林地土壤对毛红椿种子萌发及幼苗建成的模拟实验.pdf 7页

'中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn林地土壤对毛红椿种子萌发及幼苗建成的#模拟实验1,3234**郭晓燕，张露，苏恒，梁跃龙5（1.江西农业大学生物科学与工程学院，江西南昌330045；2.江西特色林木资源培育与利用2011协同创新中心，江西南昌330045；3.江西农业大学林学院，江西南昌330045；4.江西九连山国家级自然保护区江西龙南341700）摘要：在江西九连山国家级自然保护区内毛红椿3个天然优势群落（大丘田、电站、虾公塘），10分别取林下土即距离毛红椿结实母株和非结实母株的2.5m、5m、7.5m处的根区土壤和远离同种大树的非根区土壤，以非林地土（新鲜河沙、沙壤土和菜地土）为对照，通过实验室模拟播种和真菌感染实验，来探讨不同土壤对毛红椿种子萌发和幼苗保存的影响。结果表明：九连山毛红椿天然群落林下土对种子发芽无显著差异，但幼苗保存率显著低于非林地土；根区土的毛红椿幼苗死亡速度快于非根区土，幼苗存活率显著低于非根区土；距母树3个不同15距离或母株结实与否等根区土的幼苗存活率差异均不显著；根区土壤真菌RS2、RS5为幼苗潜在致病菌，根系分泌物和致病菌的互作能够显著降低幼苗保存率。关键词：毛红椿；种子萌发；幼苗存活;土壤真菌中图分类号：20SimulationExperimentofForestSoilonSeedGerminationandSeedlingSurvivalinToonaciliatavar．pubescens1,3234GUOXiaoyan,ZHANGLu,SUHeng,LIANGYuelong(1.Collegeofbioscienceandbioengineering,JiangxiAgriculturalUniversity,JiangxiNanchang330045;252.2011CollaborativeInnovationCenterofJiangxiTypicalTreesCultivationandUtilization,JiangxiNanchang,330045;3.CollegeofForestry,JiangxiAgriculturalUniversity,JiangxiNanchang330045;4.JiulianshanNationalNatureReserve,JiangxiLongnan341000)Abstract:TofindoutthereasonofthedifficultyinnaturalregenerationofToonaciliatavar.30Pubescens,soilsampleswerecollectedfromrootzoneofthespecies’fruitingnon-fruitingtreesaswellasfarawayfromthetreesinitsthreedifferentnaturalforeststands(Daqiutian、Dianzhan、Xiagongtang)inJiulianshanNationalNatureReserve.Seedgerminationtrialsonsoilswerecarriedoutinthelaboratorywithnonforestsoil(sand,sandysoil,vegetablesoil)asthecontrol.Seedlingcultivationtrialsinsoilswerecarriedoutinlaboratorywithrootirrigationbyfungalsporesuspensionandroot35exudatestostudytheeffectsofrootzonesoilfungiRS2,RS3,RS5onseedlingsurvivalofT.ciliatavar.Pubescens.Theresultsshowthattherearenosignificantdifferencesbetweenforestsoilandnonforestsoilingerminationrate，butseedlingsurvivalratewassignificantlylowerthanthatofnonforestsoil;Theseedlingsinrootzonesoildiedsoonerthanthoseinnonrootzonesoilanditssurvivalrateissignificantlylowerthanthatofnonrootzonesoil;Therewasnosignificantdifferenceinseedlings40survivalrateofrootzonesoilbetweenanytwoof3differentdistancesfromitsmothertreesaswellasbetweenfruitingandnon-fruitingtrees;Soil-bornefungiRS2andRS5werepotentialpathogens,andtheinteractionbetweenrootexudatesandpathogenscouldsignificantlyreducetheseedlingsurvivalrate.Keywords:Toonaciliatavar.Pubescens;seedgermination;seedlingssurvival;soil-bornefungal基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（20123603110002）；国家自然科学基金项目（31360171）作者简介：郭晓燕（1970-），女，讲师，主要研究方向：植物与微生物互作通信联系人：张露（1964-），女，教授，博士生导师，主要研究方向：珍贵阔叶树繁育理论与技术.E-mail:zhlu856@163.com-1- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn450引言[1,2]作为我国二级保护物种之一的毛红椿(Toonaciliatavar.pubescens)，因其速生、珍[3,4]贵、濒危，近年来越来越受到学者关注。目前在毛红椿天然种群生态特征、群落结构特[5][2][6,7][8,9]征、群体遗传结构、结实特性及生殖力，种子萌发的影响因素和毛红椿资源保护[10-12]对策和育苗技术等方面开展了研究，本课题组探讨天然林毛红椿种子库、林下幼苗数量、[3,6,9]50基株个体大小和枯落物厚薄等生境因素影响毛红椿天然更新。植物种群更新限制主要来自三种机制：种子可获得性低，导致有效传播率低，引起种源限制；种子不能扩散到合适地点而受到传播限制；扩散到微生境后，受生物和非生物因素影[13-15]响而不能生长成幼树，导致建成限制。微生境生态因子常包含多种限制因素，如土壤、[16]水分、光照、枯落物、植物邻居等，决定着幼树建成，不同种植物中主导因子存在差异。[17]55土壤作为林木生长的重要生态因子，其物理、化学及生物学性质直接影响森林的更新过程[18]森林群落植物的组成及分布，还与其森林系统根系分泌物的化感效应存在密切联系。本文在毛红椿天然优势群落中，研究根区土壤、土壤真菌及土壤性质等对种子萌发和幼苗建成影响，研究结果有助于寻找制约该物种生存和发展的主要因子，更好理解毛红椿天然更新障碍因素，为珍稀阔叶树种致濒提供有效的保护策略和保育技术。601材料与方法1.1材料2015年3月在江西九连山国家自然保护区大丘田、电站和虾公塘等3个毛红椿天然林群落，选定毛红椿结实和非结实母树各3株，以较小径级基株受邻体干扰的有效距离10m为限，在距离母树2.5m、5m和7.5m处采集除去枯落物0-10cm表层土壤作为根区土和远65离母树25m以外土壤作为非根区土带回学校，3个群落及母树基本情况见表1。以新鲜河沙、沙壤土、菜地土为对照，其中沙壤土为细沙与黄壤土按7:3比例均匀混合待用，供试毛红椿种子采自九连山毛红椿天然林群落母树。表1九连山毛红椿天然林群落及母树基本情况Tab.1Geographiclocationandtheparenttreesof3naturepopulationsToonaciliatavar．pubescensinJiulian70Mountain样地地貌海拔经度纬度毛红椿结实非结实名称类型相对密度母树胸径母树胸径大丘田山谷501114°26′E24°34′N37.9340.539.5电站山坡575114°30′E24°36′N49.2235.524.0虾公塘山谷760114°27′E24°36′N22.2235.028.71.2方法1.2.1室内模拟播种实验2015年4月，用0.3%的高锰酸钾溶液对毛红椿种子消毒30min，再用蒸馏水清洗残液。75将取回的不同距离母树的根区土、非根区土和沙壤土、河沙、菜地土分别装入培养盒，在其中分别播20粒种子，放入光照培养箱，设置光照时间14h/d，温度25℃，5次重复。观察记录种子发芽数及幼苗存活情况，连续记录23d，计算毛红椿种子发芽率、幼苗存活率。-2- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn种子发芽率（%）=（种子发芽数/种子数）×100%保存率（%）=（实验结束时存活幼苗数/种子发芽数）×100%801.2.2根区土壤真菌与根系分泌物灌根接种幼苗真菌分离：称取5g毛红椿根区土，梯度稀释法制成土壤悬液，接种至ABPDA培养基（PDA培养基内加100mg/L链霉素和100mg/L青霉素），28℃恒温培养获得单菌落，采用划线分离法纯化菌株，得到根区土壤真菌，接种至PDA培养基斜面上保存待用。收集毛红椿根系分泌物：取一年生毛红椿幼苗，洗净根系泥土，在1000mL蒸馏水的容器中85放置24h，收集水培液，过滤除菌待用。感染用幼苗培养：在121℃间歇灭菌3次的沙壤土内播种消毒后毛红椿种子，培养至幼苗萌发出初生叶。接种：随机选取3个真菌，用无菌水和根系分泌物分别将供试真菌孢子配成浓度为1×710个/mL的无菌水真菌孢子悬液和根系分泌物真菌孢子悬浮液，以无菌水（W）和根系分90泌物(R)为对照，用量均为10mL，对毛红椿幼苗进行灌根接种，8种处理，3次重复。设置28℃黑暗处理24h后，再置于光照14h/d，温度25℃，相对湿度80%-90%的培养箱内培养。期间补充相应的无菌水或根系分泌物，连续观察15d，记录菌丝和幼苗生长情况，计算幼苗存活率。1.2.3数据处理95采用SPSS17.0统计软件和Excel2007进行统计和数据分析，不同处理间参数的差异采用Student-Newman-Keuls法进行多重比较（P<0.05）。2结果与分析2.1毛红椿林下土壤对毛红椿实生更新的影响2.1.1不同类型土壤对毛红椿种子萌发规律的影响100在不同类型土壤中，毛红椿种子萌发规律基本一致，即第4d开始萌发，第8-11d达到高峰（其中林地土种子萌发数第8天达到峰值,稍早于三个对照,河沙第11d达高峰），幼苗数呈先上升后下降的趋势,林地根区土幼苗数下降速度快于非根区土和非林地土,12d以后非根区土幼苗数均高于根区土，而对照土壤幼苗保存数均高于根区土壤（图1）。105A.非结实株林下土B.结实株林下土C.非林地土与林下根区土图1毛红椿种子萌发与幼苗变化规律Fig.1TheseedgerminationandseedlingsvariationofToonaciliatavar.-3- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn2.1.2不同样地土壤对毛红椿种子发芽与幼苗保存的影响110对不同样地土壤毛红椿种子发芽率与幼苗保存率的方差分析表明：九连山毛红椿大丘田、电站、虾公塘等3个群落的林地土种子发芽率（69.76%-75.00%）与河沙、沙壤土、菜地土3个对照种子发芽率（61.67%-78.33%）无显著差异，但幼苗保存率与对照存在显著性差异（F=6.26，P=0.001﹤0.05），林地土幼苗保存率较低，仅34.77%-41.85%（表2）。表2不同样地土壤毛红椿种子发芽率与幼苗保存率方差分析结果115Tab.2One-wayANOVAresultofseedgerminationratesandseedlingpreservationofToonaciliatavar.pubescenssowedinsoilofdifferentsamplingpoints大丘田虾公塘电站河沙沙土菜地土发芽率%69.76±7.16a72.85±10.17a75.00±5.09a61.67±7.64a76.67±7.63a78.33±10.40a保存率%41.85±16.09b34.77±16.77b39.84±16.41b74.78±11.04a67.60±3.46a72.75±12.35a注：不同小写字母间表示差异显著(P<0.05)，下同。2.1.3根区土壤对毛红椿种子发芽与幼苗保存的影响对毛红椿林地土（分根区、非根区）和非林地土（包括河沙、沙壤土、菜地土）种子发120芽率和幼苗保存率方差分析（表3）表明，毛红椿根区土、非根区土和非林地土种子发芽率无显著差异，而根区土与非根区土、非林地土之间幼苗保存率存在极显著性差异（F=29.17，P=0.00﹤0.01），说明根区土对毛红椿幼苗保存有较大影响。表3不同处理毛红椿种子发芽率和幼苗保存率方差分析表Tab.3One-wayANOVAresultofseedgerminationratesandseedlingpreservationofToonaciliatavar.125pubescensofdifferenttreatment林地根林地非非林地结实树非结实树非根区离母树2.5离母树离母树7.5区土根区土土根区土根区土土m5.0mm发芽率71.94±7.76.11±6.72.27±8.70.19±8.73.71±6.876.11±6.73.05±11.71.94±6.070.83±6.784a74a58a78a6a74a26a9a2a保存率35.10±161.10±2.71.71±9.28.99±141.22±12.61.10±2.32.19±15.37.84±14.35.27±12.3.91b72a05a3.04b53b72a98b71b94b2.1.4不同母树根区土壤对毛红椿种子发芽与幼苗保存的影响对毛红椿结实树、非结实树根区土及非根区土种子发芽率及幼苗保存率方差分析（表3）表明，毛红椿结实树、非结实树根区土与非根区土之间种子发芽率无显著性差异，但幼苗保存率存在极显著性差异（F=24.33，P=0.00﹤0.01）；结实树根区土和非结实树根区土之间毛130红椿种子发芽率及幼苗保存率不存在显著性差异，但结实树根区土种子发芽率及幼苗保存率均低于非结实树根区土，结实树根区土幼苗保存率(28.99%)比非结实树（41.22%）低29.67%。2.1.5母树不同距离根区土壤对毛红椿种子发芽与幼苗保存的影响对距母树不同距离根区土种子发芽率及幼苗保存率方差分析（表3）表明，2.5m、5.0m、7.5m处根区土之间毛红椿种子发芽率及幼苗保存率均无显著差异，说明在距母树一定周径135范围以内根区土对毛红椿种子发芽和幼苗保存影响一致。2.2根区土壤真菌及根系分泌物对毛红椿幼苗保存的影响对来自毛红椿天然群落中所有土样进行土壤pH值、含水量、蔗糖酶活性、纤维素酶活性、有机质、铵态氮、硝态氮等测定，除根区土pH值显著高于非根区土外，其它指标间均-4- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn无显著差异，且不同类型土壤指标与种子发芽率和幼苗保存率也无显著相关性。根区土死亡140幼苗株表现为苗茎或其叶子着生处感染褐化干枯而死，疑似真菌感染所致。为此，选取了毛红椿大丘田群落采集的根区土壤进行培养，分离出RS1-RS6等6株真菌，随机选择其中三株（RS2、RS3、RS5）为供试菌株，制备RS2、RS3、RS5孢子悬液，分别以无菌水（W）和根系分泌物(R)作为空白对照1和空白对照2，制成RS2W、RS3W、RS5W、RS2R、RS3R、RS5R及W、R等8种液体处理，对毛红椿健康幼苗进行灌根接种。根区土壤真菌RS2、145RS3均来自距毛红椿大树2.5m处根区土壤，RS5来自距毛红椿大树5m处根区土壤。图2根区土壤真菌孢子悬浮液对毛红椿幼苗存活率的影响Fig.2EffectsofrootzonesoilfungalsporesuspensiononthesurvivalofseedlingsofToonaciliatavar.150方差分析结果表明处理间具显著性差异（图2），无菌水W和根系分泌物R间没有区别，且幼苗保存率均高于所有真菌悬浮液；无菌水悬浮液RS2W、RS5W和根系分泌物悬浮液RS2R、RS5R的幼苗保存率均显著低于其相应的空白对照；RS3W和RS3R孢子悬浮液与无菌水W和根系分泌物R无显著性差异；RS2R、RS5R幼苗保存率显著低于RS2W、RS5W。从而表明RS2和RS5真菌可能为毛红椿潜在致病菌，且毛红椿根系分泌物能显著增强RS2和155RS5真菌的致病力。3讨论与结论3.1讨论[19,20]在林木更新过程中，更新幼苗的发生和存活，往往与同种成年树的位置有关。本文研究结果表明距离毛红椿母树2.5-7.5m范围内根区土幼苗存活率没有显著区别，但显著低160于距毛红椿成年大树较远处的毛红椿非根区土幼苗存活率。而10m是小径级毛红椿受邻体[4]干扰较强的范围，说明毛红椿种内的邻体干扰亦来自于母树影响范围内的土壤，但根区土壤在理化指标上与远离同种大树的非根区土壤并没有显著性差异。McCarthy-NeumannS和[21]IbanezI认为低的光照强度、高浓度的化感物质、高的取食压力和母树附近聚集的病原菌可能导致成年母树距离相关的幼苗死亡率。本文模拟实验是在室内相同光照条件下进行，亦165不存在取食压力问题，幼苗根系分泌物及根区真菌灌根培养结果表明根系分泌物单独作用并未影响幼苗存活率，但与某些菌同时作用却显著降低幼苗存活率。因此，推测毛红椿大树根区土壤病原菌可能是影响其幼苗更新的一个重要因素。母树地下根部是病原菌的仓库，而树下有限的光照条件更利于病原菌的繁殖。-5- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn[22]森林土壤中的真菌及细菌等在空间尺度上有很大的变异性，土壤中病原菌对土壤的170改变，将不利于植物的生存和生长，特别是对原有植物种的扩展产生限制作用。在幼苗更新过程中这种限制作用表现为距同种成年树越近，幼苗死亡率越高。已经证实土传病害真菌引[23,24]起热带和亚热带森林幼苗密度或距离原因的死亡，这可能是由土传病原菌引起的植物–[25]土壤的负反馈作用对植物丰度的调节。近年来越来越多的学者认为，根系分泌物生态效[26,27]应的间接作用及土壤微生物区系紊乱是导致植物连作障碍形成的主要因素。175本文研究表明毛红椿结实树根区土幼苗保存率比非结实树低，但差异不显著；结实树和非结实树根区土在土壤pH值、水分、有机质、铵态氮、硝态氮含量、土壤蔗糖酶活性、纤维素酶活性等方面与非根区土壤均不存在显著性差异，说明土壤养分和水分并非是毛红椿结实的决定因素，光照可能是影响结实的重要因素。结实树根区土幼苗保存率比非结实树低并非土壤理化条件导致，可能是结实树下因土壤种子库种子霉变带来更多的病原菌，关于根系180分泌物和土壤病原菌对毛红椿实生更新的影响还有待进一步研究。3.2结论在不同类型土壤中，毛红椿种子萌发规律基本一致，呈先上升后下降的趋势；非林地土壤的幼苗保存率均高于林地土壤幼苗保存率，而根区土幼苗保存率最低；结实树根区土种子发芽率及幼苗保存率均低于非结实树根区土的，距母树2.5m、5.0m、7.5m处根区土之间185毛红椿种子发芽率及幼苗保存率均无显著差异。除毛红椿根区土壤pH值显著高于非根区土壤外，毛红椿根区土在土壤水分含量、蔗糖酶活性、纤维素酶活性、有机质、铵态氮、硝态氮方面与非根区土不存在显著性差异；毛红椿林下土壤各项指标与毛红椿种子发芽率及幼苗保存率无显著相关性，因幼苗死亡特征为病菌侵染，从根区土中分离出对毛红椿幼苗具有潜在致病性的真菌，根系分泌物对其具有致病190增强作用。[参考文献](References)[1]傅立国.中国植物红皮书(第1册)[M].北京:科学出版社,1991,142-669.[2]刘军,陈益泰,孙宗修,姜景民,何贵平,饶龙兵,吴天林.基于空间自相关分析研究毛红椿天然居群的空间遗195传结构[J].林业科学,2008,06:45-52[3]付方林,张露,杨清培,梁跃龙,陶丹.毛红椿天然林优势种群的种间联结性研究[J].江西农业大学学报,2007,29(6):982-987[4]杨清培,付方林,张露,梁跃龙,唐培荣,刘足根,郭晓燕..九连山自然保护区毛红椿天然林邻体干扰效应[J].江西农业大学学报,2013,04:748-754200[5]刘军,陈益泰,罗阳富,等.毛红椿天然林群落结构特征研究[J].林业科学研究,2010,16(01):93-97[6]黄红兰,张露,廖承开.毛红椿天然林种子雨、种子库与天然更新[J].应用生态学报,2012,23(4):972-978[7]黄红兰,张露,郭晓燕,梁跃龙,刘足根.九连山毛红椿种群的结实特性及其生殖力[J].林业科学,2013,49(7):170-174[8]张丽,张露.毛红椿种子萌发影响因素初探[J].林业科技开发,2011,06:51-56205[9]郭晓燕,张露,梁跃龙,袁生贵,邓邦良,雷先高.枯枝落叶物厚度影响毛红椿种子出苗的模拟研究[J].江西农业大学学报,2014,02:332-337[10]张汝忠,彭佳龙,王坚娅,万泽辉.毛红椿播种育苗技术及苗期生长规律研究[J].浙江林业科技,2007,04:51-53[11]孙洪刚,刘军,董汝湘,姜景民,刁松锋,李彦杰.水分胁迫对毛红椿幼苗生长和生物量分配的影响.林业科210学研究,2014,27(3):381387[12]唐强,李志辉,吴际友,文卫华,程勇,刘球.毛红椿无性系扦插繁殖试验研究[J].中南林业科技大学学报,2015,35(01):67-70.[13]MünzbergováZ,HerbenT.Seed,dispersal,microsite,habitatandrecruitmentlimitation:identificationoftermsandconceptsinstudiesoflimitations.Oecologia,2005，145:1-8215[14]CordeiroNJ,NdangalasiHJ,McEnteeJP,etal.DisperserlimitationandrecruitmentofanendemicAfrican-6- 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