近几年较多的相关研究表明,人工林多代连作后的地力之所以衰退是由于是林地土壤有毒物质(主要为化感物质,如酚酸)的累积。植物化感物质(Plant Allelochemicals)的自毒作用不但给植物自身的生长发育带来显著的不利影响,同时其化感作用也会影响生长在其周围的植物,更可怕的是化感物质也对土壤的理化性质造成了一定的影响,进而再度影响植物的吸收和生长。酚酸是连作后产生的典型的化感物质,能直接或间接地影响自身或其他植物、微生物的生长和分布,是导致连作障碍的主要因子。酚酸类物质对植物的伤害是从对根系(包括形态和生理方面)的伤害开始的,由于植物根系直接与土壤环境接触,并且从土壤中吸收所需的营养元素与水分,进一步影响植物地上部分(茎与枝叶)的生长发育。长期下来,植物的干物质积累过程会受到极大的冲击,严重阻碍了农林业的可持续发展。目的:探讨酚酸累积对杨树光合作用性能和苗木生物量的影响,从光合作用角度揭示酚酸环境对杨树生长的抑制作用与生理机制。方法:因此,在前人研究工作的基础上,以一年生I-107(Populus euramericana cv.?Zhonglin46‘)杨树幼苗为实验材料,在山东农业大学林学实验站,对先前生长环境一致并且长势也基本相同的杨树幼苗施加不同浓度的外源酚酸,通过测定杨树苗木在不同酚酸浓度下的光响应过程、光合日变化、叶绿素荧光参数、叶绿素(Chl)含量等指标,荧光参数、光谱特征以及相关酶活性,探讨酚酸累积对杨树光合作用性能和苗木生物量的影响,从光合作用角度揭示酚酸环境对杨树生长的抑制作用与生理机制。结果:(1)在培养基质中施加酚酸后,杨树的根系活力有所降低,尤其是在高酚酸浓度下,根系活力迅速下降并且保持在较低的水平;(2)随酚酸浓度增加,叶绿素(Chl)含量下降;在相同光强下,酚酸浓度在不断增加的过程中,净光合速率(Pn)呈现出显著降低的趋势,同时伴随着光合量子效率(Φ)的显著降低,说明施加外源酚酸后,各处理组出现了不同程度的光抑制现象,且酚酸处理下光补偿点(LCP)增加,表明杨树光和机构对弱光的利用能力降低,而暗呼吸速率(Rd)的降低意味着杨树叶片的生理活动随酚酸浓度的增大而降低;最大净光合速率(Pnmax)也降低,导致光合机构受到一定程度的破坏,光合机构运转状态变差;(3)各处理下杨树光合作用日变化过程均出现不同程度的光合“午休”现象,且随酚酸浓度的变化光合“午休”的原因不同,如CK~T2是由于气孔限制(即由于气孔开度降低引起光合作用原料—CO2供应受阻),高酚酸浓度下(T3~T5)则是由于非气孔限制(即酚酸导致杨树叶片的光合机构受到损伤,使叶肉细胞光合能力下降,CO2与H2O的利用效率降低);(4)随酚酸浓度的增大,初始荧光(Fo)显著提高,这意味着PSⅡ反应中心遭到破坏或可逆失活,而最大荧光(Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、最大光化学效率(Fv/Fm)下降,说明酚酸处理的杨树产生了光抑制现象,光化学淬灭(qP)同时下降,说明光合作用天线色素将吸收的光能往光化学反应方向分配的光能的减少;同时通过非光化学淬灭(NPQ)与叶黄素循环脱环氧化程度均增加,说明叶片通过NPQ与叶黄素循环的过程以热耗散途径消耗的过剩光能明显增加,此时,酚酸胁迫下的杨树启动自身的保护机制,过剩光能的耗散能使光合机构减少或免受过剩光能的破坏,阻止或降低由于激发能积累引起的PSⅡ的损害,减少光氧化或光漂白的发生,在一定程度上缓解过剩光能对光合作用系统的影响;(5)随酚酸浓度增加,杨树叶片丙二醛(MDA)含量逐渐增加,说明酚酸导致叶片光合机构的膜系统遭受破坏,膜脂过氧化程度加剧;杨树叶片内的超氧化物歧化酶(SOD)活性与过氧化物酶(POD)活性均先增加后降低,在低酚酸浓度下,SOD与POD活性增加,活性氧的清除能力增加以减轻对光合作用机构伤害,但较高浓度下杨树叶片的SOD与POD活性降低,说明杨树叶片的抗氧化系统受到损害,致使多种保护酶活性的下降;(6)植株铵态氮(NH4+-N)含量以及叶片氮素含量指标(NDCI)均表现为随酚酸含量的增加逐渐降低的趋势,说明外源酚酸的施加不利于杨树的氮素积累。结论:施加酚酸后,杨树的根系活力有所降低,即外源酚酸削弱了根系的吸收能力、合成能力、氧化能力和还原能力;酚酸导致杨树叶片对强光的适应与利用效率降低,对弱光的利用效率降低,并产生光抑制现象;酚酸导致光和系统PSⅡ反应中心破坏或可逆失活,PSⅡ的电子传递情况减弱。