張 寧，曹淑慧，毛偉偉*

(1.遼寧生態(tài)工程職業(yè)學院 園林學院，遼寧 沈陽110101；2.遼寧大學 環(huán)境學院，遼寧 沈陽110036)

0 引言

火炬樹(RhusTyphina)，是漆樹科、鹽膚木屬的一種落葉小喬木，于1959年被我國植物研究所引進.其葉呈奇數(shù)羽狀，為復葉對生狀，葉形通常為長橢圓形至披針形，邊緣具鋸齒，圓錐花序頂生，花色鮮紅、花形獨特.每年9月份，火炬樹果實成熟，呈深紅色，緊密聚集成火炬狀，葉同期變紅，十分壯觀[1].火炬樹適應性極強，對生長的土質(zhì)要求不高，耐熱耐寒，耐貧瘠，耐鹽堿，生長速度快，是植被修復中良好的防風固沙、水土保持、涵養(yǎng)水源的優(yōu)質(zhì)樹種[1-3].

荊條(VitexnegundoL.var.heterophylla)，馬鞭草科牡荊屬的一種落葉灌木.根系發(fā)達，樹皮呈灰褐色，幼枝為方形具四棱，掌狀復葉對生或輪生，葉緣呈大鋸齒或者羽狀深裂，花序頂生，圓錐花序，花冠呈藍紫色，核果球形，灰黑色，具網(wǎng)紋[4].韓烈保和王曉蓓等[5-6]，證實荊條在山地陽坡生長狀況更好以及是優(yōu)秀的護坡植物.張金瑞等[7]，提出荊條在陽坡可與酸棗、細葉小檗等植物加以匹配的配置問題，在植物修復上可用于參考.由此可見，荊條作為優(yōu)秀的山地陽坡、半陽坡的護坡植物，在植物修復中具有很大潛力.

縱觀火炬樹在國內(nèi)推廣種植60余年，廣泛出現(xiàn)火炬樹單一群落的局面.研究表明，火炬樹通過根蘗繁殖的方式進行種群更新和擴張，5年左右基本可以形成以火炬樹為主導地位的單優(yōu)群落[8].余新春等[9]也證實了火炬樹根部萌蘗擴散快，以密閉的單優(yōu)群落逐步向外緣擴散，使附近的灌木層和草本層趨于死亡和消退.李茗蕊等[10]用種群生態(tài)學的方法發(fā)現(xiàn)，火炬樹在荒地造林、護坡中對鄉(xiāng)土種構(gòu)成生態(tài)威脅.

植物化感作用被德國科學家Molisch 于 1937 年初次提出，并將其解釋為：植物(微生物)間通過化學物質(zhì)相互作用，并且這種相互作用具有兩面性(促進或抑制作用)[11].經(jīng)典著作《Allelopathy》一書對植物化感作用的定義是，植物在生長的過程中，向外界環(huán)境中釋放出化感物質(zhì)，這些物質(zhì)對周圍環(huán)境中的植物或微生物有直接或間接的影響，或促進或抑制[12].不同植物分泌的化感物質(zhì)有區(qū)別，物種與物種之間都有化感作用的出現(xiàn)[13].化感物質(zhì)可以破壞受體植物的細胞膜，抑制植物呼吸的傳導過程，抑制光合作用，影響生長發(fā)育，打破植物激素平衡等等[14].它的產(chǎn)生也使土壤環(huán)境條件向著更有利于外來樹種生長的方向發(fā)展[15].對于化感作用的研究，我國已經(jīng)進入實驗室階段[16].

我國在礦山等廢棄地的植被生態(tài)修復已取得了一定的成績，植物種的選擇與搭配對生態(tài)修復的目標達成具有十分重要的影響.火炬樹是陽性樹種，適應性強，耐干旱貧脊，可在石礫、山坡荒地上生長，繁殖力強且生長快，屬于喬木[17].荊條也是陽性樹種，分布廣泛，根系發(fā)達，固土能力強，且根系分蘗性強，生長力強，適合在土層薄，石礫含量高的環(huán)境下種植，屬于灌木[18].將火炬樹和荊條兩種抗性強，耐瘠薄干旱的優(yōu)勢植物進行搭配，可以形成喬灌木的立體結(jié)構(gòu)，結(jié)合草本層能有效保持水土，增加恢復后的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性[19].目前關于火炬樹與荊條之間的化感作用研究極少，本文試圖從化感作用角度探究二者在生態(tài)修復中的植物配置問題，對于我國未來開展生態(tài)環(huán)境植被修復方面具有實踐意義.

1 材料

火炬樹葉、火炬樹根、火炬樹土壤：于2019年10月，取自遼寧省撫順西露天礦北幫邊坡火炬樹林.

荊條土壤、荊條種子：于2019年9月，取自遼寧省沈陽三合成村北分布的荊條灌叢.

2 實驗設計

2.1 實驗設置

為探究火炬樹的化感作用對荊條的影響，本實驗設置四種水浸液(火炬樹土壤、荊條土壤、火炬樹葉、火炬樹根)在四個濃度梯度(25，50，100，200 g·L-1)的處理下，對荊條種子萌發(fā)的影響.

2.2 實驗步驟

2.2.1 實驗材料制備與處理

火炬樹葉：將火炬樹新鮮樹葉取回，用蒸餾水清洗干凈，平鋪在濾紙上，通風至自然風干[18].用FZ102型微型植物粉碎機將火炬樹葉粉碎，粉碎葉片為30～120目，以備后用.

火炬樹根：取火炬樹林下的小根若干(直徑小于1 cm)，用蒸餾水進行清洗，通風至自然風干.先剪成2 cm小段，后用FZ102型微型植物粉碎機將其進一步粉碎至0.5 cm小段，以備后用.

火炬樹土壤(荊條土壤)：本實驗采取的土壤為火炬樹(荊條)根部土壤.采用 “S”型布點收集土壤樣品，取多個采樣點，盡量讓每個取樣點所采的土壤量大致相同，采集地表0～10 cm去除表層枯枝落葉的土壤[19].在實驗室，用四分法去除多余土壤樣品，再剔除腐葉、枯葉等雜質(zhì)，將其平鋪于干凈的塑料薄膜上，通風，自然風干.風干后，過2 mm篩，以備后用.

2.2.2 水浸液的制備

稱取100 g處理樣品于500 mL大燒杯中，加入500 mL蒸餾水，于室溫下密閉浸泡48 h.浸泡結(jié)束后，火炬樹葉、火炬樹根水浸液用雙層紗布過濾，并將所得液體收集到離心管中，設定4 000 r/min離心20 min，得到濃度為200 g·L-1的母液.火炬樹土壤、荊條土壤水浸液，用濾紙進行土壤溶液的過濾，得到濃度為200 g·L-1的母液.依據(jù)上述所得200 g·L-1母液分別配備100，50，25 g·L-1不同濃度的液體備用[18].

2.2.3 種子萌發(fā)與幼苗生長的測定

采用培養(yǎng)皿濾紙法進行培養(yǎng)[20].挑選籽粒飽滿，大小均一的荊條種子，用3%的雙氧水消毒0.5 h，然后用蒸餾水沖洗干凈，取30粒均勻置于培養(yǎng)皿中，并加入上述各濃度浸提液2 mL.每個處理重復3次，對照組使用相同體積的蒸餾水進行操作.

將培養(yǎng)皿置于GZX-300BS-II光照培養(yǎng)箱中進行種子發(fā)芽實驗，設定光照(6：00-18：00)12 h，25 ℃；夜晚(18：00-次日6：00)12 h，18 ℃.每天補充相應濃度的處理液1 mL(保證種子周圍不出現(xiàn)水膜)，每24 h觀察種子萌發(fā)情況(種子萌發(fā)以胚根突破種皮2 mm為標準)，記錄種子發(fā)芽數(shù)，至發(fā)芽末期(大約15 d，連續(xù)兩天無萌發(fā)時視為發(fā)芽結(jié)束).發(fā)芽實驗結(jié)束后，計算并分析荊條種子在各種處理下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、苗長、化感效應等[21].

2.2.4 計算公式

發(fā)芽率：發(fā)芽率=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；本實驗周期為15 d，供試種子數(shù)為每組30.

發(fā)芽勢：發(fā)芽勢=(規(guī)定時間內(nèi)發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子數(shù))×100%；本實驗周期為15 d，根據(jù)實驗情況，荊條種子在第6 d多數(shù)組達到日發(fā)芽最大，選取6 d發(fā)芽種子數(shù)進行計算.

化感效應指數(shù)(RI)：RI=1-C/T(T≥C)，RI=T/C-1(T0，表示促進作用，當RI<0，表示抑制作用，RI絕對值的大小表示化感效應的強度.

RI累加值：為發(fā)芽率、發(fā)芽勢、苗長3個指標的RI累加，從整體上反應四種類型水浸液對荊條的化感作用[22-23].

3 結(jié)果與分析

3.1 不同類型水浸液對荊條種子發(fā)芽率的影響

從圖1可知，四種類型水浸液對荊條種子的發(fā)芽率均有一定的影響.在四種類型水浸液處理下，荊條種子發(fā)芽率的比較結(jié)果為：火炬樹土壤>荊條土壤>蒸餾水>火炬樹根>火炬樹葉.

與對照相比，荊條土壤水浸液在濃度25，200 g·L-1條件下，發(fā)芽率有增加的趨勢，在濃度50，100 g/L條件下，發(fā)芽率有減小的趨勢，但與對照相比均不顯著(P<0.05).火炬樹土壤水浸液使荊條種子發(fā)芽率增加，濃度25 g·L-1條件下，荊條種子發(fā)芽率達到整個實驗組最大值，為65.67%，比對照組增加了28.76%，影響也不顯著(P<0.05).火炬樹根水浸提液對荊條種子發(fā)芽表現(xiàn)出質(zhì)量濃度效應，即隨著水浸液濃度上升，發(fā)芽率逐漸減小，當上升至濃度100 g·L-1時發(fā)芽率為零，對荊條種子發(fā)芽的抑制作用顯著(P<0.05).火炬樹葉水浸液處理下，荊條種子發(fā)芽率均為零，表現(xiàn)出強烈抑制荊條種子發(fā)芽.

圖1 不同類型、不同濃度水浸液處理下荊條種子發(fā)芽率

3.2 不同類型水浸液對荊條種子發(fā)芽勢的影響

由圖2可知，四種類型水浸液對荊條種子的發(fā)芽勢作用明顯.在四種類型水浸液處理下，荊條種子發(fā)芽勢比較順序為：火炬樹土壤>荊條土壤>蒸餾水>火炬樹根>火炬樹葉.

在荊條土壤水浸液處理組，不同濃度水浸液處理的荊條種子發(fā)芽勢均高于對照組，僅在水浸液濃度25 g·L-1時，發(fā)芽勢與對照組產(chǎn)生顯著差異(P<0.05)，為27.78%，也是整個實驗組發(fā)芽勢最大值.火炬樹土壤水浸液隨著濃度上升，發(fā)芽勢依次為23.33%，24.45%，25.56%，24.44%，均與對照組有顯著差異(P<0.05).火炬樹根水浸液對荊條種子發(fā)芽勢有顯著的抑制作用，隨濃度上升而逐漸降低，至100 g·L-1時，發(fā)芽勢為0.火炬樹葉水浸液處理下，荊條種子不發(fā)芽.

圖2 不同類型、不同濃度水浸液處理下荊條種子發(fā)芽勢

3.3 不同類型水浸液對荊條幼苗長度的影響

對培養(yǎng)15 d的荊條幼苗的苗長進行測量與分析，實物圖見圖3，苗長分析見圖4.

由圖4可知，四種類型水浸液處理下，荊條幼苗長比較順序為：火炬樹土壤>火炬樹根>蒸餾水>荊條土壤.(種子未發(fā)芽的實驗組不參與討論)

與對照組相比，四種類型的水浸液處理下的幼苗苗長均未產(chǎn)生顯著差異(P<0.05).荊條土壤水浸液處理下，隨著濃度上升，苗長依次為2.7，3.0，3.1，2.8 cm，只有濃度100 g·L-1高于對照組.火炬樹土壤水浸液處理下的幼苗苗長，隨濃度上升而增大，濃度200 g·L-1時，幼苗苗長為4.0 cm，是整個實驗組最大值.火炬樹根水浸液處理下的幼苗，在濃度25，50 g/L時，苗長分別為3.2，3.6 cm高于對照組，在濃度100，200 g/L時未發(fā)芽，不參與討論.

圖3 荊條苗長測量實物圖(拍攝于2019年11月26日)(注：圖中字母含義—J 荊條土壤；H 火炬樹土壤；G 火炬樹根；K蒸餾水組.火炬樹葉水浸液處理的種子無發(fā)芽，所以無實物圖.尾部數(shù)字代表三個重復)

圖4 不同類型水浸液不同濃度處理下荊條苗長

3.4 RI累加值

為了綜合分析四種類型(火炬樹土壤、荊條土壤、火炬樹葉、火炬樹根)水浸液對荊條的化感效應，以每組荊條的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、苗長3個指標的化感效應指數(shù)計算出RI累加值，如表1所示.RI累加值>0，表示該類型水浸液能促進荊條的萌發(fā)和生長，RI累加值<0，表示該類型水浸液會抑制荊條的萌發(fā)和生長.

對于荊條土壤、火炬樹土壤水浸液，RI累加值均大于0，都能促進荊條的種子萌發(fā)和幼苗生長.在發(fā)芽率、發(fā)芽勢、苗長三個指標的RI中，發(fā)芽勢的化感效應指數(shù)均大于其他兩者，可以看出，以上兩種水浸液主要通過提高種子發(fā)芽勢，從而增強種子的活力，促進荊條發(fā)芽整齊.除此之外，火炬樹土壤水浸液組，RI累加值隨濃度上升不斷增大，對荊條的促進作用越大.對于火炬樹根水浸液組，RI累加值小于0，抑制荊條的萌發(fā)和生長，且濃度越大，抑制作用越大.荊條在火炬樹葉水浸液下未能存活，RI累加值為-3.

綜上所述，四種水浸液對荊條RI累加值大小順序為：火炬樹土壤>荊條土壤>蒸餾水>火炬樹根>火炬樹葉.其中，濃度200 g·L-1的火炬樹土壤水浸液在所有實驗組中，RI累加值數(shù)值最大，促進作用最顯著，為0.912.

表1 不同類型水浸液對荊條的化感作用

4 討論

植物能夠向環(huán)境中釋放化感活性物質(zhì)抑制其他植物的生長，化感作用可以通過降低種子的發(fā)芽率減弱植物的競爭力，進而改變植物在群落里的分布組成[24-26].本試驗研究表明，火炬樹葉、根水浸提液對受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長均產(chǎn)生不同程度的影響，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和幼苗長的化感效應均為負值，表現(xiàn)為抑制作用，根際土壤化感作用表現(xiàn)不明顯.

大量研究表明化感作用均具有“濃度效應”，當濃度超過植物自身所能承受的臨界點時，種子萌發(fā)和幼苗生長就會受到抑制作用.從本實驗數(shù)據(jù)來看，火炬樹根的水浸液對荊條種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢表現(xiàn)出濃度效應，當濃度超過50 g·L-1時，荊條種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢為零，表現(xiàn)出強烈的抑制作用.火炬樹葉水浸液對荊條種子具有強烈抑制作用，四種濃度水浸液的荊條發(fā)芽率、發(fā)芽勢均為零.參考韋忠剛等[21]關于火炬樹化感作用對于高羊茅種子的研究成果：(濃度設定為0.02，0.2，2、20 g·L-1)高羊茅種子在火炬樹根水浸液濃度為20 g·L-1，發(fā)芽率化感指數(shù)為-0.574(與本實驗相當)，在濃度為0.02 g·L-1時，發(fā)芽率化感指數(shù)為-0.750，發(fā)芽率最高.相對于本實驗在濃度梯度設置時，可以參考在0～25 g·L-1濃度之間劃分濃度梯度進行實驗分析.

目前對于火炬樹的化感作用研究較多，研究結(jié)論各異說明不同品種、不同類型水浸液的化感作用是難以預測的，這與研究對象的選擇、化感活性物質(zhì)的組成與特性有關.厲波等關于老油茶林根際土壤水浸提液對其種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用發(fā)現(xiàn)：3種不同濃度(0.25，0.5，1.0 g·mL-1)的根際土壤水浸提液對其種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)以及幼苗根長表現(xiàn)出低促高抑的化感效應.在孫天旭[27]，火炬樹鮮葉水浸提液能夠推遲種子的萌發(fā)，而與鮮葉相比，火炬樹干葉水浸提液化感作用明顯降低；火炬樹林分土壤水浸提液沒有對其他植物種子的萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用，火炬樹樹林土壤可能沒有化感作用.火炬樹化感作用對其它生物造成影響的機理，還需要進一步的研究和探討.

5 結(jié)論

火炬樹的化感作用在近年來已經(jīng)成功引起科研工作者的注意，在火炬樹形成單優(yōu)群落的問題上、對其它植物化感作用的證實上、對根際土壤的影響上等等都已經(jīng)得出顯著的成果.本實驗選用的實驗樣地撫順西露天礦北幫在經(jīng)過十多年的自然演替也證實了火炬樹根部強大的萌蘗能力，以及獨木成林的演替趨勢，為火炬樹的生物入侵方向的研究再添實例.

本實驗通過各個部位不同濃度水浸液(25，50，100，200 g·L-1)對荊條種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、苗長、RI累加值的影響進行對比得出以下結(jié)論：

1)與對照組相比，荊條土壤、火炬樹土壤水浸液對荊條的發(fā)芽率和苗長影響不顯著，對發(fā)芽勢的促進作用顯著(P<0.05).

2)火炬樹根水浸液對荊條發(fā)芽率和發(fā)芽勢抑制作用顯著，表現(xiàn)明顯的濃度效應，即隨著濃度升高，抑制作用越強；對苗長影響不顯著(P<0.05).火炬樹葉水浸液實驗組，在實驗期間，荊條未發(fā)芽，表現(xiàn)出強烈的抑制作用.

3)依據(jù)荊條發(fā)芽率、發(fā)芽勢、苗長的化感效應指數(shù)可得出，不同類型水浸液對荊條種子RI累加值數(shù)值大小順序為：火炬樹土壤>荊條土壤>蒸餾水>火炬樹根>火炬樹葉.其中，濃度200 g·L-1的火炬樹土壤溶液在所有實驗組中，RI累加值數(shù)值最大，促進作用最顯著.

本實驗證實了火炬樹與荊條種子之間存在明顯的化感作用，但至于起到化感作用的物質(zhì)是什么，本實驗并未涉及.平曉燕等認為，通過實驗測定供體植物對種子萌發(fā)的表現(xiàn)來判定化感物質(zhì)的作用，這種方法不夠嚴謹.但目前，科研工作者們大多數(shù)都采用水浸液法，還未形成統(tǒng)一評判化感作用的方法.

結(jié)合張明如等的實驗—荊條種子在火炬樹下吸收弱光能力差，有消亡的趨勢，對照本實驗荊條種子的發(fā)芽在火炬樹葉、根的處理下受到的強烈抑制表現(xiàn)，可得出火炬樹對荊條的萌發(fā)生長表現(xiàn)出強烈的抑制作用，化感作用明顯，荊條在火炬樹下存活率低.因此，在植物修復中，盡量避免在火炬樹下或周邊種植荊條，如果種植需認真考慮到二者的距離問題.

火炬樹在國內(nèi)經(jīng)歷60余年的演替，但我們對其演替過程的原理、化感作用的實現(xiàn)還存在些許疑問，相信未來對于火炬樹的研究依舊是熱點.