桉树与豆科树种混交林土壤中酚酸物质的环境行为_杨梅著_9787568057882

本书以桉树人工林纯林及其与厚荚相思、格木、降香黄檀的3种豆科树种混交林作为研究对象，对土壤中酚酸物质的积累规律及环境行为进行研究。分析不同林分中根际及非根际土壤酚酸物质的含量和种类的差异，并通过对酚酸物质在土壤中有吸附、解吸、滞留行为研究其累积机制，评价其对桉树幼苗生长、生理、养分吸收等过程的影响，揭示酚酸物质在桉树人工林土壤生态系统中的环境行为及其对桉树的生物学效应，从而为正确评价酸酸物质在桉树人工林地的作用提供科学依据，也为从化学生态学的角度提出短轮伐期桉树人工林合理的经营模式及适宜的混交树种提供理论参考及技术支持。

前言

在植物的生命活动过程中，酚酸物质是重要的次生代谢产物，其在调节植物生长发育、基因诱导表达、信号转导、生物固氮等方面具有重要作用。它也是土壤中存在的一类重要的有机物质，可通过植物根系的分泌、地上部分的淋洗、凋落物等有机物的腐解、微生物的活动等多种途径进入土壤，影响土壤中营养物质的有效形态及微生物种群的分布等，影响植物的生长与发育，在整个土壤生态系统中具有重要的环境反馈意义和调节功能。其中，酚酸物质的化感作用成为近年来国内外学术界关注的一大热点。有研究认为，酚酸物质在土壤中的积累是使作物产生连作障碍的重要因素之一。国内外学者陆续在研究黄瓜、水稻、小麦、大豆、甘蔗、番茄、西瓜、苜蓿等农作物时证实了这一观点，在根系分泌物、作物残茬、水提液中分离出具有生物毒性的酚酸物质，如对羟基苯甲酸、2,5二羟基苯甲酸、阿魏酸、苯丙烯酸、香草酸等，这些酚酸物质对植株的生长发育、多种生理代谢过程有抑制作用，会破坏细胞结构，并且土壤中酚酸物质的积累会对土壤微生物产生抑制作用。
近些年来，随着我国人工纯林多代连栽生产力下降问题的日益严重，森林土壤中的酚酸物质也开始引起众多学者的普遍关注。国内有关森林中酚酸物质化感作用的研究起始于对连栽杉木人工林减产问题的探讨，其被认为是导致杉木产生自毒作用而生产力下降的重要原因之一，如香草酸、对羟基苯甲酸、阿魏酸、肉桂酸等对杉木种子萌发、幼苗生长、光合作用、根系活力等方面具有抑制作用，同时也发现一些伴生树种对杉木自毒物质的活性产生了拮抗作用。在北方的杨树连作障碍研究中，有学者认为酚酸物质在连栽杨树人工纯林土壤中发生累积，影响杨树根系发育、根系活力、酶活性、养分吸收及微生物区系的变化。对2种模式植物（南方的杉木、北方的杨树）化感作用的研究认为，连栽导致酚酸物质的积累，并影响林地质量。但随着相关研究的不断开展，逐渐有不同的观点见于报道。目前关于林地酚酸物质的连作障碍研究多借鉴农作物的研究方法，并得出室内试验结果的推论。然而，酚酸物质的连作障碍问题是在设施农业的基础上发现并开展研究的，且农作物的生产周期短，但森林为开放的生态系统，且树木生长周期长，因此并不能从室内试验或个别林地的研究中得出酚酸物质导致林地中毒的可靠结论。有研究报道，杉木林和阔叶林土壤中酚酸物质的浓度远低于可使植物中毒的浓度，而且混交林土壤中水溶酚含量高于杉木纯林，因此连栽杉木林土壤中酚酸物质积累并导致中毒、生产力下降这一结论的可靠性值得商榷。
桉树是我国热带、亚热带地区极为重要的速生造林树种，而长期多代纯林连栽引发对林地生产力和林分稳定性的影响已引起人们的重视。营造桉树混交林逐渐增多，尤其是与豆科树种的混交得到重视，期望通过豆科树种的固氮作用改良土壤，实现桉树人工林的可持续经营。有研究表明，桉树通过淋溶释放、凋落物分解和根系分泌产生的某些化学物质可以抑制林内其他动植物及微生物的生长，从而导致林内群落结构简单。但桉树酚类化感物质克生作用的有关研究多在实验室内完成，酚酸物质在桉树人工林土壤中的化学生态作用有待进一步验证和探讨。
本书以土壤中重要的酚类化感物质——酚酸为关键点，较系统地研究了桉树人工纯林和混交林（桉树与马占相思混交林、桉树与降香黄檀混交林）土壤中酚酸物质种类组成、含量及其空间分布的变化规律，以及土壤中酚酸物质与土壤关键性营养元素有效性、酶活性及微生物之间的相互关系，并对酚酸物质进行生物评价，以阐明酚酸物质在桉树人工林土壤生态系统中的作用机理，为正确评价酚酸物质在桉树人工林地中的作用提供科学依据，也为从化学生态学的角度提出合理的短轮伐期桉树人工林经营模式及适宜的混交树种提供理论参考及技术支持。
全书共分七章：第1章为桉树与豆科树种混交林土壤中酚类物质的检测，对比分析了桉树人工纯林、桉树与马占相思混交林、桉树与降香黄檀混交林三种林地土壤中酚类物质的形态、酚酸物质的种类及含量的差异；第2章为桉树与豆科树种混交林土壤中酚酸物质的时空变化，对不同林分、不同土壤层次、不同季节土壤中酚酸物质积累的特征进行了研究与分析；第3章为桉树与豆科树种混交林土壤中酚酸物质的吸附特征，探讨酚酸物质在不同林分类型土壤中的吸附能力及解吸附特征，为解释不同酚酸物质可能的作用机制奠定基础；第4章为桉树与豆科树种混交林土壤中酚酸物质与理化性质的相关性，进一步对不同林分类型的桉树人工林土壤中的酚酸物质与理化性质的相关性作出分析，尤其是对酚酸与化学成分关系的探讨更具有科学意义；第5章为外源酚酸物质对桉树与豆科树种混交林土壤的化感作用，检测酚酸是否对土壤pH值、养分元素、酶活性产生影响；第6章为酚酸对降香黄檀幼苗生的化感效应，测试和分析了外源酚酸物质对桉树的混交树种降香黄檀的生长、光合作用、养分等指标的影响，为评价混交效果提供参考；第7章为结语。
第1章由杨梅、叶绍明、黄晓露负责撰写，第2章由杨梅、廖承锐、程飞负责撰写，第3章由廖承锐、程飞负责撰写，第4章由叶绍明、黄晓露负责撰写，第5章由杨梅、韦秋思负责撰写，第6、7章由杨梅负责撰写。
本书根据国家自然科学基金项目（基金编号：31260176）、广西自然科学基金项目（基金编号：0991035）的科研成果撰写而成。感谢黄晓露、廖承锐、徐洁、陆俭英等在完成该项目研究工作中的重要贡献。由于著者水平有限，书中难免有疏漏或不足之处，敬请广大读者和同行批评指正，以便在今后的研究中进一步修改提高。

著者
2020年4月

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