雪松对其树下植物多样性影响的机制研究

来源 :安徽农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:fengyun816ok
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雪松(Cedru deodara)是松科雪松属植物,作为城市园林和荒山绿化树种被广泛种植。野外调查发现,雪松树下草本植物生长稀疏,冠幅内的地表往往裸露,无任何植物定居,这不仅会影响城市绿化效果,而且容易造成水土流失。本文首先通过不同季节雪松以及对照树下植物多样性调查、雪松不同部位化感差异比较,初步分析了雪松引起树下植物多样性低的原因;然后,测定了雪松枝叶水浸提液下,高羊茅种子萌发和植株生长中生理指标变化、激素变化、根际土壤生物活性的变化,深入探讨了雪松抑制树下植物生长的机制,为雪松树下物种的合理配置提供重要的理论依据,也为后期开展更深层次的化感机制研究提供重要的参考资料。主要研究结果如下:  1、在调查区域内,以树下光线强度与雪松相似或较高为标准,选择枫杨、七叶树、乌桕、泡桐、五角枫、大叶女贞等为对照树种,实验分别对雪松树下和对照树种下的草本植物群落结构进行调查。结果发现,在5月、8月、10月,雪松树下植物的重要值、盖度、植物多样性指数都明显低于对照。其中雪松树下除人工绿化植物外,其它野生植物的重要值均明显低于对照树种;10月份雪松树下植物盖度仅有13.92%,而对照达到了33.84%,差异明显;不同月份,雪松树下Shannon-Wiener指数也分别比对照分别低了57.35%,40.27%,59.18%。说明在树下光线相似的情况下,雪松树下的植物的重要值、盖度、多样性都明显低于对照树种,因此雪松树下植物稀疏,光秃裸露,不完全与其树下光线弱有关。  2、研究了雪松不同部位水浸提液和新鲜枝叶挥发物对受体植物白菜和莴苣的化感作用。水浸提液是雪松枝叶、凋落物、根际土、根用蒸馏水浸泡而成,分别配制成0.1、0.05、0.025g干重/mL。结果表明,雪松枝叶、凋落物、根际土、根水浸提液以及新鲜枝叶挥发物对白菜和莴苣种子萌发均有抑制作用,且水浸提液浓度越高,抑制作用越显著,其中枝叶水浸提液化感作用最强,在0.1g干重/mL时对白菜发芽率的抑制达到了94.49%;凋落物化感作用次之,根际土最弱。  3、通过显色法对各水浸提液的酚类物质鉴定,结果表明枝叶、凋落物和根水浸提液中含有酚类物质,而根际土中没有发现酚类物质的存在。通过GC-MS对雪松新鲜枝叶挥发物成分进行了分析研究,结果表明,挥发物中萜烯类化合物占了52.78%,其中主要成分α-蒎烯(17.16%)、b-侧柏烯(13.06%)、β-蒎烯(11.53%)、D-柠檬烯(9.66%)。初步确定雪松含有化感抑制性物质,且存在于各个组织中。  4、通过培养皿滤纸法和盆栽实验,研究了化感作用最强的枝叶水浸提液(0.1、0.05、0.025g干重/mL)对高羊茅种子萌发和植株生长过程中生理指标的影响。结果发现,随水浸提液浓度增加和处理时间延长,种子萌发过程和植株生长过程中的各生理指标均发生显著变化。种子萌发中,48h之前, SOD和CAT活性以及WSS、Pro含量随水浸提液浓度增加和时间延长显著升高,MDA含量与对照差异不显著,维持在较低水平,而48之后,SOD和CAT酶活性以及WSS含量随水浸提液浓度增加和时间延长显著降低,MDA含量显著增加。高羊茅植株在水浸提液处理的40d内,其体内的SOD、POD、CAT活性以及WSS、Pro含量均随水浸提液浓度增加和处理时间延长而显著升高,而MDA含量也随浓度增强和处理时间延长显著增加。种子萌发和植株生长过程中的SP含量变化相似,均随水浸液浓度增加而降低,随处理时间延长而增加。结果表明,枝叶水浸提液影响了高羊茅种子萌发过程和植株生长过程中的生理代谢,且胁迫时间延长,种子萌发和植株生长受到的抑制作用加剧。  5、雪松枝叶水浸液对高羊茅植株处理40 d后,对其根际土壤生物活性的变化进行了研究。结果发现,各浓度下,根际土壤细菌、真菌、放线菌以及微生物总数都有所减少,且高浓度(0.1 g干重/mL)时数量最少;微生物量C、N显著降低,随浓度增加呈下降趋势,高浓度(0.1 g干重/mL)时分别比对照降低了31.46%和38.24%,达到显著水平;而土壤呼吸作用明显增强,但各浓度之间差异不显著。土壤蛋白酶、脲酶、多酚氧化酶活性明显降低,随浓度增加呈下降趋势,而磷酸酶活性升高,浓度效应不显著。相关性分析表明,土壤细菌数量、微生物总数和土壤蛋白酶、多酚氧化酶活性与高羊茅株高和根长呈显著正相关性。结果说明,雪松枝叶水浸提液能够抑制根际土壤微生物生长,改变土壤微生物结构,降低微生物量C、N以及根际土壤酶活性,从而改变根际土壤微生态环境,降低土壤有效营养成分的供给,最终影响雪松树下草本植物的生长。  6、通过酶联免疫法,研究了枝叶水浸提液对高羊茅种子萌发和植株生长过程中赤霉素和脱落酸含量的变化。结果发现,各浓度处理下,萌发种子和植株中的赤霉素含量均显著降低,且与浓度成负相关性;而脱落酸含量均显著升高,与浓度呈正相关性。结果说明,雪松枝叶水浸提液抑制了种子萌发和植株生长过程中赤霉素的产生,而刺激了脱落酸的合成,从而抑制了种子萌发和植株生长,加速其衰老死亡,致使树下植物多样性降低。
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