刺槐林下凋落物浸提液對(duì)刺槐種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)的化感作用

荊 蓉，彭祚登，李 云，王少明

（1.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院 森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.北京林業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083；3.河南省洛陽市國有洛寧縣全寶山林場(chǎng)，河南 洛寧 471716）

植物化感作用是一種活或死的植物通過適當(dāng)?shù)耐緩较颦h(huán)境釋放特定的化學(xué)物質(zhì)而直接或間接影響鄰近或下茬植物萌發(fā)或生長(zhǎng)的效應(yīng)[1]。在自然條件下，水溶性的化感物質(zhì)主要隨著雨水等的沖刷從凋落物淋溶進(jìn)入土壤中，對(duì)周圍植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。凋落物的化感作用是影響林木自然更新的一個(gè)重要因子，凋落物產(chǎn)生的化感物質(zhì)對(duì)種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)具有重要影響[2]。刺槐Robinia pseudoacacia為落葉喬木，具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱貧瘠、易繁殖、生長(zhǎng)快、固氮等特性，是中國廣泛栽培的闊葉喬木樹種之一。伐后萌蘗更新是刺槐人工林的主要更新方式[3]，利用刺槐具有根系發(fā)達(dá)、萌蘗能力強(qiáng)等特性，快速更新成為林分。但隨著皆伐后萌蘗再皆伐再萌蘗的多代連作，在三代、四代及以后刺槐萌生形成的次生林中出現(xiàn)生產(chǎn)力逐代下降、生長(zhǎng)遲緩以及樹干彎曲等連栽障礙[4]，影響刺槐林的生產(chǎn)效率，因此刺槐的實(shí)生更新問題受到人們關(guān)注。有研究表明，在近自然條件下，刺槐實(shí)生更新困難，林下種子天然萌發(fā)率及胚生長(zhǎng)存活率均較低[5]。森林內(nèi)的林木種子主要分布在凋落物以及腐殖質(zhì)層[6]，刺槐的凋落物層會(huì)加速種子損失率[6]，凋落物分解過程中會(huì)產(chǎn)生一些次生代謝產(chǎn)物[7]，對(duì)刺槐種子的萌發(fā)和胚生長(zhǎng)可能會(huì)產(chǎn)生影響。因此，本研究主要探討連栽刺槐人工林下凋落物是否具有化感作用影響自身種子萌發(fā)。研究表明楊樹Populus的化感作用隨著連栽代數(shù)的增加而增加[8]，隨著馬尾松Pinus massoniana連栽代數(shù)以及林齡的增加，浸提液中化感物質(zhì)的種類增加[9]。

刺槐化感作用的研究集中在刺槐凋落物與根際土壤對(duì)其他的植物生長(zhǎng)的影響。已有研究表明：刺槐凋落葉的浸提液對(duì)綠豆Vigna radiata具有較強(qiáng)的抑制作用，對(duì)甜瓜Cucumis melo具有較弱的促進(jìn)作用[10]；隨刺槐凋落物浸提液質(zhì)量濃度的升高，對(duì)馬尾松生長(zhǎng)的促進(jìn)作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔茫袒钡蚵湮锏慕嵋簩?duì)馬尾松胚的地徑、苗高、主根長(zhǎng)、地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量均表現(xiàn)為促進(jìn)效應(yīng)[11?12]；刺槐根際土壤的水浸提液對(duì)5種園林植物的生長(zhǎng)表現(xiàn)為抑制作用[13]，刺槐葉片混合土壤對(duì)食用植物以及雜草生長(zhǎng)具有抑制作用[14]；刺槐根際土壤以及刺槐凋落物的浸提液對(duì)刺槐種子萌發(fā)呈低促進(jìn)高抑制的趨勢(shì)，刺槐根際土的浸提液對(duì)刺槐苗木生長(zhǎng)也呈現(xiàn)低促高抑的趨勢(shì)[15]；在黃土地區(qū)，刺槐凋落物的浸提液對(duì)刺槐自身種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)具有抑制作用，刺槐根系、根際土壤的浸提液對(duì)刺槐的生長(zhǎng)呈現(xiàn)低促進(jìn)高抑制的化感作用，并檢測(cè)出37種化感物質(zhì)[16?17]。

不同經(jīng)營世代和不同林齡刺槐凋落物對(duì)自身種子萌發(fā)的影響研究極少。本研究針對(duì)不同刺槐林下凋落物的浸提液，研究其對(duì)種子萌發(fā)及胚生長(zhǎng)的影響，以期揭示刺槐多代連作培育經(jīng)營下實(shí)生更新困難與刺槐自身化感效應(yīng)關(guān)系，為刺槐人工林高效培育與可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣地設(shè)置

刺槐人工林位于河南省洛陽市洛寧縣馬店鎮(zhèn)國有呂村林場(chǎng) (34°06′～34°38′N，111°08′～111°50′E)，選取刺槐一代幼齡林(F1-1)、一代中齡林(F1-2)、一代成熟林(F1-3)、二代幼齡林(F2-1)、二代中齡林(F2-1)、二代成熟林(F2-3)、三代幼齡林(F3-1)、三代中齡林(F3-2)、三代成熟林(F3-3)進(jìn)行設(shè)置樣地(表 1)，樣地面積為 20 m×20 m，每種林分設(shè)置 3 個(gè)重復(fù)樣地，共計(jì)27塊刺槐樣地。對(duì)樣地進(jìn)行基本林分調(diào)查，包括海拔、坡度、胸徑、樹高、活枝下高、郁閉度、植被等。刺槐一代林是實(shí)生苗，二代林和三代林分別是一代林經(jīng)過1次和2次皆伐后萌蘗形成的林分，幼齡林、中齡林、成熟林分別為6～7 a、12～15 a、15 a以上的林分。林下植被主要包括荊條Vitex negundo、夏至草Lagipsis supina、堇菜Viola verecunda、求米草Oplismenus undulatifolius、白屈菜Chelidonium majus、葎草Humulus scandens等。

表1 樣地基本情況Table 1 Basic situation of the sample plots

1.2 材料

2020年11月在不同林分的刺槐樣地中收集林下凋落物(當(dāng)年新鮮凋落的葉片和小枝，外表輪廓完整，可以辨認(rèn)出葉片和小枝的形態(tài)和質(zhì)地)，在每塊樣地隨機(jī)設(shè)立3個(gè)1 m×1 m的小樣方收集樣品，放入密封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，去除雜質(zhì)，自然風(fēng)干。供試種子為當(dāng)?shù)卮袒狈N子。

1.3 方法

1.3.1 浸提液制備 刺槐林下凋落物浸提液質(zhì)量濃度設(shè)置需考慮凋落物與降雨量比例[18]。根據(jù)調(diào)查，刺槐人工林凋落物的現(xiàn)存量為80～220 g·m?2，該地區(qū)年平均降水量為570 mm，換算得凋落物浸提液質(zhì)量濃度為1.0∶2.5～1.0∶10.0。將自然風(fēng)干的凋落物按質(zhì)量濃度1.0∶2.5加入適量蒸餾水，在180 r·min?1回旋式震蕩1 h，使用濾紙進(jìn)行過濾，得原液。考慮野外在非雨季時(shí)，凋落物處于干燥未被浸提的狀態(tài)[19]，將原液稀釋 2、4、8、16 倍，得 0.400、0.200、0.100、0.050、0.025 kg·L?1的浸提液，分別標(biāo)記為 C1～C5，將浸提液放入4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn) 種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)采用培養(yǎng)皿濾紙法。選取大小均勻一致、顆粒飽滿的刺槐種子，用質(zhì)量濃度為0.5%的高錳酸鉀溶液浸泡消毒2 h后，使用蒸餾水沖洗干凈，再用75～80 ℃的熱水至自然冷卻浸泡24 h，以破除種子硬實(shí)。發(fā)芽床由直徑9 cm的雙層定性濾紙和培養(yǎng)皿構(gòu)成。取5 mL不同處理的浸提液，加入培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿整齊均勻放置50粒處理后的刺槐種子，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，加入等量蒸餾水為對(duì)照(ck)。將培養(yǎng)皿放置于人工培養(yǎng)箱，設(shè)置光周期為16 h光/8 h暗，溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為80%。每天定量補(bǔ)充相應(yīng)處理浸提液使濾紙保持濕潤。

1.4 測(cè)定方法

種子置床當(dāng)天為第1天，之后每天同一時(shí)間觀察記錄發(fā)芽種子數(shù)，以胚根露出種皮1～2 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，大部分處理連續(xù)3 d無種子萌發(fā)時(shí)，結(jié)束發(fā)芽試驗(yàn)，記錄腐爛種子和硬實(shí)種子的數(shù)量。計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽速度指數(shù)、活力指數(shù)，并使用精度0.01 cm的游標(biāo)卡尺測(cè)量胚根長(zhǎng)和胚芽長(zhǎng)，用精度0.000 1 g的電子天平稱量每皿胚根和胚芽的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。發(fā)芽率=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；發(fā)芽勢(shì)=(日發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到最高峰/供試種子總數(shù))×100%；發(fā)芽速度指數(shù)I=2×(6x1+5x2+4x3+3x4+2x5+x6)[20]，x指每天發(fā)芽的種子數(shù)，解釋化感物質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽的延緩作用，高于對(duì)照表示促進(jìn)作用。活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×苗長(zhǎng)，其中，，種子活力指數(shù)是衡量種子發(fā)芽期長(zhǎng)短，胚是否健壯的重要指標(biāo)，其值越大，表示胚越健壯，生長(zhǎng)越好。

化感綜合效應(yīng)指數(shù)反映化感效應(yīng)的強(qiáng)弱，指同一處理下對(duì)同一受體各測(cè)試項(xiàng)目化感效應(yīng)指數(shù)的算術(shù)平均值。種子萌發(fā)化感綜合效應(yīng)指數(shù)指發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽速度指數(shù)、活力指數(shù)等指標(biāo)的化感效應(yīng)指數(shù)的平均值。胚生長(zhǎng)化感綜合效應(yīng)指數(shù)指胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、胚根鮮質(zhì)量、胚芽鮮質(zhì)量、胚根干質(zhì)量、胚芽干質(zhì)量等指標(biāo)的化感效應(yīng)指數(shù)的平均值。化感效應(yīng)指數(shù)(IR)[21]：IR=1?Ick/IT(IT≥Ick)；IR=IT/Ick?1(IT＜Ick)。其中，Ick為對(duì)照值，IT為凋落物浸提液的處理值。當(dāng)IR＞0時(shí)，表示促進(jìn)作用；當(dāng)IR＜0時(shí)，表示抑制作用。IR絕對(duì)值越大，化感效應(yīng)強(qiáng)度也越大。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本匯總和處理，用SPSS 23軟件進(jìn)行分析，采用方差分析和多重比較分析不同處理之間的差異性，各林分之間的多重比較結(jié)果是同一質(zhì)量濃度下多重比較的平均值。所有圖使用Origin 2017進(jìn)行繪制。數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林分和質(zhì)量濃度刺槐凋落物浸提液對(duì)刺槐種子萌發(fā)的影響

由圖1A可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐種子發(fā)芽率具有顯著差異(P＜0.05)，其中一代中齡林的凋落物浸提液處理下的刺槐種子發(fā)芽率最高，二代幼齡林發(fā)芽率最低。大多數(shù)林分不同質(zhì)量濃度浸提液處理下的發(fā)芽率之間無顯著差異。一代中齡林中，不同浸提液質(zhì)量濃度之間的發(fā)芽率有顯著差異(P＜0.05)，隨著浸提液質(zhì)量濃度的降低，其發(fā)芽率呈下降趨勢(shì)，與對(duì)照相比，C1、C2、C3處理對(duì)發(fā)芽率具有顯著促進(jìn)作用(P＜0.05)；二代幼齡林中，發(fā)芽率隨浸提液質(zhì)量濃度的降低呈先下降后上升的趨勢(shì)，C3對(duì)發(fā)芽率的抑制作用最強(qiáng)，發(fā)芽率與對(duì)照相比顯著減少了22.74%(P＜0.05)；三代幼齡林中，隨著浸提液質(zhì)量濃度的降低，發(fā)芽率呈上升趨勢(shì)，C1的發(fā)芽率與對(duì)照相比顯著降低了20.66%(P＜0.05)；三代成熟林中，C4的發(fā)芽率比C1、C2分別顯著下降9.95%、9.18%(P＜0.05)，隨著浸提液質(zhì)量濃度的下降，發(fā)芽率呈下降趨勢(shì)。

由圖1B可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐種子發(fā)芽勢(shì)具有顯著差異(P＜0.05)，其中一代中齡林的凋落物浸提液處理下的刺槐種子發(fā)芽勢(shì)最高，二代中齡林和三代中齡林其發(fā)芽勢(shì)最低。隨著凋落物質(zhì)量濃度的變化，一代中齡林、一代成熟林、二代成熟林的凋落物浸提液對(duì)發(fā)芽勢(shì)無顯著差異。一代幼齡林中，與C5比較，C4處理的發(fā)芽勢(shì)顯著下降了27.30%(P＜0.05)。二代幼齡林中，C3與對(duì)照組相比發(fā)芽勢(shì)顯著降低了35.27%(P＜0.05)，隨著質(zhì)量濃度的降低，其發(fā)芽勢(shì)呈先下降后上升趨勢(shì)。二代中齡林中，與對(duì)照組相比，C1、C4處理的發(fā)芽勢(shì)分別下降了44.36%、33.17%(P＜0.05)。三代幼齡林和三代中齡林下，其發(fā)芽勢(shì)呈高質(zhì)量濃度抑制作用，低質(zhì)量濃度抑制作用減弱趨勢(shì)，C1的發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照相比較均具有顯著差異(P＜0.05)。三代成熟林，與C4和對(duì)照相比，C1的發(fā)芽勢(shì)分別顯著下降了24.90%、25.64%(P＜0.05)，高質(zhì)量濃度抑制其發(fā)芽勢(shì)。

由圖1C可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐種子發(fā)芽速度指數(shù)具有顯著差異(P＜0.05)，其中一代中齡林和一代成熟林凋落物浸提液處理下的刺槐種子發(fā)芽速度指數(shù)最高，三代中齡林發(fā)芽速度指數(shù)最低。不同林分下的各質(zhì)量濃度凋落物浸提液對(duì)刺槐種子發(fā)芽速度指數(shù)無顯著差異，除了在三代幼齡林中的凋落物浸提液，與C5相比，C1的發(fā)芽速度指數(shù)顯著下降了27.60%(P＜0.05)，呈高質(zhì)量濃度抑制低質(zhì)量濃度促進(jìn)趨勢(shì)。

圖1 不同林分及不同質(zhì)量濃度刺槐凋落物浸提液對(duì)刺槐種子萌發(fā)的影響Figure 1 Effects of different forests and different concentrations of R.pseudoacacia litter extracts on their own seed germination

由圖1D可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐種子活力指數(shù)之間具有顯著差異(P＜0.05)。一代中齡林凋落物浸提液處理下的刺槐種子活力指數(shù)最高，二代幼齡林、二代中齡林、三代中齡林活力指數(shù)較低。部分林分下的各質(zhì)量濃度凋落物浸提液對(duì)刺槐種子活力指數(shù)之間具有顯著差異(P＜0.05)。在二代幼齡林中，C3處理下的種子活力指數(shù)呈最低值，較對(duì)照組的活力指數(shù)顯著下降了35.39%(P＜0.05)，隨著質(zhì)量濃度的降低，種子的活力指數(shù)呈先下降后上升趨勢(shì)。在二代中齡林中，與對(duì)照組相比，C1、C2、C5處理下的活力指數(shù)分別顯著下降了33.25%、26.18%、28.06%(P＜0.05)。在三代幼齡林中，與對(duì)照和C5處理相比，C1處理下的種子活力指數(shù)分別下降37.60%、38.54%(P＜0.05)，高質(zhì)量濃度抑制種子活力，低質(zhì)量濃度促進(jìn)種子活力。在三代中齡林中，與對(duì)照相比，C1、C2、C4處理下的種子活力分別顯著下降了33.22%、24.96%、23.38%(P＜0.05)。

2.2 不同林分和質(zhì)量濃度刺槐凋落物浸提液對(duì)刺槐胚生長(zhǎng)的影響

由圖2A可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐胚根長(zhǎng)具有顯著差異(P＜0.05)，三代成熟林凋落物浸提液處理下的刺槐胚根最長(zhǎng)，二代中齡林胚根長(zhǎng)達(dá)最低。除了三代成熟林，其他林分下各質(zhì)量濃度凋落物浸提液的刺槐胚根長(zhǎng)之間具有顯著差異(P＜0.05)，對(duì)照胚根顯著長(zhǎng)于其他質(zhì)量濃度處理下的胚根(P＜0.05)。大部分林分下，高質(zhì)量濃度對(duì)胚根長(zhǎng)的抑制作用較強(qiáng)，低質(zhì)量濃度對(duì)其抑制作用減弱。

由圖2B可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐胚芽長(zhǎng)具有顯著差異(P＜0.05)，三代成熟林凋落物浸提液處理下刺槐胚芽長(zhǎng)值最高，一代成熟林胚芽長(zhǎng)達(dá)最低。在一代成熟林中不同質(zhì)量濃度處理下的胚芽長(zhǎng)呈顯著差異(P＜0.05)，與對(duì)照相比，C2、C3、C4、C5處理下的胚芽長(zhǎng)分別顯著下降了19.88%、24.06%、14.51%、21.07%(P＜0.05)。在三代成熟林中，各質(zhì)量濃度凋落物浸提液處理下的胚芽長(zhǎng)顯著高于對(duì)照的胚芽長(zhǎng)(P＜0.05)。其他林分下不同質(zhì)量濃度之間處理下的胚芽長(zhǎng)沒有顯著差異。

由圖2C可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐胚根鮮質(zhì)量具有顯著差異(P＜0.05)，三代中齡林和三代成熟林凋落物浸提液處理下的胚根鮮質(zhì)量較高，一代成熟林和二代成熟林胚根鮮質(zhì)量較低。在所有的林分中，對(duì)照處理下的胚根鮮質(zhì)量顯著大于其他質(zhì)量濃度處理(P＜0.05)，大部分呈現(xiàn)高質(zhì)量濃度浸提液處理下對(duì)胚根鮮質(zhì)量的抑制作用較強(qiáng)，而低質(zhì)量濃度處理下對(duì)其抑制作用減弱。

圖2 不同林分及不同質(zhì)量濃度刺槐凋落物浸提液對(duì)刺槐胚生長(zhǎng)的影響Figure 2 Effect of different forestands and different concentrations of R.pseudoacacia litter extract on the growth of its own embryos

由圖2D可見：不同林分凋落物浸提液處理下刺槐胚芽鮮質(zhì)量之間具有顯著差異(P＜0.05)，一代中齡林凋落物浸提液處理下的胚芽鮮質(zhì)量最高，二代成熟林胚芽鮮質(zhì)量值最低。二代中齡林中，與對(duì)照相比，C4、C5處理下的胚芽鮮質(zhì)量分別顯著下降28.21%、28.39%(P＜0.05)；二代成熟林中，與對(duì)照相比，C1、C3處理下的胚芽鮮質(zhì)量分別顯著降低32.50%、37.23%(P＜0.05)；三代幼齡林中，C1、C3、C4處理下顯著抑制胚芽鮮質(zhì)量，其分別較對(duì)照降低了40.27%、30.78%、28.96%(P＜0.05)。三代中齡林中，與對(duì)照相比，C4處理下的胚芽鮮質(zhì)量顯著降低了24.46%(P＜0.05)。

由圖2E可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐胚根干質(zhì)量之間具有顯著差異(P＜0.05)，二代成熟林凋落物浸提液處理下的胚根干質(zhì)量最大，二代幼齡林、三代中齡林、三代成熟林胚根干質(zhì)量較小。絕大多數(shù)林分下凋落物浸提液處理下刺槐胚根干質(zhì)量之間沒有顯著差異，除了一代中齡林和三代幼齡林。在一代中齡林中，與C1相比，C4和對(duì)照的胚根干質(zhì)量分別顯著下降了32.31%、30.86%(P＜0.05)，高質(zhì)量濃度顯著促進(jìn)胚根干質(zhì)量。在三代幼齡林中，與C5相比，C1、C3、對(duì)照的胚根干質(zhì)量分別顯著下降了42.10%、26.82%、31.64%(P＜0.05)，低質(zhì)量濃度顯著促進(jìn)胚根干質(zhì)量。

由圖2F可見：不同林分凋落物浸提液處理下的刺槐胚芽干質(zhì)量之間具有顯著差異(P＜0.05)，一代中齡林凋落物浸提液處理下的胚芽干質(zhì)量最大，三代中齡林胚芽干質(zhì)量最小。大部分林分下不同質(zhì)量濃度凋落物浸提液處理下刺槐胚芽干質(zhì)量之間沒有顯著差異，除了三代幼齡林和三代中齡林。在三代幼齡林中，與C5相比，C1處理下的胚芽干質(zhì)量顯著下降了35.62%(P＜0.05)，高質(zhì)量濃度抑制胚芽干質(zhì)量，低質(zhì)量濃度促進(jìn)胚芽干質(zhì)量。在三代中齡林中，與C5和對(duì)照相比，C4處理下的胚芽干質(zhì)量顯著下降了 26.79%、28.98% (P＜0.05)。

2.3 不同林分凋落物浸提液對(duì)刺槐種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)的綜合分析

由圖3A可見：從4個(gè)種子萌發(fā)指標(biāo)的化感綜合效應(yīng)指數(shù)來看，大部分林分凋落物浸提液處理下的種子萌發(fā)受到抑制，只有在一代幼齡林C5，一代中齡林C1、C2、C3、C4，二代成熟林C3、C5處理下，表現(xiàn)出對(duì)種子萌發(fā)的促進(jìn)作用。綜合所有林分平均化感綜合效應(yīng)指數(shù)來看，各林分的抑制作用從大到小依次為三代中齡林、二代幼齡林、二代中齡林、三代幼齡林、三代成熟林、一代成熟林、一代幼齡林、二代成熟林、一代中齡林，其中一代中齡林凋落物浸提液對(duì)刺槐種子萌發(fā)表現(xiàn)為促進(jìn)作用，化感綜合效應(yīng)指數(shù)為0.063，而三代中齡林化感綜合效應(yīng)指數(shù)為?0.211。在二代和三代林下，隨著刺槐年齡的增加，其凋落物浸提液對(duì)刺槐種子萌發(fā)的抑制作用呈降低趨勢(shì)。一代林中，中齡林凋落物浸提液促進(jìn)種子萌發(fā)，幼齡林和成熟林其處理抑制種子萌發(fā)。在同一齡級(jí)下，隨著刺槐經(jīng)營世代的增加其凋落物浸提液對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用呈上升趨勢(shì)。

由圖3B可見：從6個(gè)胚生長(zhǎng)指標(biāo)的化感綜合效應(yīng)指數(shù)來看，凋落物浸提液處理下的胚生長(zhǎng)都被抑制生長(zhǎng)。綜合所有林分平均化感綜合效應(yīng)指數(shù)來看，各個(gè)林分的抑制作用從大到小依次為二代幼齡林、三代幼齡林、二代中齡林、三代中齡林、一代成熟林、二代成熟林、一代幼齡林、三代成熟林、一代中齡林，最強(qiáng)與最弱的抑制作用化感綜合效應(yīng)指數(shù)分別為?0.156和?0.032。在一代林下，凋落物浸提液的抑制作用從大到小依次為一代成熟林、一代幼齡林、一代中齡林。在二、三代林下，隨著刺槐人工林年齡的增加，其林下凋落物浸提液對(duì)刺槐胚生長(zhǎng)的抑制作用呈減弱趨勢(shì)。在幼齡林和中齡林下，一代林刺槐凋落物浸提液處理下對(duì)胚生長(zhǎng)的抑制作用最弱，二代林和三代林處理下對(duì)胚生長(zhǎng)的抑制作用相同。在成熟林中，隨著經(jīng)營的增加，凋落物浸提液對(duì)刺槐胚生長(zhǎng)的抑制作用呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

圖3 不同林分以及不同質(zhì)量濃度刺槐凋落物浸提液對(duì)種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)的化感綜合效應(yīng)Figure 3 Allelopathy of different forest types and different concentrations of R.pseudoacacia litter extracts on seed germination and embryo growth

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)：刺槐凋落物浸提液對(duì)刺槐自身種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)表現(xiàn)出一定的抑制作用，與已有研究[15?16]結(jié)論一致。刺槐凋落物浸提液對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用主要表現(xiàn)在降低種子發(fā)芽率、延長(zhǎng)種子發(fā)芽時(shí)間、降低種子活力，刺槐凋落物浸提液對(duì)胚根的抑制作用強(qiáng)于對(duì)胚芽的抑制作用，胚根對(duì)浸提液的敏感性強(qiáng)于胚芽。這與前人的研究結(jié)果一致[22?23]，這可能是胚根最先接觸和吸收化感物質(zhì)[24]，而當(dāng)胚根受到一定程度傷害時(shí)，水分和養(yǎng)分不能正常供給，胚芽才會(huì)表現(xiàn)出受害癥狀。已有研究[25?26]發(fā)現(xiàn)：化感物質(zhì)對(duì)胚根生長(zhǎng)的抑制作用導(dǎo)致植物根系表面積減小，吸水以及吸肥能力降低，因此導(dǎo)致胚根鮮質(zhì)量較小。本研究也發(fā)現(xiàn)：對(duì)照的胚根鮮質(zhì)量均大于刺槐凋落物浸提液處理的胚根鮮質(zhì)量。刺槐凋落物浸提液對(duì)胚芽的抑制作用，也表現(xiàn)在鮮質(zhì)量較小，這是由于根部受到損害，水分和養(yǎng)分不能正常供給時(shí)，地上部分表現(xiàn)出一定的癥狀[27]。刺槐凋落物浸提液對(duì)胚根和胚芽干質(zhì)量的影響，可能由于影響葉綠素功能，造成胚的呼吸作用和光合作用的不平衡，導(dǎo)致生物量的積累或者消耗[28]。

同一物種在不同的生長(zhǎng)時(shí)期會(huì)表現(xiàn)不同的化感潛力[29]。本研究表明：在二代林和三代林中，隨著林齡的增加，刺槐凋落物浸提液對(duì)種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)表現(xiàn)出自毒作用減弱趨勢(shì)，對(duì)毛白楊Populus tomemtosa[26]、對(duì)苜蓿Medicago sativa作用[30]的研究也得出一樣的結(jié)論。陳淑芳[31]研究表明植物化感作用的強(qiáng)弱與植物自身的狀況以及生存策略有關(guān)。刺槐為速生樹種，當(dāng)在幼齡林時(shí)期植物生長(zhǎng)旺盛，其次植物種群之間的競(jìng)爭(zhēng)也較為激烈，會(huì)分泌較多的化感物質(zhì)，因而刺槐凋落物浸提液對(duì)刺槐自身化感抑制作用較強(qiáng)，而隨著刺槐林齡的增加，個(gè)體生長(zhǎng)趨于穩(wěn)定，樹木進(jìn)入成熟期，為繼續(xù)繁衍后代個(gè)體會(huì)產(chǎn)生較少的化感物質(zhì)，其化感作用減弱。本研究發(fā)現(xiàn)：在一代林中，中齡林刺槐凋落物浸提液對(duì)種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，對(duì)胚生長(zhǎng)的抑制作用最小，這可能與環(huán)境因子有關(guān)[31?32]。環(huán)境因子會(huì)影響化感物質(zhì)種類和數(shù)量的產(chǎn)生[33]，在適宜的環(huán)境下，植物之間生存競(jìng)爭(zhēng)小，向外界釋放的化感物質(zhì)較少，化感作用強(qiáng)度相對(duì)較弱[25]。本研究表明：在幼齡林和中齡林時(shí)，刺槐凋落物浸提液對(duì)自身種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)的抑制作用隨著經(jīng)營世代的增加而增加；在成熟林時(shí)，隨著經(jīng)營世代的增加，刺槐凋落物浸提液對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用呈上升趨勢(shì)，對(duì)胚生長(zhǎng)的抑制作用呈下降趨勢(shì)，說明連栽刺槐會(huì)產(chǎn)生自毒作用。植物的化感物質(zhì)濃度會(huì)隨著種植密度的增加而增加[34]。前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)隨著刺槐林經(jīng)營世代的增加，其密度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此刺槐的自毒作用增強(qiáng)。其次，隨著經(jīng)營世代增加，刺槐繁殖方式由實(shí)生繁殖轉(zhuǎn)變?yōu)闊o性繁殖，刺槐產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)的數(shù)量和種類發(fā)生一定的變化，并且部分代謝產(chǎn)物會(huì)通過各種方式累積下來。次生代謝產(chǎn)物不斷增加，抑制作用也就加強(qiáng)[35]。此外，凋落物水淋溶的化感物質(zhì)還受到微生物的作用，微生物影響化感物質(zhì)的數(shù)量以及種類。有研究表明：二、三代刺槐人工林的微生物含量以及多樣性大于一代林，微生物含量以及多樣性增加會(huì)產(chǎn)生更多的化感物質(zhì)[20]，因此對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制作用增強(qiáng)。

本研究發(fā)現(xiàn)：刺槐人工林下凋落物浸提液的化感作用具有質(zhì)量濃度效應(yīng)，部分林分表現(xiàn)出隨著質(zhì)量濃度的增加，其抑制作用呈增加趨勢(shì)，這種抑制作用的質(zhì)量濃度效應(yīng)與趙利等[36]的研究結(jié)果一致。這是由于化感物質(zhì)影響植物自身對(duì)水分的吸收，質(zhì)量濃度越高，植物水勢(shì)就越低，水分脅迫就越嚴(yán)重，最終導(dǎo)致種子萌發(fā)延遲，胚生長(zhǎng)也受到抑制[25]。其次，一些化感物質(zhì)在高質(zhì)量濃度會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用[27]，高質(zhì)量濃度下由于受到脅迫，植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)或者細(xì)胞功能遭到破壞[28]，抑制種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)：一些林分下種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)的指標(biāo)其抑制作用并沒有隨著浸提液稀釋質(zhì)量濃度的變化而變化，這可能是化感作用和資源限制之間相互抵消[18]。部分林分下種子萌發(fā)和胚生長(zhǎng)指標(biāo)在高質(zhì)量濃度、中質(zhì)量濃度表現(xiàn)促進(jìn)作用，可能由于凋落物浸提液中含有植物生長(zhǎng)需要的有機(jī)物質(zhì)和營養(yǎng)元素[9]，營養(yǎng)成分對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用大于化感物質(zhì)的抑制作用[37]，也可能由于化感物質(zhì)的復(fù)合效應(yīng)[38]，高質(zhì)量濃度浸提液中同時(shí)含有對(duì)自身生長(zhǎng)促進(jìn)和抑制的化感物質(zhì)，只是促進(jìn)作用大于抑制作用。