管國偉,廖周瑜,陳 鵬2,王邵軍,丁重飛,韋 暢

(1.西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650224；2.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院，昆明 650201)

云南松(Pinusyunnanensis)我國西南地區(qū)特有的樹種，具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗旱能力強(qiáng)、耐干旱瘠薄、木材用途廣等特點(diǎn)，是荒山造林的先鋒樹種[1]和云南省主要用材樹種，在云南的林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要的地位[1,2]。然而，近年來調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在云南松天然林內(nèi)及人工林林分里，林冠下幼苗、幼樹極為少見，天然更新困難[3,4]。已有研究表明，云南松凋落葉的種類及厚度是引起云南松天然更新困難的因素之一[5]?；凶远咀饔檬侵钢参镝尫诺幕瘜W(xué)物質(zhì)抑制同種植物生長發(fā)育的現(xiàn)象[6,7]，其凋落葉是否釋放化感自毒物質(zhì)來影響種子的萌發(fā)和幼苗的生長，進(jìn)而影響云南松的天然更新困難，這方面的研究尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

森林天然更新是林木依靠種子繁殖對幼樹進(jìn)行補(bǔ)充的一個(gè)自然再生過程[8,9]，而種子萌發(fā)和早期成苗階段是植物生長最重要、最關(guān)鍵的2個(gè)階段，也是對環(huán)境因素最敏感的階段[10,11]。因此，本研究以云南松種子為受體，采用生物檢測方法，對云南松凋落葉水浸提液及乙醇浸提液的化感自毒作用進(jìn)行了研究，探討云南松林天然更新困難成因，為云南松天然林的更新管理提供一定科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 云南松凋落葉浸提液制備

在昆明呼馬山公園云南松林內(nèi)，采集完整及無病斑的新鮮云南松凋落葉，帶回實(shí)驗(yàn)室，洗凈，室溫下風(fēng)干。稱取風(fēng)干后的云南松凋落葉，剪碎后置入三角瓶內(nèi)，按照質(zhì)量∶體積比為1∶10的比例，一瓶加入去離子水(浸提水溶性化感物質(zhì))，一瓶加入無水乙醇(浸提脂溶性化感物質(zhì))，并置于暗處在室溫下浸提48 h 后，用2層定性濾紙過濾，得濃度為0.1 g·mL-1的浸提液，分別取部分0.1 g·mL-1的浸提液用對應(yīng)的去離子水或無水乙醇稀釋成濃度為0.05 g·mL-1、0.005 g·mL-1的浸提液，備用。

1.2 生測試驗(yàn)

選取完整飽滿且大小均一的云南松種子(種子購自云南省林木種苗總站)并清洗干凈，用過氧化氫消毒30 min后再次用清洗干凈，晾干備用。

吸取上述制備的各濃度水浸提液5 mL，加入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿(Φ9 cm)中，以加入5 mL去離子水為水浸提液處理的對照，記作ck 1；各濃度無水乙醇浸提液加入5 mL至培養(yǎng)皿后，每皿再加入去離子水5 mL，以只加入無水乙醇5 mL，作乙醇揮發(fā)完全后國入5 mL去離子水作為乙醇浸提液處理的對照，記作ck 2 。在各培養(yǎng)皿中均勻放置20粒上述已消毒晾干的云南松種子，置入人工氣候箱，設(shè)置光照14 h，溫度為25 ℃;黑暗10 h，溫度為20 ℃，濕度75%條件下進(jìn)行培養(yǎng)；各浸提液濃度處理(包括相應(yīng)的對照)設(shè)置5個(gè)重復(fù)。逐天統(tǒng)計(jì)各培養(yǎng)皿云南松發(fā)芽數(shù)(以露白為準(zhǔn))，直至不再發(fā)芽為止，測定種子幼苗根長及莖長。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析方法

1.3.1種子的萌發(fā)率(GR)、發(fā)芽指數(shù)(GI)

GR=(萌發(fā)種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

GI=∑(Gt/Dt)(式中，Gt為t時(shí)間內(nèi)發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))

1.3.2化感效應(yīng)指數(shù)(RI)以及綜合化感效應(yīng)指數(shù)(SEI)

化感效應(yīng)指數(shù)(RI)采用Williamson[12]的方法：

RI=1-C/T(當(dāng)T≥C時(shí))或RI=T/C-1 (當(dāng)T

式中：C為對照值，T為處理值。當(dāng)RI>0時(shí)，表示促進(jìn)作用；當(dāng)RI<0時(shí)，表示抑制作用[13]。RI絕對值的大小代表化感效應(yīng)的不同強(qiáng)度大小。綜合化感效應(yīng)指數(shù)(SEI)根據(jù)上述幾個(gè)測試項(xiàng)目RI值的和的均值來進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行評價(jià)。

所測得的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因數(shù)方差分析，Duncan法檢驗(yàn)各處理間的差異顯著性[14]，用Excel 2018軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 云南松凋落葉浸提液對云南松種子萌發(fā)的影響

不同濃度凋落葉水浸提液處理下，云南松種子的萌發(fā)率與對照相比，沒有顯著性的差異，萌發(fā)率均在82%以上；而不同濃度乙醇浸提處理時(shí)云南松種子萌發(fā)率雖均在80%以上，但不同濃度處理間則發(fā)生明顯差異，但無論何種浸提液處理，萌發(fā)率變化的趨勢大致是在低濃度(0.005 g·mL-1)處理時(shí)起促進(jìn)萌發(fā)，萌發(fā)率增加，而高濃度(0.1 g·mL-1)處理時(shí)卻抑制萌發(fā)，萌發(fā)率降低(表1)。

表1 云南松凋落物水及乙醇浸提液對其種子萌發(fā)的影響

注：表中同列不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的差異顯著性。表中的數(shù)值為平均值正負(fù)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

不同濃度水浸提液處理下，發(fā)芽指數(shù)雖無顯著性的變化，但隨浸提液濃度的增加而增加；而在不同濃度乙醇浸提液處理下，發(fā)芽指數(shù)均較對照有所降低，并隨抑制濃度的增加而降低(表1)。

水及乙醇不同溶性的浸提液，對云南松種子萌發(fā)產(chǎn)生的效應(yīng)不同，總體上，乙醇(脂溶性)化感物質(zhì)浸提液對云南松的種子萌發(fā)表現(xiàn)出更強(qiáng)的抑制效應(yīng)。

2.2 凋落葉浸提液對云南松幼苗生長的影響

不同濃度凋落葉水浸提液處理下，與對照(2.28 cm)相比，云南松幼苗根的生長均受到不同程度的抑制,根長介于0.96～1.24 cm之間，比對照下降了45.61%～57.89%，隨浸提液濃度的升高，抑制作用先增強(qiáng)后又有所降低。乙醇浸提液處理下，云南松幼苗根的生長均較對照(0.95 cm)受到不同程度的抑制,根長介于0.35～0.83 cm之間，并隨浸提液濃度的升高根長逐漸降低(圖1 A)。

云南松幼苗莖在不同濃度水浸提液處理下幼苗莖的生長僅在浸提液濃度為0.05 g·mL-1時(shí)與對照(ck 1)相比表現(xiàn)為輕微抑制作用外，其他濃度處理下則表現(xiàn)為輕微促進(jìn)作用，但相差不顯著；而不同濃度乙醇浸提液處理下，與對照(ck 2)相比,幼苗莖的生長均呈現(xiàn)出抑制效應(yīng)的現(xiàn)象，隨浸提液濃度的增加、抑制效應(yīng)逐漸加強(qiáng)，從3.24 cm(0.005 g·mL-1)下降到2.28 cm(0.1 g·mL-1)(圖1 B)。

注：圖中同類柱狀圖上不同小寫字母表示各處理在0.05水平上的差異顯著性。圖1 凋落葉浸提液對云南松幼苗生長的影響

表2 云南松凋落葉浸提液對其種子萌發(fā)及幼苗生長的化感效應(yīng)

總體上，水和乙醇提液對云南松幼苗生長大致均表現(xiàn)出不同程度的抑制效應(yīng)，而乙醇浸提液的抑制效應(yīng)更強(qiáng)些。

2.3 云南松凋落葉浸提液的綜合化感效應(yīng)

云南松凋落葉乙醇浸提液的化感作用規(guī)律性較強(qiáng)，呈現(xiàn)出“低促高抑”的規(guī)律，隨浸提液濃度的升高，化感抑制作用逐漸增強(qiáng)；除在乙醇浸提液濃度為0.005 g·mL-1處理時(shí)對種子萌發(fā)表現(xiàn)為輕微促進(jìn)作用外(RI=0.07)，其他各指標(biāo)RI值均為負(fù)值(-0.06～-0.55)，均表現(xiàn)為化感抑制作用(表2)。

云南松凋落葉水浸提液的化感作用規(guī)律性較差，未表現(xiàn)“低促高抑”現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)高濃度促進(jìn)而低濃度抑制現(xiàn)象，如水浸提液處理下莖長的RI0.1=0.06，而RI0.005=-0.01，發(fā)芽指數(shù)的RI0.1=0.01，而RI0.005=-0.25，這些可能與化感物質(zhì)作用的復(fù)雜性有關(guān)?？傮w上，水浸提液濃度為0.05 g·mL-1處理時(shí)的化感抑制作用較強(qiáng)(表2)。

從綜合化感效應(yīng)指數(shù)(SEI)來看，水和乙醇浸提液處理對云南松種子萌發(fā)及幼苗生長均表現(xiàn)出化感抑制作用；水浸提液在濃度為0.05 g·mL-1處理時(shí)的綜合化感抑制強(qiáng)度最大，SEI=-0.19；而乙醇浸提液處理時(shí)，SEI值均為負(fù)數(shù)，表現(xiàn)出化感抑制效應(yīng)，并隨浸提液濃度的升高，其綜合化感抑制效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，SEI值的絕對值逐漸增大(表2)。

在浸提液濃度很低(0.005 g·mL-1)時(shí)，水及乙醇浸提液處理下SEI值均呈負(fù)值，說明云南松凋落葉浸提液具有較強(qiáng)的化感自毒作用，而化感自毒作用抑制了云南松種子的萌發(fā)和幼苗的生長，這也是導(dǎo)致云南松天然林更新障礙的成因之一。

3 結(jié)論與討論

森林更新是林業(yè)再生產(chǎn)的根本保證，是森林永續(xù)利用的基礎(chǔ)，天然更新則是森林的主要更新方式。種子萌發(fā)和幼苗生長是植物生活史的重要階段，是其天然更新的關(guān)鍵，而植物化感自毒作用引起種子萌發(fā)和幼苗生長受到化感抑制作用，從而導(dǎo)致植物的天然更新障礙、生存力的下降和連作障礙。已有研究證實(shí)杉木的化感自毒作用是導(dǎo)致杉木林地力衰退，生產(chǎn)力下降及連栽障礙的重要原因之一[13-16]。

本研究結(jié)果表明，云南松凋落葉乙醇浸提液處理對其種子的萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)、根長及莖長等指標(biāo)均表現(xiàn)出低濃度處理時(shí)為化感促進(jìn)(RI>0)或輕微化感抑制作用、高濃度則表現(xiàn)為化感抑制作用(RI<0)的濃度效應(yīng)規(guī)律，化感抑制作用強(qiáng)度隨浸提液濃度的不斷升高而逐漸增強(qiáng)；凋落葉水浸提液的化感作用的濃度效應(yīng)規(guī)律不明顯，低濃度(0.005 g·mL-1)處理時(shí)，其發(fā)芽指數(shù)、根長及莖長呈現(xiàn)出化感抑制作用，而高濃度(0.1 g·mL-1)處理下對莖長卻表現(xiàn)出化感促進(jìn)作用，說明水浸提液對種子萌發(fā)及幼苗生長的化感作用比較復(fù)雜。

云南松凋落葉浸提液對其種子萌發(fā)及幼苗的生長的綜合表現(xiàn)均為化感抑制作用。不同濃度的水和乙醇浸提液處理下，綜合化感效應(yīng)指數(shù)(SEI)均為負(fù)值，表明云南松凋落葉具有較強(qiáng)的化感自毒作用。

云南松林的天然更新主要依靠其種子的自然再生補(bǔ)充，而種子萌發(fā)和幼苗生長是云南松林自然再生更新的基礎(chǔ)[4]。云南松凋落葉中不僅含有各種化感物質(zhì)，也有植物生長所需要的養(yǎng)分物質(zhì)，故在凋落葉中化感物質(zhì)釋放初期，濃度較低，對云南松種子的萌發(fā)和幼苗生長可能起到促進(jìn)作用或不明顯的抑制作用[17]；在后期，凋落葉化感物質(zhì)釋放增多，濃度增大，對種子的萌發(fā)和生長的化感抑制作用顯現(xiàn)出來，呈現(xiàn)出化感自毒現(xiàn)象，進(jìn)而阻礙了云南松林的天然更新，這也是云南松天然更新障礙的重要成因之一。有關(guān)云南松的化感自毒作用的機(jī)制及效應(yīng)，還需要進(jìn)一步深入研究。