【摘 要】
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桉树(Eucalyptus spp.)作为我国人工林第三大优势树种,在为区域经济做出巨大贡献的同时,也带来了生物多样性下降、地力衰退、化感作用等生态环境问题。营造人工混交林由于种间生态位分化、提高林分结构和环境异质性的复杂性,促进资源的有效利用、减少竞争提高木材质量和生产力。凋落物是植物在自然条件下释放化感物质的主要途径之一,目前桉树凋落物化感作用多关注其凋落物浸提液对受体植物的生理特征影响,难以
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:巨桉与桤木人工混交林地下生态作用研究(32171775);
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桉树(Eucalyptus spp.)作为我国人工林第三大优势树种,在为区域经济做出巨大贡献的同时,也带来了生物多样性下降、地力衰退、化感作用等生态环境问题。营造人工混交林由于种间生态位分化、提高林分结构和环境异质性的复杂性,促进资源的有效利用、减少竞争提高木材质量和生产力。凋落物是植物在自然条件下释放化感物质的主要途径之一,目前桉树凋落物化感作用多关注其凋落物浸提液对受体植物的生理特征影响,难以揭示桉树人工林凋落物化感物质释放受林龄、经营措施及环境因子等方面的影响。在自然条件下,混合凋落物由于树种不同的凋落物质量和理化特性其分解往往表现为非加合效应;且随着凋落物分解化感物质的释放和表达均会发生变化。为此,本研究以四川省丹棱县巨桉与4种当地典型树种人工混交林为研究对象,以巨桉纯林为对照,研究了巨桉不同比例混合凋落物及巨桉单一凋落物分解特征;凋落物分解过程中对受体植物生长和生理特征的影响;并通过UPLC-MS(超高效液相色谱-质谱联用)鉴定、分析巨桉凋落叶分解过程中化感物质含量变化,以期进一步揭示巨桉凋落物化感作用,为巨桉人工林科学经营提供理论依据。结果显示:1)在野外分解一年过程中,不同比例巨桉混合凋落物的分解速率有差异,在巨桉与不同树种混合凋落叶分解中,巨桉与桦木以3:7比例混合凋落叶处理(EB37)分解最快,为67.45%,其次为巨桉与桤木以5:5比例混合凋落叶处理(EA55),为64.35%,分解速率最慢的是巨桉与马尾松以3:7比例混合凋落叶处理(EP 37),为40.02%;凋落叶中C元素含量整体表现为先下降后上升再下降,N元素含量小幅度波动变化,在混合凋落叶分解中除巨桉与杉木以5:5比例混合凋落叶处理(EC55)外,其余混合处理P含量均呈波动性上升趋势。2)通过盆栽实验发现,巨桉混合凋落叶的添加能够抑制黑莎草的萌发及生长,随着分解时间的增加抑制作用减弱;在分解前期(0 d-20 d),除巨桉与桦木以7:3比例混合凋落叶(EB 73)和巨桉与桤木以3:7比例混合凋落叶(EA 37)处理外其余处理的黑莎草萌发率、苗重和苗高的化感指数均为负数,表现为抑制作用,随着凋落叶的分解,抑制作用减弱。在分解前期,巨桉与不同树种混合凋落叶分解下黑莎草叶片中SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量的化感指数多为负数,表现为抑制作用,而巨桉+桤木所有比例混合凋落叶下黑莎草叶片POD活性化感指数均为正数,巨桉+桦木、巨桉+杉木所有比例混合凋落叶的MDA含量化感指数均为正数,呈促进作用。因此巨桉混合凋落叶中化感物质对黑莎草叶片的抗性生理指标也产生了影响。3)通过UPLC-MS鉴定,未分解的巨桉凋落叶共检测到382种代谢物质,筛选出差异代谢物150种,其中潜在化感物质64种可分为5类,酚酸类物质25种、类黄酮21种和萜类8种,为主要的具有潜在化感作用的物质。随着凋落叶在野外自然分解,分解后的凋落叶中筛选出差异代谢物53种,潜在化感物质减少为12种,其中酚酸类5种、类黄酮2种和1种萜类物质,其相对含量均显著减少(P<0.05)。差异代谢物与环境因子相关性热图分析可知,土壤含水量对潜在化感物质的影响具有显著影响,土壤容重、土壤含水量、土壤有机质含量等环境因子对类黄酮、酚酸类、萜类和不饱和内酯类影响较大,对生物碱和非蛋白氨基酸类物质无显著影响。本研究说明,营造巨桉人工混交林影响了林下混合凋落物分解特征,减少了其中化感物质的释放、较纯林凋落物对受体的抑制作用减弱,其中巨桉+桤木人工混交林在减缓巨桉凋落物化感作用表达方面影响更为显著。因此,桤木可作为当地巨桉人工林改造的最优生态混交树种,研究结果为巨桉人工林的科学经营和管理提供了理论依据。
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