鄭崇蘭，龍 麗，黃 慶，李 培，李志超，祝銘謙，巫玲琳，劉永安*

（1.涼山彝族自治州林業(yè)草原科學(xué)研究院，四川西昌 615000；2.涼山彝族自治州張林國(guó)有林場(chǎng)，四川西昌 615000）

植物化感作用是指植物通過(guò)向外界環(huán)境中釋放有效的化合物，對(duì)自身和相鄰的其他植物（包括微生物）產(chǎn)生的促進(jìn)或抑制作用[1]。泡核桃（Juglans sigillataDode）廣泛分布于我國(guó)西南地區(qū)，是分布區(qū)重要的果用、油料、材用和綠化的經(jīng)濟(jì)林樹種，被許多地區(qū)列入經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)開(kāi)發(fā)。開(kāi)展泡核桃林下種植可充分利用土地資源，但已有研究表明核桃葉片中含有大量的醌類、黃酮類、二芳基庚烷類、萜類、多酚類等化感物質(zhì)[2-3]，林下凋落葉勢(shì)必對(duì)林地環(huán)境及林下植物產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)，核桃凋落葉在土壤中分解，顯著抑制蘿卜、白菜、芥菜葉片中的葉綠素合成、降低三種作物的光合能力[4]，且抑制作用隨著凋落葉添加量的增加而增強(qiáng)[5]。而將核桃凋落葉化感作用耐受性強(qiáng)的植物用于開(kāi)展林下套作，能有效提高土地利用率[5]。有研究表明生菜對(duì)麻風(fēng)樹葉子、種子殼的水浸提液[6]及橡膠葉水浸提液[7]的化感作用較不敏感，受銀杏凋落葉[8]和銀杏外種皮[9]的化感抑制作用卻很顯著。

本研究以生菜（Spinaciao leracea）為受體植物，采用盆栽試驗(yàn)，向土壤中添加不同量的泡核桃凋落葉，模擬泡核桃凋落葉自然分解，探討泡核桃凋落葉對(duì)生菜光合作用的影響，為泡核桃林下種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采用四川省涼山州木里縣15 年生泡核桃人工林中采集的新鮮凋落葉，粉碎后，混合均勻，備用。

選擇大小均勻、飽滿的生菜種子，播種前用0.5%K2MnO4溶液消毒20 min，用蒸溜水沖洗5 次，備用。

栽種土壤選擇芬蘭進(jìn)口泥炭土，基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。栽種器具選用上口徑24 cm、下口徑17 cm、高14 cm的聚乙烯塑料盆。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Physico-chemical properties of the soil samples

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2021 年5—9 月在涼山州林業(yè)草原科學(xué)研究院塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)采取單因素隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，人工泡核桃林每年平均凋落葉量約為8 000 kg/hm2，按盆口徑22 cm 折合量為30 g/盆，故本試驗(yàn)設(shè)置凋落葉添加量分別為T15（15 g/ 盆，約4 000 kg/hm2）、T30（30 g/ 盆，約8 000 kg/hm2）以 及T60（60 g/盆，約16 000 kg/hm2）3 個(gè)處理組，以不添加凋落葉為對(duì)照組。每個(gè)組設(shè)置10 個(gè)重復(fù)，共計(jì)40 盆。

按處理要求，將定量的凋落葉與試驗(yàn)用土充分混勻后澆透水，1 d 后播種生菜。播種時(shí)覆蓋0.5 cm 試驗(yàn)用土，澆透水以便種子發(fā)芽。各處理全部出苗后10 d 進(jìn)行間苗，然后實(shí)施常規(guī)田間管理。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

葉片光合生理指標(biāo)采用便攜式光合作用儀（ADClci-t，英國(guó)）測(cè)定，光合儀選擇開(kāi)放氣路，人工設(shè)置光照強(qiáng)度為1 000 μmol/(m2·s)，選取莖中部完全成熟的葉片測(cè)定葉片凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、蒸騰速 率（transpiration rate，Tr）、氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，Gs）和胞間CO2濃度（intercellular CO2concentration，Ci），每個(gè)處理重復(fù)測(cè)定3 次，每次重復(fù)記錄5 個(gè)數(shù)據(jù)。日進(jìn)程于8：00—18：00 進(jìn)行測(cè)定，光合生理特征參數(shù)在上午9：00—11：00 進(jìn)行測(cè)定。

1.4 計(jì)算方法

化感作用效應(yīng)敏感指數(shù)簡(jiǎn)稱化感指數(shù)（RI），計(jì)算公式如式（1）（2）所示。

式中，C為對(duì)照CK 光合參數(shù)測(cè)定值，T為處理T15、T30、T60 光合參數(shù)測(cè)定值。

葉片水分利用效率（WUE）計(jì)算公式如式（3）所示。式中，Pn 為葉片凈光合速率，μmol CO2/(m2·s)；Tr為葉片蒸騰速率，mmolH2O/(m2·s)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 19.0 進(jìn)行單因素方差分析，LSD 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 泡核桃凋落葉對(duì)生菜光合特征參數(shù)的影響

由表2 可以看出，T15 處理的生菜凈光合速率最大，然后依次為CK、T30，最小為T60，泡核桃凋落葉對(duì)生菜凈光合速率的影響總體表現(xiàn)為低量促進(jìn)、高量抑制。低量處理T15 的凈光合速率為13.08 μmol CO2/(m2·s)，顯著高于CK，且其化感指數(shù)為0.081，表現(xiàn)為促進(jìn)效應(yīng)。高量處理T30、T60 的凈光合速率分別為6.32 μmol CO2/(m2·s)和4.65 μmol CO2/(m2·s)，化感指數(shù)為-0.474 和-0.613，表現(xiàn)為抑制效應(yīng)，且各處理間凈光合速率測(cè)定值的差異顯著（P＜0.05）。由此可見(jiàn)，每盆土添加15 g 泡核桃凋落葉，可顯著促進(jìn)生菜的凈光合速率，添加量超過(guò)30 g 之后，變?yōu)橐种谱饔谩?/p>

由表2 可知，胞間CO2濃度表現(xiàn)為隨泡核桃葉添加量的增加逐漸增加，CK 最低為271.59 mmol/mol，T15 較CK 稍高，為272.69 mmol/mol，但與CK 無(wú)顯著差異，化感指數(shù)僅為0.004。處理T30 與T60 的胞間CO2濃度顯著高于CK的，分別為 308.37 mmol/mol 與 332.16 mmol/mol。化感指數(shù)達(dá)到了0.119 和0.182，表現(xiàn)為促進(jìn)作用。這表明，每盆土添加量15 g 泡核桃凋落葉對(duì)生菜胞間CO2濃度影響不大，添加量達(dá)30 g 之后，胞間CO2濃度表現(xiàn)出上升趨勢(shì)。

氣孔導(dǎo)度變化與凈光合速率類似，表現(xiàn)出低促高抑的趨勢(shì)，T15 氣孔導(dǎo)度為0.21 mol/(m2·s)，顯著高于對(duì)照CK，化感指數(shù)為0.098，表現(xiàn)為促進(jìn)作用。當(dāng)每盆泡核桃凋落葉添加量達(dá)到30 g 時(shí)，其對(duì)生菜葉片氣孔導(dǎo)度的影響變?yōu)橐种?，T30、T60 氣孔導(dǎo)度下降為0.11 mol/(m2·s)和0.12 mol/(m2·s)，化感指數(shù)為-0.401 和-0.350，T30 和T60較CK 相比顯著下降，但處理間無(wú)較大差異。

泡核桃凋落葉對(duì)生菜片蒸騰速率的影響結(jié)果見(jiàn)表2。由表知，低量處理T15 的蒸騰速率為4.90 mmol/(m2·s)，顯著高于對(duì)照，化感指數(shù)為0.147，表現(xiàn)為促進(jìn)作用。高量處理（T30、T60）降低了生菜葉片蒸騰速率，化感指數(shù)為-0.097 和-0.033，表現(xiàn)為抑制效應(yīng)。

由表2 可以看出，土壤中添加泡核桃凋落葉降低了生菜葉片的水分利用效率，且降低程度隨添加量的增加而增加，且各處理間差異顯著（P＜0.05），化感指數(shù)達(dá)到了-0.072、-0.417 和-0.595。

表2 不同泡核桃葉添加量處理下生菜的凈光合速率及氣體交換參數(shù)Table 2 Net photosynthetic rate and gas exchange paramaters of lettuce under different amount of J. sigillate leaf litter

2.2 泡核桃凋落葉對(duì)生菜光合特征參數(shù)日變化的影響

由圖1A（見(jiàn)下頁(yè)）可看出，CK、T15、T30 和T60 四種處理凈光合速率日變化均呈現(xiàn)“雙峰型”，在10：00 時(shí)和14：00 分別達(dá)到峰值，有明顯的“光合午休”現(xiàn)象。4 個(gè)處理均在10：00 時(shí)達(dá)到全天的最高峰，T15 最大，為11.63 μmol/(m2·s)，之后依次為CK、T30 和T60，且各處理間有顯著差異（P＜0.05）。在14：00 時(shí)達(dá)到第二次高峰，各處理均低于第一次高峰，其峰值以CK 為最高，凈光合速率達(dá)到8.01 μmol/(m2·s)，與T15（凈光合速率為7.99 μmol/(m2·s)無(wú)顯著差異，均顯著高于T30 和T60。

由圖1B（見(jiàn)下頁(yè)）可知，CK、T30 和T60 處理下生菜苗氣孔導(dǎo)度均呈現(xiàn)“雙峰型”，在10：00 出現(xiàn)第一個(gè)峰值，14：00 出現(xiàn)第二個(gè)峰值。CK 處理的最大峰值出現(xiàn)在下午16：00，達(dá)到0.188 mol/(m2·s)，而T30 和T60 峰值出現(xiàn)在12：00，分別為0.128 mol/(m2·s)和0.154 mol/(m2·s)。T15 的氣孔導(dǎo)度在14：00 以前未出現(xiàn)明顯的峰值，最大值為0.148 mol/(m2·s)，但各時(shí)間（除CK 16：00 外）均顯著高于其它處理。

由圖1C 可知，四個(gè)處理的胞間CO2濃度均呈現(xiàn)“W型”，在早上8：00 的胞間CO2濃度較高，然后下降，在中午12：00 出現(xiàn)第二個(gè)峰值，隨后下降，在下午14：00 出現(xiàn)第二個(gè)低谷，隨后逐漸上升，在下午18：00 達(dá)到全天的峰值。胞間CO2濃度大小依次為T60＞T30＞CK＞T15。

由圖1D 可看出，不同泡核桃葉添加量處理的生菜蒸騰速率日變化均呈現(xiàn)為“單峰型”，各處理均從8：00 開(kāi)始上升，在中午12：00 達(dá)到峰值，隨后逐漸下降。T15、CK、T60 和T30 各處理的峰值大小分別達(dá)到8.809、7.211、6.450、5.971 mmol/(m2·s)。

由圖1E 可知，不同泡核桃凋落葉處理生菜的水分利用效率的日變化，總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在中午12：00 時(shí)出現(xiàn)一個(gè)低谷，在下午14：00 時(shí)出現(xiàn)一個(gè)小高峰，其峰值遠(yuǎn)低于早上8：00，然后開(kāi)始下降。各處理的全天平均水分利用效率由大到小依次為CK、T15、T30 和T60，分別為1.095、1.075、0.909、0.655 μmol CO2/mmol H2O。

圖1 不同泡核桃凋落葉添加量處理下生菜葉片氣體交換參數(shù)日變化Fig.1 Diurnal variation characteristics of gas exchange parameters of lettuce under different amount of J. sigillate leaf litter

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)中，生菜的凈光合速率隨凋落葉添加量增加先升高后降低，胞間CO2濃度隨凋落葉添加量的增加而增加，且均高于對(duì)照，而氣孔導(dǎo)度則表現(xiàn)為先升高后降低。植物葉片光合效率降低有氣孔部分關(guān)閉導(dǎo)致的氣孔限制和葉肉細(xì)胞光合活性下降導(dǎo)致的非氣孔限制兩類[10]。Farquhar 等[11]認(rèn)為，如果凈光合速率的降低伴隨著胞間CO2濃度的降低，則凈光合速率的下降主要是受部分氣孔關(guān)閉的氣孔限制所致；反之，如果凈光合速率下降伴隨著胞間CO2濃度升高或不變，則凈光合速率的下降主要是由葉肉細(xì)胞光合活性下降導(dǎo)致的非氣孔限制引起的。初步可以推斷，本試驗(yàn)中生菜凈光合速率的下降是非氣孔限制導(dǎo)所致。低量添加泡核桃凋落葉提高了生菜的凈光合速率，而土壤中泡核桃葉凋落葉增多時(shí)其凈光合速率降低，且顯著低于CK，說(shuō)明添加一定量的泡核桃凋落葉能提高生菜的光合效率，可能是因?yàn)榈土康牡蚵淙~分解產(chǎn)生的化感物質(zhì)較少，不足以對(duì)生菜生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，反而通過(guò)凋落葉分解產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)了生菜的生長(zhǎng)；超過(guò)一定量后，過(guò)多凋落葉分解產(chǎn)生的化感物質(zhì)積累，破壞了生菜葉片光合器官的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致凈光合速率顯著下降。

另外，與對(duì)照相比，不同處理生菜水分利用效率均顯著下降，T15 可能是因?yàn)榛形镔|(zhì)使生菜葉片的氣孔導(dǎo)度增加，從而提高了蒸騰速率；而高添加量處理T30、T60 生菜的水分利用效率下降，可能是因?yàn)楦邼舛鹊幕形镔|(zhì)抑制了生菜的光合作用。光合作用是植物能量的來(lái)源，也是植物生長(zhǎng)、發(fā)育及代謝的物質(zhì)基礎(chǔ)。環(huán)境因子的改變會(huì)影響植物的光合特性[12]，化感物質(zhì)對(duì)植物體光合作用的影響主要表現(xiàn)在使葉綠素含量和光合速率的降低上[13-15]。曾有研究表明，核桃凋落葉的化感物質(zhì)能顯著地降低小麥、燕麥、黑麥草和萵筍等植物的葉綠素含量[16-17]。化感物質(zhì)可以通過(guò)影響氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等氣孔因素直接影響植物的光合作用[18]。

本試驗(yàn)中，低濃度泡核桃凋落葉處理的生菜凈光合速率在上午12：00 以前顯著高于對(duì)照，在下午16：00 其凈光合速率從“午休”后恢復(fù)較慢，其凈光合速率和氣孔導(dǎo)度提高較小，胞間CO2濃度降低較小，由此暗示經(jīng)泡核桃凋落葉處理后，因泡核桃葉中的化感物質(zhì)影響了氣孔開(kāi)張，從而影響了生菜的光合效率和水分利用效率。馬紅葉等[19]研究也表明化感物質(zhì)可通過(guò)降低葉片中的葉綠素含量、影響蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度等方式來(lái)降低植物的光合速率。

綜上，泡核桃凋落葉中的化感物質(zhì)對(duì)生菜植物的光合生理產(chǎn)生顯著的影響，盆土中泡核桃凋落葉添加量為15 g，即約4 000 kg/hm2時(shí)，能促進(jìn)生菜光合作用；盆土中泡核桃凋落葉添加量達(dá)到30 g，即約8 000 kg/hm2時(shí)，能提高胞間CO2濃度，降低氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率和水分利用效率，從而降低植物吸收、轉(zhuǎn)化和利用光能的能力，導(dǎo)致光合速率的降低，影響植物對(duì)碳的固定和同化，從而抑制植物的光合效率。試驗(yàn)結(jié)果表明，在去除部分凋落物之后，可在泡核桃林下套種生菜，以提高土地利用率，但具體栽培方式需進(jìn)行大田試驗(yàn)進(jìn)一步確定。