肖可菁 冼麗鏵 鮑海泳 陳紅躍

（華南農(nóng)業(yè)大學 林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642）

所有的生命有機體都有自發(fā)的超微弱發(fā)光（Ultra Weak Luminescence, UWL）。UWL 是生物系統(tǒng)中自發(fā)輻射的一種極弱的準連續(xù)光子輻射，這種光子輻射通常極其微弱，強度一般為100～103 hv/（s·cm2），射光譜覆蓋從近紅外、可見光到紫外線的相對較寬的光譜范圍[1-3]。超微弱發(fā)光指標不僅可以反映植物的生長狀況，也可表征植物的抗逆性，可作為植物生理生長的特性指標[4-6]。

荷木Schima superba、紅錐Castanopsis hystrix、黧蒴Castanopsis fissa、楓香Liquidambar formosana和假蘋婆Sterculia lanceolata 等樹種是中國華南地區(qū)馬尾松林分改造常用鄉(xiāng)土樹種，本研究在模擬馬尾松Pinus massoniana 林地中混種上述5 種試驗樹種，并對馬尾松與各樹種的超微弱發(fā)光特征指標進行跟蹤監(jiān)測與分析，探討不同混種模式下各樹種相關生理活動與代謝活動的變化特點與適生機制，分析了各混種模式下樹種的生長特點，歸納了馬尾松林地內適生鄉(xiāng)土樹種，為華南地區(qū)馬尾松人工林林分改造與生態(tài)公益林建設提供可靠的參考與依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗地設在廣州市華南農(nóng)業(yè)大學林學與風景園林學院8 樓天臺，位于北緯23°09′，東經(jīng)113°21′，全年平均氣溫為21.9 °C，平均相對濕度77 %，年均降雨量1 899.8 mm，集中在4—9 月，屬亞熱帶季風氣候。試驗地環(huán)境熱量資源豐富，光照充足，太陽年輻射熱量106.7 k cal·cm-2，年平均日照時數(shù)1 906 h，日照率43%，有利于苗木生長。

2 材料與設計

2.1 試驗材料

試驗樹種為馬尾松、紅錐、黧蒴、楓香、荷木和假蘋婆。試驗前進行初步篩選，選擇冠幅、地徑、苗高及長勢相近的苗木，其苗高約為30 cm。

2.2 試驗設計

苗木采用75 cm×30 cm×35 cm 種植盆，土壤為普通黃心土與沙質土1:1 混合，適量添加腐殖土。試驗設對照組（CK），單混種組試驗（B）與雙混種組試驗（C），試驗設計如表1。每盆苗以矩陣排列，每半月移動一次種植盆擺放位置，避免邊緣效應對試驗的影響。每個月施肥一次，NPK 復合肥，及時清除種植盆中雜草。每盆種植12 株，每行6 株，分2 行種植，樹種依次交叉混交，每種試驗重復3 次，共63盆，試驗時間持續(xù)9 個月。

表1 試驗設計與處理Table1 Experiment design and treatment

2.3 指標測定

隨機選擇長勢相近且具有代表性的新鮮成熟葉片為材料，統(tǒng)一稱取0.15 g，經(jīng)過5 min 暗處理后放入BPCL 型超微弱發(fā)光測量儀樣品室，測定樣品的自發(fā)發(fā)光值；在光強為1 000～1 500 Lx 熒光燈下光照5 min 后，將葉片放入BPCL 型超微弱發(fā)光測量儀樣品室，儀器自動開始延遲發(fā)光的測定。每次測量持續(xù)時間為60 s，每間隔1 s 采集1 次數(shù)據(jù)。工作電壓1 000 V，維持室溫25 ℃，在暗室中進行試驗。測量前后各測一次本底，每個處理做3 個重復，取平均值作為結果。

2.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)應用Microsoft Excel 2007 和SPSS 19.0 軟件進行單因素方差分析以及鄧肯多重檢驗分析。

延遲發(fā)光的DL 曲線[7-8]如式1。

式中I0為初始發(fā)光值，β 為衰減系數(shù)，τ 為相干時間。I0、β 和τ 都是衡量樹種生長的正相關指標。

3 結果與分析

各樹種生物超微弱發(fā)光（Biological ultra weak photon emission, BPE 值）（I）、初始發(fā)光值（I0）、衰減系數(shù)（β）和相干時間（τ）數(shù)值如表2 所示。

3.1 樹種自發(fā)光比較

超微弱發(fā)光特征指標分為自發(fā)光和延長發(fā)光兩部分。綜合比較各樹種BPE 值，總體變化趨勢是單混種組（B）與對照組（CK）相比變化并不顯著（P ＞0.05），BPE 值略有升高甚至小幅下降，雙混種組（C）則有顯著升高（P ＜0.05），除雙混種組（C）假蘋婆的BPE 值增加不明顯，C10 組還略有下降外，總體BPE 值表現(xiàn)為C 組＞B 組＞CK 組。這說明雙混種試驗各樹種間的相互作用對馬尾松BPE 值的影響要比單混種樹種的影響大，馬尾松BPE 值明顯受到各試驗樹種的影響。綜合各試驗組分析，C1 試驗組（馬尾松+黧蒴+楓香）中3 種樹種的BPE 值都有顯著升高，由此可知，此3 種樹種混交時能相互促進。

3.2 樹種延遲發(fā)光比較

3.2.1 DL 曲線特征指標I0比較 綜合比較各樹種特征指標I0，與對照組（CK）相比，單混種組（B）的假蘋婆I0值出現(xiàn)了小幅下降，低至10 892.64。除荷木雙混種組（C）的值與對照組（CK）相比有顯著提高外，雙混種組（C）的值僅有極小程度的升高，差異并不顯著。說明馬尾松與假蘋婆混交時，馬尾松對假蘋婆的代謝活動有所抑制，而馬尾松與楓香混種對荷木的代謝活動有所促進。

3.2.2 DL 曲線特征指標τ 比較 綜合比較各樹種τ 值，單混種組（B）與對照組（CK）相比升幅不大甚至假蘋婆單混種組（B）有小幅下降，說明馬尾松對這五種樹種τ 值變化影響有限，尤其是對假蘋婆的生命活動的有序運行有抑制作用。雙混種組（C）較對照組（CK）除紅錐有明顯升高外其余樹種均無明顯變化，由此可知，馬尾松與楓香混種對紅錐的系統(tǒng)內部聯(lián)系以及生命活動有序性有促進作用。各試驗組馬尾松τ 值變化不大，馬尾松受其他樹種影響不明顯。綜合比較τ 值表現(xiàn)為C 組＞B 組＞CK 組。

3.2.3 DL 曲線特征指標β 比較 綜合比較各樹種β 值，總體變化趨勢與其他超微弱發(fā)光特征指標有所不同。特別是黧蒴，其β 值在混種試驗中低于對照組，表現(xiàn)為CK 組＞C 組＞B 組。說明馬尾松與荷木、紅錐、假蘋婆分別混交時都對黧蒴內部組分間的相互聯(lián)系有抑制作用，但在馬尾松與楓香混交中，黧蒴的β 值卻有所上升。

3.3 超微弱發(fā)光指標的聚類分析

為綜合分析評價各樹種在不同處理中（含對照）的超微弱發(fā)光指標，對各樹種的超微弱發(fā)光指標進行聚類分析，結果如圖1～6 所示。

馬尾松可分為3 類：第一類為雙混種組（C）的混種組合C2～C10，第二類為單混種組（B）的混種組合B4 與雙混種組（C）的混種組合C1。第三類為單混種組（B）的混種組合B1、B2、B3、B5與對照組（CK）。

荷木可分為3 類：第一類為雙混種組（C）的混種組合C2、C5 以及C8，第二類為雙混種組（C）的C9，第三類為單混種組（B）和對照組（CK）。

圖1 馬尾松超微弱發(fā)光指標聚類分析Fig.1 Cluster analysis diagram of ultra-weak luminescence index of Pinus massoniana

表2 各樹種超微弱發(fā)光特征參量Table 2 Ultra weak photon emission characteristic parameters of each species

紅錐可分為兩類：第一類為雙混種組（C）的混種組合C3、C6、C8 以及C10，第二類為單混種組（B）和對照組（CK）。

黧蒴可分為3 類：第一類為雙混種組（C）的混種組合C2、C3 以及C4，第二類為雙混種組（C）的混種組合C1，第三類為單混種組（B）和對照組（CK）。

楓香可分為3 類：第一類為雙混種組（C）的混種組合C1、C5 以及C6，第二類為雙混種組（C）的混種組合C7 和單混種組（B），第三類為對照組（CK）。

假蘋婆可分為3 類：第一類為雙混種組（C）的混種組合C10，第二類為雙混種組（C）的混種組合C4、C7 以及C9，第三類為單混種組（B）和對照組(CK）。

綜合各樹種超微弱發(fā)光指標可以發(fā)現(xiàn)，各樹種指標數(shù)值基本表現(xiàn)為雙混種組（C）優(yōu)于單混種組（B），優(yōu)于對照組（CK）。

馬尾松+黧蒴+荷木、馬尾松+楓香+荷木、馬尾松+紅錐+荷木、馬尾松+紅錐+黧蒴以及馬尾松+紅錐+楓香等5 種混種組合超微弱發(fā)光強度較高，樹種內部相互聯(lián)系緊密，抗逆性強。

圖 2 5 種鄉(xiāng)土樹種的超微弱發(fā)光指標聚類分析Fig.2 Cluster analysis diagram of ultra-weak luminescence index of 5 native species

4 討論與結論

自發(fā)光與細胞代謝氧化過程密切相關，延遲發(fā)光則代表了生物生命活動強度內部相互聯(lián)系緊密程度[9-11]。一般認為，BPE 與生物體的氧化代謝活動密切相關，其強弱與生物體內氧化還原代謝過程中產(chǎn)生的活性氧代謝有關，BPE 值越大，表示植物體內活性氧含量越高，代謝活動越旺盛[12]；I0表示初始光量子，I0的大小代表生物總體的新陳代謝活動強度，初始光量子值越大，代謝活動越旺盛，相干時間τ 代表著系統(tǒng)內部關聯(lián)性的強弱與系統(tǒng)的有序性，在生物發(fā)光中可以作為生命活動有序性的度量，衰減系數(shù)是影響弛豫速率的重要參數(shù)，可以用來表征生物內部各組分間相互作用的大小[13]。β 值越大，DL 曲線衰減越慢，生物內部個組分相互作用越大，相互聯(lián)系越緊密。由各樹種的具體超微弱發(fā)光特征數(shù)值及鄧肯分析結果可知，各樹種普遍存在超微弱發(fā)光特征值由對照組至單混種組，至雙混種組依次增大的規(guī)律，這說明各樹種混種，混種程度的增大會對植物的生長帶來正面效應?；旆N可以有效增強各樹種生理生長活動。對于馬尾松，混種使其BPE 有顯著提高，其他幾項指標受影響不大，其中，雙混種組中馬尾松的指標變化更明顯，說明混種試驗對馬尾松的代謝活動產(chǎn)生了較大影響。由此表明，馬尾松與其他樹種混交時，植物細胞代謝氧化過程有明顯提高，代謝旺盛，尤其是在雙混種實驗中。而對植物生命活動強度以及內部聯(lián)系的緊密程度無太大影響。

綜合各項研究指標，試驗結果證明各樹種混種其超微弱發(fā)光會有不同程度提高。馬尾松+黧蒴+楓香組合超微弱發(fā)光最高，是馬尾松純林林分改造的理想樹種搭配選擇，馬尾松與楓香的混交組合與其他3種樹種混交都有促進作用，而馬尾松與假蘋婆混交卻對假蘋婆有抑制作用，對此情況可能的解釋是馬尾松對假蘋婆有抑制作用，而楓香對假蘋婆有促進作用且楓香的促進作用大于馬尾松的抑制作用。試驗僅對單混種與雙混種情況進行了監(jiān)測分析，隨著混種樹種種類的增加，與各樹種的生理活動相關的各項監(jiān)測有待開展進一步的試驗研究。