不同供氮水平下中間錦雞兒莖葉水浸提液對豬毛蒿的化感影響

徐坤 ，陳林 ，杜浩琪，楊新國

1.寧夏大學(xué)/西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)省部共建國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川 750021；2.西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點實驗室，寧夏 銀川 750021；3.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021

錦雞兒屬（Caragana）植物能夠長期適應(yīng)干旱的環(huán)境條件，具有抗旱、抗寒、耐熱、耐沙埋等特性，防風(fēng)固沙及保持水土的能力強(qiáng)，有利于流動沙地的固定和草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，尤其是中間錦雞兒（Caraganaintermedia）、檸條錦雞兒（Caraganakorshinskii）、小葉錦雞兒（Caragana microphylla）的這種作用較為突出（冀照君等，2019），通常將這幾種錦雞兒屬植物統(tǒng)稱為檸條。另外錦雞兒屬植物根系的固氮作用給周圍植物提供豐富的氮素，可以使其周圍牧草生長良好。在寧夏荒漠草原區(qū)種植了大面積檸條人工林，用于防風(fēng)固沙和草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。而在荒漠草原的恢復(fù)過程中，作為先鋒物種的豬毛蒿（Artemisia scoparia）以其很強(qiáng)的適應(yīng)力和繁殖力形成了優(yōu)勢種群，并形成了與檸條的共生群落。對植物相互共生關(guān)系中的化感作用是探究相互共生內(nèi)因的一條重要途徑（胥耀平，2006），尤其是這種種間關(guān)系是其維持自身生產(chǎn)力及系統(tǒng)穩(wěn)定的重要機(jī)制（翟德蘋，2015）。而對檸條和豬毛蒿間存在的生物化學(xué)作用的研究較少。孫志蓉（2004）研究了檸條（Caraganamicrophylla）和甘草（Glycyrrhiza uralensis）混生條件下的他感作用。張強(qiáng)（2005）對檸條和甘草間化感作用的組織培養(yǎng)法進(jìn)行了研究。賀潤平（2007）則對檸條和甘草混作的種間關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)研究。這些研究主要針對混生物種的種間關(guān)系（化感作用）。另外一些研究集中于檸條植物提取液對其他植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響上。秦樹高（2011）研究發(fā)現(xiàn)檸條枝葉水浸提液對紫花苜蓿（Medicagosativa）種子萌發(fā)產(chǎn)生顯著的抑制，中間錦雞兒的枝葉浸提液對黑沙蒿（Artemisiaordosica）與羊柴（Hedysarumleave）種子萌發(fā)具有抑制作用（高姍，2014），檸條錦雞兒葉浸提液對 4種冰草種子萌發(fā)和幼苗生長具有“低促高抑”的作用（曾淼，2016），陳林等（2016）研究發(fā)現(xiàn)中間錦雞兒根水浸提液對苦豆子（Sophoraalopecuroides）、草木樨（Melilotus officinalis）的種子萌發(fā)和幼苗生長有抑制作用，但對沙打旺（Astragalusadsurgens）和披堿草（Elymusdahuricus）起到促進(jìn)作用。而通過添加氮素來研究檸條與其他植物間關(guān)系的研究較少，尤其有關(guān)檸條和豬毛蒿間這方面的研究更少。

本研究以荒漠草原檸條中的代表種中間錦雞兒（Caraganaintermedia）和豬毛蒿（Artemisia scoparia）為研究對象，通過室外模擬不同氮素水平，對比有無中間錦雞兒莖葉浸提液情況下，豬毛蒿植株的生長變化及豬毛蒿植株各器官的氮素含量變化情況，以氮素調(diào)控來實現(xiàn)化感作用調(diào)控，為荒漠草原區(qū)草原生態(tài)恢復(fù)與可持續(xù)利用提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年5—10月在西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)省部共建國家重點實驗室培育基地室外進(jìn)行（38°31′N，106°9′E），平均海拔 1112 m。該試驗區(qū)晝夜溫差較大，≥10 ℃的有效積溫為 3135—3272 ℃，年平均氣溫在8.0—9.0 ℃，年平均降水量在200 mm左右，該地區(qū)年日照時數(shù)3030 h，無霜期150 d左右。試驗地土壤類型為風(fēng)沙土，全氮0.36 g·kg?1，全磷 0.04 g·kg?1，全鉀 1.84 g·kg?1，有機(jī)碳 7.86 mg·kg?1，有效磷 3.25 mg·kg?1，速效鉀75.00 mg·kg?1，水解性氮 19.67 mg·kg?1，水溶性鹽總量 0.24 g·kg?1，pH 值 8.72。

1.2 研究方法

采用專門定制的直徑20 cm，高30 cm的PVC管材盆缽進(jìn)行栽植，并將盆缽置于試驗地土壤中。設(shè)置3個施氮水平（蘇潔瓊等，2015；黃菊瑩等，2016）：低氮（A，14 g·m?2）、中氮（B，28 g·m?2）、高氮（C，42 g·m?2），以及添加和未添加中間錦雞兒浸提液兩個處理，共7個處理，每個處理5個重復(fù)。

稱取 25 g中間錦雞兒莖葉粉碎樣品，浸泡于500 mL蒸餾水中16 h，之后在THZ-C恒溫振蕩器（室溫）中振蕩2 h，用LH-85隔膜真空泵抽離過濾3次，得到質(zhì)量濃度為50 mg·mL?1的浸提液，以無菌蒸餾水為對照，定期進(jìn)行澆施。在豬毛蒿植株生長穩(wěn)定后將尿素深施覆土施肥，深度10—12 cm，并結(jié)合灌溉進(jìn)行，氮源為尿素（含N 46.4%），在5—8月分3次將尿素施完。并在進(jìn)行完氮素與浸提液的第一次處理后每月進(jìn)行幼苗高度、冠幅的測量。選擇在豬毛蒿開花結(jié)實期收獲5個重復(fù)，收獲時將每個處理中豬毛蒿植株取出，分別采集根、莖葉和繁殖器官，將所采集樣品洗凈，105 ℃殺青30 min后在65 ℃下烘干至恒重，分別稱量其各部分的生物量。然后將植物各部分的樣品粉碎，過60目篩，測定全氮含量。豬毛蒿不同器官的全氮含量采用 Elementar元素分析儀-vario MAX cube進(jìn)行測試。

1.3 分析方法

試驗數(shù)據(jù)用SPSS和Excel進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用方差分析中的一般線性模型-單變量進(jìn)行雙因素方差分析，并用單因素 ANOVA方差分析中的Duncan均值多重比較法等進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液處理下豬毛蒿株高、冠幅和地徑的變化

經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平與浸提液分別對豬毛蒿株高增長率無顯著影響（P＞0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿株高增長率無顯著影響（P＞0.05）。表1中，通過對不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液處理下豬毛蒿株高增長率進(jìn)行單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)與對照相比，加浸提液低氮與高氮處理顯著降低了豬毛蒿株高增長率（P＜0.05）。隨著施氮量的增加，株高增長率先增加后降低。不加浸提液下，隨著施氮量的增加，株高增長率也是先增加后降低。在不加浸提液施氮量為中氮（28 g·m?2）時，株高增長率最大。經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平對豬毛蒿冠幅增長率產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），浸提液對豬毛蒿冠幅增長率無顯著影響（P＞0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿冠幅增長率產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。如表1所示，與對照相比，豬毛蒿冠幅增長率在加浸提液低氮與高氮處理及低氮無提取液處理下都顯著降低（P＜0.05）。加浸提液處理下，隨著施氮量的增加，冠幅增長率先增加后降低。不加浸提液處理下，隨著施氮量的增加，冠幅增長率增加。最大的冠幅增長率出現(xiàn)在加浸提液中氮處理中。經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平與浸提液分別對豬毛蒿地徑增長率無顯著影響（P＞0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿地徑增長率無顯著影響（P＞0.05）。表1中，與對照相比，所有處理地徑增長率均無顯著增加或降低（P＞0.05）。

表1 不同供氮水平及浸提液處理下豬毛蒿株高、冠幅和地徑變化Table 1 Changes of Artemisia scoparia height, crown width and basal diameter with different nitrogen supply levels and aqueous extract treatment

2.2 不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液處理下豬毛蒿各部分生物量干質(zhì)量的變化

經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平對豬毛蒿根生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05），浸提液對豬毛蒿根生物量干質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿根生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05）。如圖1所示，與對照相比，只有加浸提液與高氮處理顯著降低了豬毛蒿根生物量干質(zhì)量（P＜0.05），其他處理對豬毛蒿根生物量干質(zhì)量均無顯著影響（P＞0.05）。經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平對豬毛蒿莖葉生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05），浸提液對豬毛蒿莖葉生物量干質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿莖葉干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05）。圖1中，各處理下豬毛蒿莖葉生物量干質(zhì)量與對照比都無顯著差異（P＞0.05）。經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平對豬毛蒿果實生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05），浸提液對豬毛蒿果實生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿果實生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05）。各處理下豬毛蒿果實生物量干質(zhì)量與對照比都無顯著差異（P＞0.05）（圖 1）。可認(rèn)為豬毛蒿莖葉和果生物量干質(zhì)量對加氮與中間錦雞兒水浸提液化感作用的反應(yīng)不明顯。

圖1 不同供氮水平及浸提液處理下豬毛蒿植株各部分生物量干質(zhì)量的變化Fig.1 Dry mass changes of biomass of Artemisia scoparia with different nitrogen supply levels and aqueous extract treatment

之后，經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平對豬毛蒿植株生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05），浸提液對豬毛蒿植株生物量干質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿植株生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05）。圖1中，對不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液處理下豬毛蒿植株生物量干質(zhì)量進(jìn)行單因素方差分析，與對照比，各處理對豬毛蒿植株生物量干質(zhì)量都無顯著影響（P＞0.05）?？烧J(rèn)為豬毛蒿植株生物量對加氮與中間錦雞兒水浸提液化感作用的反應(yīng)不明顯。

整體來看，施氮不加浸提液情況下，豬毛蒿對莖葉生物量干質(zhì)量的分配較對根和果的生物量干質(zhì)量分配高，兩因素作用對根的生物量干質(zhì)量影響要比對莖葉和果的生物量干質(zhì)量影響明顯。

2.3 不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液處理下豬毛蒿植株根冠比的變化

經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平與浸提液分別對豬毛蒿植株根冠比無顯著影響（P＞0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿植株根冠比無顯著影響（P＞0.05）。如圖2所示，與對照相比，不同供氮水平及浸提液處理下豬毛蒿植株的根冠比均無顯著差異（P＞0.05）。不加浸提液低氮處理下根冠比最大，不加浸提液處理下比加浸提液處理下根冠比的均值高。

圖2 不同供氮水平及浸提液處理下豬毛蒿植株的根冠比Fig.2 Root shoot ratio of Artemisia scoparia with different nitrogen supply levels and aqueous extract treatment

2.4 不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液處理下豬毛蒿植株不同器官含氮量的變化

經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平對豬毛蒿根含氮量無顯著影響（P＞0.05），浸提液對豬毛蒿根含氮量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿根含氮量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。圖3中，與對照相比，只有加浸提液與低氮處理顯著增加了豬毛蒿根含氮量（P＜0.05），其他處理對豬毛蒿根含氮量均無顯著影響（P＞0.05）。經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平對豬毛蒿莖葉含氮量無顯著影響（P＞0.05），浸提液對豬毛蒿莖葉含氮量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿莖葉含氮量無顯著影響（P＞0.05）。

圖3 不同供氮水平及浸提液處理下豬毛蒿不同器官含氮量的變化Fig.3 Nitrogen content changes in different organs of Artemisia scoparia with different nitrogen supply levels and aqueous extract treatment

加浸提液處理下，3個施氮水平的豬毛蒿莖葉含氮量均顯著高于對照（P＜0.05），不加浸提液處理下僅中氮水平的豬毛蒿莖葉含氮量顯著高于對照（P＜0.05）。從整體情況來看，兩因素作用下，豬毛蒿莖葉平均含氮量較單施氮情況下高，說明兩因素作用下，浸提液對豬毛蒿莖葉含氮量產(chǎn)生化感促進(jìn)作用。而豬毛蒿果實含氮量與前面的根含氮量情況相似，經(jīng)雙因素方差分析得知，供氮水平對豬毛蒿果實含氮量無顯著影響（P＞0.05），浸提液對豬毛蒿果實含氮量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），兩因素交互作用對豬毛蒿果實含氮量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。加浸提液處理下，3個施氮水平的豬毛蒿果實含氮量均顯著高于對照（P＜0.05）。豬毛蒿果實含氮量也是兩因素作用下較單施氮情況下高，浸提液對豬毛蒿果實含氮量也產(chǎn)生化感促進(jìn)作用。從整體看，加浸提液處理下豬毛蒿各器官的含氮量均隨供氮水平的升高呈降低趨勢，不加浸提液處理下豬毛蒿各器官的含氮量隨供氮水平的升高呈先升高后降低趨勢（圖3）。

3 討論

不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液對豬毛蒿株高、冠幅和地徑的影響中，一般是不加浸提液的處理均值較加浸提液的處理均值高，從這個角度反映浸提液對豬毛蒿株高、冠幅具有一定的影響。在加浸提液的情況下，隨著氮素水平的增加，株高增長率減小，盡管未達(dá)到顯著水平，但浸提液存在一定的化感抑制作用。在不加浸提液施氮量為中氮（28 g·m?2）時，株高增長率最大，這與姜野（2017）的研究類似。高氮時反而降低，說明高氮時豬毛蒿的株高生長率降低，這與黃菊瑩等（2016）的研究有相似之處。另外，豬毛蒿株高增長率隨著氮素濃度先升高再降低，與趙浩波等（2020）研究羊草莖節(jié)數(shù)隨氮素濃度升高的趨勢一致，表明施氮量超過一定范圍時氮素的生理利用率下降（李鵬程等，2015），過量的氮素反倒不利于植物高度的增加。而在加浸提液低氮與高氮處理及低氮無提取液處理下冠幅增長率都顯著降低（P＜0.05），加浸提液與中氮處理中出現(xiàn)了冠幅增長率的最大值，反映了中氮有利于豬毛蒿冠幅的增加。盡管兩因素交互作用對冠幅增長率產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），供氮水平對豬毛蒿冠幅增長率也產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05），但實際上，從雙因素方差分析處理中得知供氮水平與浸提液兩者對豬毛蒿冠幅的作用相當(dāng)。另外研究（Wang et al.，2020）表明，氮可以緩解加拿大一枝黃花（Solidagocanadensis）的化感作用，氮素與化感作用的關(guān)系有待更深入的研究。

不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液對豬毛蒿植株各器官生物量干質(zhì)量的影響中，不加浸提液時，植株總干質(zhì)量、各器官的生物量干質(zhì)量基本都呈上升趨勢，這與郭偉等（2011）的研究一致；各生物量干質(zhì)量均值一般是不加浸提液處理比加浸提液處理的低，說明中間錦雞兒莖葉水浸提液與氮素共同產(chǎn)生一定促進(jìn)作用。本研究兩因素交互作用對豬毛蒿植株各器官生物量干質(zhì)量都無顯著影響（P＞0.05），但浸提液對豬毛蒿根、莖葉和植株生物量干質(zhì)量都產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。不同施氮水平下，中間錦雞兒莖葉水浸提液對豬毛蒿根生物量干質(zhì)量表現(xiàn)為化感抑制作用，并且隨著施氮水平的增加而增大，與Luu et al.（1982）的研究相似，但與柴強(qiáng)等（2008）、Wang et al.（2017）的研究結(jié)論相反。不同施氮水平下，中間錦雞兒莖葉水浸提液對豬毛蒿莖葉和果的生物量干質(zhì)量的影響不顯著，說明土壤氮含量與化感效應(yīng)的互作中，根系的反應(yīng)更為敏感。

不同供氮水平及中間錦雞兒莖葉水浸提液對豬毛蒿不同器官含氮量的影響中，各器官一般都是加浸提液比不加浸提液的含氮量要高，并且在莖葉和果實中更為顯著，加浸提液時不同器官含氮量基本隨著氮素水平的升高而降低。3個器官中，根系含氮量最低，果實含氮量最高。因為化感作用與營養(yǎng)物質(zhì)的有效性密切相關(guān)，化感對氮素的有效性有所貢獻(xiàn)（Chia et al.，2018），本研究加浸提液后，豬毛蒿各器官含氮量高可能是化感對氮素的吸收產(chǎn)生了促進(jìn)作用。針對化感作用與養(yǎng)分含量的關(guān)系有待進(jìn)行更深入的研究。

4 結(jié)論

不同供氮水平與浸提液對豬毛蒿株高、冠幅和地徑的影響中，兩因素交互作用對豬毛蒿株高和地徑都無顯著影響（P＞0.05），但對冠幅增長率產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。中等氮素有利于株高增長率和冠幅增長率的增加。

不同施氮水平與浸提液兩因素作用下，對豬毛蒿根生物量干質(zhì)量較對莖葉和果的生物量干質(zhì)量影響大。對豬毛蒿莖葉和果實生物量干質(zhì)量無顯著影響（P＞0.05），對豬毛蒿植株的根冠比無顯著影響（P＞0.05）。

不同供氮水平與浸提液對豬毛蒿不同器官含氮量的影響中，加浸提液處理高于不加浸提液處理，在莖葉和果實中更為顯著。浸提液對豬毛蒿的根、莖葉和果實含氮量都產(chǎn)生促進(jìn)作用。