杨树品种更替连作对土壤生态环境的影响及外源酚酸的化感效应

论文摘要

杨树人工林由于多代连作导致了严重的地力衰退,土壤生态环境恶化,林分生产力下降。以往人工林地力衰退研究主要集中在气候、土壤、人工林群落结构及其功能、土壤微生物种群区系变化、栽培措施等方面,对杨树人工林连作效应、特别是品种更替连作效应及外源酚酸类物质化感效应缺少必要的研究。为进一步揭示杨树人工林地力衰退的机理,探索切实可行的维持林地生产力的技术和方法,本文对山东莒县境内的杨树品种更替连作林地土壤生态环境进行了研究,并采用外源添加方法研究了阿魏酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸和香草醛对土壤酶、土壤微生物和杨树苗木的化感效应。主要研究结果表明:1.杨树品种更替连作与非更替连作相比,土壤的生态环境有明显的改善:杨树品种更替连作林地的pH值均显著高于作为对照林地的非更替连作林地,有效减轻了土壤酸化。品种更替连作林地土壤有机质含量、林地细菌、真菌、放线菌和土壤微生物总量都高于非更替连作,土壤脲酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性更替连作林地高于非更替连作林地,过氧化氢酶活性低于非更替连作。2.阿魏酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸和香草醛五种物质在杨树人工林林地土壤中均被HPLC检出。五种物质在杨树人工林林地土壤中存在一定的积累,随着杨树连作代数的增加,阿魏酸的含量逐渐降低,苯甲酸和肉桂酸含量则增加。杨树人工林林地中以对羟基苯甲酸的含量最高,肉桂酸含量最低,五种酚酸类物质总量在二代林根际土壤中最多,更替三代林次之,一代林最少,不同连作类型之间差异显著。3.酚酸物质对土壤微生物具有明显的化感效应。真菌数量随着阿魏酸、肉桂酸和香草醛浓度的增加而先增大后降低,随着苯甲酸浓度的增大而增大,真菌在阿魏酸和香草醛50μg·g-1浓度时达到最大数量,在肉桂酸100μg·g-1浓度时达到最大。放线菌数量随着阿魏酸、苯甲酸和肉桂酸浓度增大表现出先增加后降低的趋势,对羟基苯甲酸和香草醛则对放线菌表现为抑制作用,且抑制程度随着浓度的增大而加强。氨化细菌数量在经过阿魏酸、对羟基苯甲酸和香草醛50μg·g-1、100μg·g-1和200μg·g-1三个浓度处理后比对照显著增加,且均在100μg·g-1浓度处理时氨化细菌数量达到最大;只有苯甲酸和肉桂酸在200μg·g-1浓度时表现为抑制作用。随着苯甲酸和香草醛处理浓度的增加,纤维素分解菌的数量先增加后降低。阿魏酸、对羟基苯甲酸和肉桂酸不同浓度均对纤维素分解菌均表现为不同程度的抑制作用。五种酚酸对亚硝酸细菌表现为较强的抑制作用,亚硝酸细菌的数量大幅度下降,其中对羟基苯甲酸的抑制作用最强,香草醛的抑制作用最弱。4.五种酚酸对土壤酶具有明显的化感效应。阿魏酸、苯甲酸、对羟基苯甲酸、肉桂酸、香草醛五种物质50μg·g-1、100μg·g-1和200μg·g-1均对脲酶产生抑制作用,且抑制作用随着浓度的增加而加强,酚酸对脲酶的抑制程度为肉桂酸>对羟基苯甲酸>阿魏酸>苯甲酸。过氧化氢酶活性在苯甲酸和对羟基苯甲酸上述三个浓度酚酸处理下活性上升,且随着浓度增加活性增强,但肉桂酸和香草醛处理在高浓度时活性增强程度有所下降,阿魏酸则在高浓度下表现为抑制作用。过氧化物酶活性在阿魏酸50μg·g-1浓度下增强,在100μg·g-1和200μg·g-1浓度表现抑制作用;苯甲酸和肉桂酸则只在200μg·g-1起到为抑制作用,香草醛三个浓度对过氧化物酶活性均表现为刺激作用,对羟基苯甲酸作用规律不明显。五种酚酸对多酚氧化酶均表现为抑制作用,且随着浓度的增加,抑制作用加强,抑制作用为阿魏酸>苯甲酸>对羟基苯甲酸。香草醛在低浓度时的抑制作用较小,但在高浓度下抑制作用强于上述三种酚酸。5.五种外源酚酸处理可以对杨树水培苗产生逆境胁迫。酚酸处理导致细胞膜的完整性受损,细胞膜功能紊乱,促使膜透性增加,致使组织内电解质大量外渗,相对电导率上升,而且随着酚酸浓度的增加,组织遭受破坏的程度就越严重。五种酚酸均能使根系活力降低,且酚酸浓度越大,降低幅度越大,根系活力越低,根系受到的损害越大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 杨树人工林地力衰退研究现状
• 1.3 化感作用研究进展
• 1.3.1 化感作用的概念
• 1.3.2 化感物质的种类和鉴定
• 1.3.3 化感物质的产生机制和来源
• 1.3.4 化感物质作用机理的研究
• 1.3.5 化感物质的转化和降解
• 1.3.6 化感作用在生产中的应用
• 2 材料和方法
• 2.1 试验地概况
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 品种更替连作试验
• 2.2.2 酚酸类物质积累试验
• 2.2.3 外源酚酸化感试验
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 土壤样品的采集
• 2.3.2 土壤化感物质的测定
• 2.3.3 土壤养分的测定
• 2.3.4 土壤微生物的测定
• 2.3.5 土壤酶的测定
• 2.3.6 生理指标的测定
• 2.4 数据处理
• 3 结果与分析
• 3.1 品种更替连作对林地土壤生态环境的影响
• 3.1.1 更替连作对土壤养分及pH 值的影响
• 3.1.2 更替连作对林地土壤酶活性的影响
• 3.1.3 更替连作对林地土壤微生物的影响
• 3.1.4 土壤酶活性影响因子的相关性分析
• 3.1.5 土壤微生物影响因子的相关性分析
• 3.2 品种更替连作对酚酸物质累积的影响
• 3.3 外源酚酸物质对土壤微生物的影响
• 3.3.1 外源酚酸物质对真菌的影响
• 3.3.2 外源酚酸物质对放线菌的影响
• 3.3.3 外源酚酸物质对细菌的影响
• 3.4 外源酚酸物质对土壤酶的影响
• 3.4.1 外源酚酸物质对脲酶的影响
• 3.4.2 外源酚酸物质对过氧化氢酶的影响
• 3.4.3 外源酚酸物质对过氧化物酶的影响
• 3.4.4 外源酚酸物质对多酚氧化酶的影响
• 3.5 外源酚酸对杨树水培苗根系的影响
• 3.5.1 外源酚酸物质对根系细胞膜透性的影响
• 3.5.2 外源酚酸物质对根系活力的影响
• 4 讨论
• 4.1 土壤微生物在酚酸降解过程中发挥重要作用
• 4.2 更替连作是人工林地力维持的有效措施
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况