不同人工经济林凋落叶浸提液对豆禾草种的化感效应研究

doi:10.11686/cyxb2023359

摘要/Abstract

摘要：

红枣、核桃以及苹果是陕北地区主要的人工经济林树种，且种植方式单一。为探讨人工经济林对牧草生长的化感作用，本研究以紫花苜蓿和黑麦草作为研究受体，通过设置不同浓度核桃、苹果、红枣凋落叶浸提液，分析其对豆禾草种种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明：1）紫花苜蓿和黑麦草的发芽率和发芽势随浸提液浓度的增加而显著降低（P<0.05）；2）苹果和红枣凋落叶浸提液浓度越高，紫花苜蓿、黑麦草幼苗叶绿素含量和根系活力越低，核桃凋落叶浸提液处理下黑麦草幼苗的叶绿素含量显著高于对照组，根系活力显著低于对照组（P<0.05）；3）两种牧草的生化指标结果表明，黑麦草的抗氧化能力强于紫花苜蓿。豆禾草种种子萌发及幼苗生长对不同树种、不同浓度凋落叶浸提液的化感响应存在差异，整体而言，人工经济林凋落叶浸提液对紫花苜蓿的化感作用强于黑麦草。本研究旨在为陕北地区林草混种提供理论依据，在建植过程中应充分考虑豆禾草种与经济林的搭配。

关键词: 化感作用, 凋落叶, 种子萌发, 幼苗生长, 抗氧化指标

Abstract:

Ziziphus jujuba， Juglans regia， and Malus pumila are dominant artificial economic forest tree species in northern Shaanxi， while they are usually planted as pure plantations. To explore the allelopathic effects of these artificial economic forests on the growth of forage species， Medicago sativa and Lolium perenne were used as receptors. These receptors were treated using Z. jujuba， J. regia and M. pumila leaf extracts with different concentrations to analyse their effects on seed germination and seedling growth of forage species. The results showed that：1） The germination rate and germination potential of M. sativa and L. perenne decreased significantly with the increase of the concentration of the leaching solution （P<0.05）； 2） Higher concentrations of M. pumila and Z. jujuba leaf litter extract led to lower root activity and chlorophyll content of M. sativa and L. perenne. The chlorophyll content of L. perenne seedlings treated with J. regia leaf extract was significantly higher than that of the control group， and the root activity was significantly lower than that of the control group （P<0.05）； 3） The biochemical indicators of two forage species indicated that the antioxidant capacity of L. perenne was significantly stronger than that of M. sativa. There were differences in the allelopathic responses of the seed germination and seedling growth of Fabaceae and Poaceae species to different tree species and different concentrations of leaf litter extracts. Overall， the allelopathic effects of artificial economic forest leaf litter extracts on M. sativa was stronger than those on L. perenne. This study aimed to provide a theoretical basis for the mixed planting of economic tree sand forage species in northern Shaanxi， and the combination of Fabaceae and Poaceae forage species and economic forests should be fully considered during the planting process.

Key words: allelopathy, leaf litter, seed germination, seedling growth, antioxidant indicators

何邦印, 裴婧宏, 野起瑞, 胡佳佳, 郑彩雪, 李江文. 不同人工经济林凋落叶浸提液对豆禾草种的化感效应研究[J]. 草业学报, 2024, 33(8): 199-208.

Bang-yin HE, Jing-hong PEI, Qi-rui YE, Jia-jia HU, Cai-xue ZHENG, Jiang-wen LI. Allelopathic effects of different artificial economic forest litter extracts on Fabaceae and Poaceae species[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(8): 199-208.

图/表 6

参考文献 27

1	Liu W C， Liu J Y， Kuang W H. Spatiotemporal patterns of soil protection effect of the grain for green project in northern Shaanxi. Acta Geographica Sinica， 2019， 74（9）： 1835-1852.
	刘文超，刘纪远，匡文慧. 陕北地区退耕还林还草工程土壤保护效应的时空特征. 地理学报， 2019， 74（9）： 1835-1852.
2	Zhao J J， Li Z W， Xu L F， et al. Effects of walnut leaf litter decomposition on physiological characteristics and medicinal quality in Paris polyphylla var. yunnanensis. Chinese Journal of Ecology， 2021， 40（12）： 3982-3989.
	赵晶晶，李卓蔚，许凌峰，等. 核桃凋落叶分解对滇重楼生理特性及药用品质的影响. 生态学杂志， 2021， 40（12）： 3982-3989.
3	Jin X M， Wang Y Y， Liu C Y， et al. Effects on soil nutrients and bacterial communities of different cover crops in an organic kiwifruit orchard in the Guanzhong region of China. Acta Prataculturae Sinica， 2022， 31（10）： 53-63.
	靳旭妹，王莹莹，刘崇义，等. 生草对关中地区有机猕猴桃园土壤养分及细菌群落的影响. 草业学报， 2022， 31（10）： 53-63.
4	Hierro J L， Callaway R M. The ecological importance of allelopathy. Annual Review of Ecology Evolution and Systematics， 2021， 52（1）： 25-45.
5	Yu Y L， Cheng H Y， Wei M， et al. Silver nanoparticles intensify the allelopathic intensity of four invasive plant species in the Asteraceae. Anais da Academia Brasileira de Ciências， 2022， 94（2）： e20201661.
6	Zhang Z J， Liu Y J， Yuan L， et al. Effect of allelopathy on plant performance： a meta‐analysis. Ecology Letters， 2020， 24（2）： 348-362.
7	Wang K， Wang T， Ren C， et al. Aqueous extracts of three herbs allelopathically inhibit lettuce germination but promote seedling growth at low concentrations. Plants， 2022， 11（4）： 486.
8	Xu L F， Li Z W， Guo D Q， et al. Effects of leaf litter decomposition of Pinus yunnanensis on physiological characteristics and medicinal quality in Paris polyphylla var. yunnanensis. Chinese Journal of Ecology， 2022， 41（12）： 2361-2367.
	许凌峰，李卓蔚，郭冬琴，等. 云南松凋落叶分解对滇重楼生理特性及药用品质的影响. 生态学杂志， 2022， 41（12）： 2361-2367.
9	Wang H， Xu Y F， Liu Y B， et al. Allelopathic effects on seed germination and seedling growth of Brassica pekinensi， caused by water extracts of branchesand leaves from Davidia involucrata and Bothrocaryum controversum. Bulletin of Botanical Research， 2022， 45（2）： 866-875.
	王欢，徐云飞，刘一伯，等. 珙桐-灯台树枝和叶的水提物对白菜种子萌发和幼苗生长的化感效应. 植物研究， 2022， 45（2）： 866-875.
10	Đorđević T， Đurović-Pejčev R， Stevanović M， et al. Phytotoxicity and allelopathic potential of Juglans regia L. leaf extract. Frontiers in Plant Science， 2022， 13： 986740e.
11	Dhaou D， Baldy V， Van Tan D， et al. Allelopathic potential of mangroves from the Red River Estuary against the rice weed Echinochloa crus-galli and variation in their leaf metabolome. Plants， 2022， 11（19）： 2464.
12	Bruce Williamson G， Richardson D. Bioassays for allelopathy： measuring treatment responses with independent controls. Journal of Chemical Ecology， 1988， 14： 181-187.
13	Wang X K. Principles and techniques of plant physiological and biochemical experiments. Beijing： Higher Education Press， 2006.
	王学奎. 植物生理生化实验原理和技术. 北京：高等教育出版社， 2006.
14	Xu Y， Chen X， Ding L， et al. Allelopathy and allelochemicals in grasslands and forests. Forests， 2023， 14（3）： 562.
15	Hussien A M， Abbas M S. Effect of allelopathic potential of some plants root exudates concerning growth and pathogenicity of some fungus on Brassica oleracea varplant//IOP Conference Series： Earth and Environmental Science. IOP Publishing， 2023， 1158（7）： 072006.
16	Zhang Q， Liu Z W， Li Y B， et al. Allelopathic effect of walnut leaf extracts on cotton and Fusarium oxysporum f. sp.vasinfectum. Ecological Science， 2017， 36（1）： 165-169.
	张琴，刘占文，李艳宾，等. 核桃叶水浸提液对棉花生长及棉花枯萎病菌的化感效应. 生态科学， 2017， 36（1）： 165-169.
17	Liu S T， Wang N， Li J A. Allelopathy of Camellia oleifera extract on two forage grass. Molecular Plant Breeding， 2020， 18（10）： 3373-3381.
	刘书彤，王楠，李建安. 油茶浸提液对2种牧草的化感作用. 分子植物育种， 2020， 18（10）： 3373-3381.
18	Lei W X， Chen Q L， Chen K L， et al. Allelopathy of common Artemisia plants on seed germination and seedling growth of four excellent legumes in the loess plateau. Chinese Journal of Grassland， 2020， 42（1）： 21-30.
	雷威肖，陈巧玲，陈康丽，等. 黄土高原常见蒿属植物对4种豆科牧草种子萌发和幼苗生长的化感作用. 中国草地学报， 2020， 42（1）： 21-30.
19	Zhang R Y， Hu H L， Hu T X， et al. Effects of decomposing walnut （Juglans regia） leaf litter on growth， photosynthesis and resistance physiology of three recipient plants. Journal of Ecology and Rural Environment， 2016， 32（4）： 595-602.
	张如义，胡红玲，胡庭兴，等. 核桃凋落叶分解对3种作物生长、光合及抗性生理特性的影响. 生态与农村环境学报， 2016， 32（4）： 595-602.
20	Ahmadi A， Shahidi S A， Safari R， et al. Evaluation of stability and antibacterial properties of extracted chlorophyll from alfalfa （Medicago sativa L.）. Food and Chemical Toxicology， 2022， 163： 112980.
21	Ma D W， Wang Y N， Wang Y， et al. Advance in allelochemical stress induced damage to plant cells. Acta Ecologica Sinica， 2015， 35（5）： 1640-1645.
	马丹炜，王亚男，王煜，等. 化感胁迫诱导植物细胞损伤研究进展. 生态学报， 2015， 35（5）： 1640－1645.
22	Li J X， Ye J W， Liu D H. Allelopathic effects of Miscanthus floridulus on seed germination and seedling growth of three crops. Chinese Journal of Applied Ecology， 2020， 31（7）： 2219-2226.
	李金鑫，叶俊伟，刘大会. 巴茅草水浸提液对3种作物种子萌发及幼苗生长的化感作用. 应用生态学报， 2020， 31（7）： 2219-2226.
23	Aziz M M， Ahmad A， Ullah E， et al. Plant allelopathy in agriculture and its environmental and functional mechanisms： A review. International Journal of Food Science and Technology， 2021， 5： 623-626.
24	Zhu S W， Liu J G， Yuan H C， et al. Effects of litter on growth and physiological properties of Pinus sylvestris var. mongolica seedlings. Journal of Forest and Environment， 2023， 43（3）： 287-294.
	朱帅威，刘建功，袁泓昌，等. 凋落叶对樟子松幼苗生长和生理特性的影响. 森林与环境学报， 2023， 43（3）： 287-294.
25	Liu C， Chen X D， Wu M， et al. Allelopathic effects of Phragmites communis leaves on the growth and physiobiochemical characteristics of Solidago canadensis. Acta Prataculturae Sinica， 2014， 23（3）： 182-190.
	刘成，陈晓德，吴明，等. 芦苇叶片化感作用对加拿大一枝黄花生长及生理生化特性的影响. 草业学报， 2014， 23（3）： 182-190.
26	Gao Y， Xue Y H， Liu S P. Advances in antioxidative stress metabolism in plants. Biotic Resources， 2019， 41（1）： 14-21.
	高媛，薛艳红，刘士平. 植物抗氧化动态平衡研究进展. 生物资源， 2019， 41（1）： 14-21.
27	Guo Z Y， Jia W Q， He S L， et al. Allelopathic effects of extracts of Sonchus asper on seed germination and seedling growth of three herbaceous flower species. Acta Prataculturae Sinica， 2022， 31（9）： 96-106.
	郭英姿，贾文庆，何松林，等. 花叶滇苦菜浸提液对3种花卉种子萌发和幼苗生长的化感作用. 草业学报， 2022， 31（9）： 96-106.

草种 Grass variety	方差来源 Source of variation	发芽率 Germination percentage	发芽势 Germination potential	发芽指数 Germination index	发芽时间 Germination time
紫花苜蓿 M. sativa	树种Varieties of trees （V）	37.61**	135.61**	493.46**	7.62**
	浸提液浓度Extract concentration （E）	61.86**	137.48**	294.47**	7.38**
	树种×浸提液浓度V×E	16.01**	30.25**	51.76**	3.39**
黑麦草 L. perenne	树种Varieties of trees	1.48	0.35	1.44	7.65**
	浸提液浓度Extract concentration	80.46**	210.49**	40.17**	25.77**
	树种×浸提液浓度V×E	2.37*	5.20**	0.33	5.12**

草种 Grass variety	方差来源 Source of variation	发芽率 Germination percentage	发芽势 Germination potential	发芽指数 Germination index	发芽时间 Germination time
紫花苜蓿 M. sativa	树种Varieties of trees （V）	37.61**	135.61**	493.46**	7.62**
	浸提液浓度Extract concentration （E）	61.86**	137.48**	294.47**	7.38**
	树种×浸提液浓度V×E	16.01**	30.25**	51.76**	3.39**
黑麦草 L. perenne	树种Varieties of trees	1.48	0.35	1.44	7.65**
	浸提液浓度Extract concentration	80.46**	210.49**	40.17**	25.77**
	树种×浸提液浓度V×E	2.37*	5.20**	0.33	5.12**

浸提液 Extraction	草种 Grass variety	处理 Treatment	发芽率 Germination percentage （%）	发芽势 Germination potential （%）	发芽指数 Germination index	发芽时间 Germination time （d）
苹果 M. pumila	黑麦草 L. perenne	CK	94.00±1.00A	91.00±1.15A	0.13±0.00A*	2.67±0.88C
		L	84.67±2.33Bb*	82.33±1.45Aa*	0.13±0.00ABa*	2.00±0.58Cb
		M	88.33±1.67Ba*	65.00±7.09Ba*	0.13±0.00Ba*	4.67±0.33Ba
		H	73.33±2.73Ca*	29.67±5.17Cab*	0.12±0.00Ca*	6.67±0.33Aa*
		E	64.00±2.65Dab	12.33±1.33Db*	0.11±0.00Ca*	6.67±0.33Ab*
	紫花苜蓿 M. sativa	CK	93.67±1.86A	93.67±1.86A	0.15±0.00A*	2.33±0.33B
		L	93.33±0.88Aa*	92.00±0.58Aa*	0.15±0.00Ba*	3.67±0.33Aa
		M	96.33±0.33Aa*	95.33±0.33Aa*	0.15±0.00Aa*	4.67±0.33Aa
		H	93.67±2.91Aa*	93.67±2.91Aa*	0.15±0.00Ba*	2.00±0.58Bb*
		E	68.67±0.88Ba	62.00±2.00Ba*	0.14±0.00Ca*	4.33±0.33Aa*
红枣 Z. jujuba	黑麦草 L. perenne	CK	94.00±1.00A	91.00±1.15A	0.13±0.00A*	2.67±0.88A
		L	89.67±2.33Aab	56.00±3.06Cb*	0.13±0.00Bb*	5.67±0.33Aa
		M	91.33±3.18Aa	70.00±5.51Ba*	0.13±0.00Ba*	5.33±0.33Aa*
		H	72.67±2.19Ba*	39.67±1.86Da*	0.12±0.00Ca*	5.00±0.58Ab*
		E	69.00±2.08Ba*	23.67±3.18Ea*	0.12±0.00Da*	6.00±0.00Ab
	紫花苜蓿 M. sativa	CK	93.67±1.86A	93.67±1.86A	0.15±0.00A*	2.33±0.33A
		L	94.67±2.33Aa	93.00±1.53Aa*	0.14±0.00Bb*	3.33±1.20Aa
		M	91.33±2.40ABab	91.33±2.40Aa*	0.14±0.00Bb*	2.67±0.33Ab*
		H	85.67±0.33BCab*	84.33±0.67Ba*	0.14±0.00Bb*	2.67±0.33Ab*
		E	82.00±2.65Ca*	69.33±3.18Ca*	0.13±0.00Cb*	4.33±0.67Aa
核桃 J. regia	黑麦草 L. perenne	CK	94.00±1.00A	91.00±1.15A	0.13±0.00A*	2.67±0.88B
		L	92.33±1.20Aa	75.33±2.91Ba*	0.13±0.00Bb*	6.67±0.33Aa*
		M	89.33±0.67Aa	66.33±6.74Ba	0.13±0.00Ba*	5.67±0.67Aa
		H	74.67±3.76Ba	26.33±1.86Cb	0.12±0.00Ca*	7.00±0.00Aa*
		E	54.67±5.61Cb*	13.00±2.00Dc*	0.11±0.00Ca*	7.00±0.00Aa*
	紫花苜蓿 M. sativa	CK	93.67±1.86A	93.67±1.86A	0.15±0.00A*	2.33±0.33C*
		L	88.67±2.03ABa	85.67±1.86ABb*	0.14±0.00Bc*	4.33±0.33ABa*
		M	87.67±2.33ABb	79.33±3.84Bb	0.13±0.00Bc*	5.33±0.67Aa*
		H	75.67±7.84Bb	37.00±8.39Cb	0.12±0.00Cc*	5.33±0.33Aa*
		E	19.67±8.09Cb*	4.67±1.33Db*	0.12±0.00Cc*	4.00±0.00Ba*

浸提液 Extraction	草种 Grass variety	处理 Treatment	发芽率 Germination percentage （%）	发芽势 Germination potential （%）	发芽指数 Germination index	发芽时间 Germination time （d）
苹果 M. pumila	黑麦草 L. perenne	CK	94.00±1.00A	91.00±1.15A	0.13±0.00A*	2.67±0.88C
		L	84.67±2.33Bb*	82.33±1.45Aa*	0.13±0.00ABa*	2.00±0.58Cb
		M	88.33±1.67Ba*	65.00±7.09Ba*	0.13±0.00Ba*	4.67±0.33Ba
		H	73.33±2.73Ca*	29.67±5.17Cab*	0.12±0.00Ca*	6.67±0.33Aa*
		E	64.00±2.65Dab	12.33±1.33Db*	0.11±0.00Ca*	6.67±0.33Ab*
	紫花苜蓿 M. sativa	CK	93.67±1.86A	93.67±1.86A	0.15±0.00A*	2.33±0.33B
		L	93.33±0.88Aa*	92.00±0.58Aa*	0.15±0.00Ba*	3.67±0.33Aa
		M	96.33±0.33Aa*	95.33±0.33Aa*	0.15±0.00Aa*	4.67±0.33Aa
		H	93.67±2.91Aa*	93.67±2.91Aa*	0.15±0.00Ba*	2.00±0.58Bb*
		E	68.67±0.88Ba	62.00±2.00Ba*	0.14±0.00Ca*	4.33±0.33Aa*
红枣 Z. jujuba	黑麦草 L. perenne	CK	94.00±1.00A	91.00±1.15A	0.13±0.00A*	2.67±0.88A
		L	89.67±2.33Aab	56.00±3.06Cb*	0.13±0.00Bb*	5.67±0.33Aa
		M	91.33±3.18Aa	70.00±5.51Ba*	0.13±0.00Ba*	5.33±0.33Aa*
		H	72.67±2.19Ba*	39.67±1.86Da*	0.12±0.00Ca*	5.00±0.58Ab*
		E	69.00±2.08Ba*	23.67±3.18Ea*	0.12±0.00Da*	6.00±0.00Ab
	紫花苜蓿 M. sativa	CK	93.67±1.86A	93.67±1.86A	0.15±0.00A*	2.33±0.33A
		L	94.67±2.33Aa	93.00±1.53Aa*	0.14±0.00Bb*	3.33±1.20Aa
		M	91.33±2.40ABab	91.33±2.40Aa*	0.14±0.00Bb*	2.67±0.33Ab*
		H	85.67±0.33BCab*	84.33±0.67Ba*	0.14±0.00Bb*	2.67±0.33Ab*
		E	82.00±2.65Ca*	69.33±3.18Ca*	0.13±0.00Cb*	4.33±0.67Aa
核桃 J. regia	黑麦草 L. perenne	CK	94.00±1.00A	91.00±1.15A	0.13±0.00A*	2.67±0.88B
		L	92.33±1.20Aa	75.33±2.91Ba*	0.13±0.00Bb*	6.67±0.33Aa*
		M	89.33±0.67Aa	66.33±6.74Ba	0.13±0.00Ba*	5.67±0.67Aa
		H	74.67±3.76Ba	26.33±1.86Cb	0.12±0.00Ca*	7.00±0.00Aa*
		E	54.67±5.61Cb*	13.00±2.00Dc*	0.11±0.00Ca*	7.00±0.00Aa*
	紫花苜蓿 M. sativa	CK	93.67±1.86A	93.67±1.86A	0.15±0.00A*	2.33±0.33C*
		L	88.67±2.03ABa	85.67±1.86ABb*	0.14±0.00Bc*	4.33±0.33ABa*
		M	87.67±2.33ABb	79.33±3.84Bb	0.13±0.00Bc*	5.33±0.67Aa*
		H	75.67±7.84Bb	37.00±8.39Cb	0.12±0.00Cc*	5.33±0.33Aa*
		E	19.67±8.09Cb*	4.67±1.33Db*	0.12±0.00Cc*	4.00±0.00Ba*

草种 Grass variety	方差来源 Source of variation	叶绿素含量 Chlorophyll concent	根系活力 Root activity	丙二醛含量 Malondialdehyde content	POD活性 Peroxidase activity	CAT活性 Catalase activity
紫花苜蓿 M. sativa	树种Varieties of trees （T）	7.86**	13.37*	49.62**	1.55	1201.04**
	浸提液浓度Extract concentration （EC）	10.33**	2.94*	7.53**	0.89	201.13**
	树种×浸提液浓度T×EC	4.22**	2.62*	5.97**	0.42	270.64**
黑麦草 L. perenne	树种Varieties of trees	59.31**	11.77**	44.91**	168.32**	241.79**
	浸提液浓度Extract concentration	16.17**	0.98	6.99**	167.70**	47.33
	树种×浸提液浓度T×EC	6.67**	1.65	9.60**	77.11**	51.13**