the effect increased with rising litter application rate, but declined with the decomposition process going on; (2) On D80 (80 days after application of the litter), it was found that the contents of chlorophyll and carotenoid of the recipient crops in the treatments were significantly lower than their respective ones in CK, and so were the net photosynthetic rates (Pn), stomatal conductances (Gs) and transpiration rates (Rt) of the recipient plants; (3) The content of MDA in leaves of the recipient plants were higher in the treatments than in CK (P<0.05). The activities of peroxidase (POD) and catalase (CAT) were inhibited in all the treatments, while the activity of superoxide dismutase (SOD) was promoted. The content of soluble sugar (SS) increased, but the content of soluble protein (SP) decreased; and (4) The three recipient plants displayed an order of cabbage > radish > mustard in terms of sensitivity to the allelopathic inhibition of decomposing walnut leaf litter. Comprehensive analysis of all the indices shows that during the initial period of decomposition (about 80 days), the litter displayed strong allelopathic effects on all the three recipient plants. Growth of the recipient crops was inhibited by the litter through oxidative damage, and hinderance of synthesis and photosynthesis of chlorophyll, but with the decomposition going on, the litter released less allelopathic substances and as a result, the inhibitive effect of the litter weakened.

Key words:walnut; leaf litter; allelopathy; recipient plant; photosynthetic characteristic; resistant physiology