施生石灰对天目山柳杉瘿瘤病防治效果的研究

黄皓南,温国胜,潘春霞

(1.浙江农林大学林业与生物技术学院,浙江 杭州 311300) (2.浙江安吉县自然资源和规划局,浙江 湖州 313300)

天目山国家级自然保护区是著名的旅游风景区,素有“大树华盖闻九州”的美誉,森林景观以“古、大、高、稀、多、美”称绝于世. 柳杉(Cryptomeriafortunei)作为保护区内的珍贵树种,是“大树王国”的主要建群种,它在调节景区空气负氧离子含量中也扮演着重要角色. 然而,在过去工业经济和城镇化的快速发展进程中,酸性气体的不断排放与累积,使得森林酸性迷雾和酸性降雨频发,造成土壤酸化,引致柳杉瘿瘤病蔓延,部分柳杉大树死亡,柳杉种群严重退化,引起了政府有关部门和社会的广泛关注[1-2].

树木对酸雨最敏感的器官是叶片,模拟酸雨可以引起树木叶片失绿、坏死斑、失水萎蔫和过早脱落等症状. 显微观察表明,酸雨造成的叶损伤先在近轴叶表面,后影响内部组织. 宏观实验表明,改变叶片细胞透性;降低细胞pH 值,减弱细胞缓冲能力;破坏气孔结构,影响气体交换;减少叶绿素含量,影响光合效率[3-4]. 对于森林生态系统来说,酸雨加速系统养份损失,导致森林土壤酸化,抑制森林土壤微生物活性. 因此发展抗酸性树种,营造混交林;立木密度大,间伐强度小,轮伐期短;改良土壤,使用无机肥料等措施被广泛采用应对酸雨对森林系统危害[3].

关于柳杉瘿瘤病致病病原是真菌还是细菌,尚未形成统一意见. 张昕等人通过形态学、致病性实验以及核糖体ITS(Internal Transcribed Spacer)基因序列分析,分别提出柳杉瘿瘤病病原可能是拟盘多毛孢属真菌(Pestalotiopsisadusta)、葡萄座腔菌属(Botrysphaeria)、拟隐孢壳属真菌(Cryptosporiopsissp.)[5-7]. 但也有研究学者提出细菌可引起柳杉瘿瘤的形成,例如肖凤虎分离鉴定出假单胞杆菌(Pseudomonassp.)可能是柳杉瘿瘤病的病原之一[8].

在天目山柳杉瘿瘤病防治方面,有关学者探讨了柳杉瘿瘤病蔓延的原因,并开展了喷洒农药、输营养液、物理去瘤等防治试验,取得了大量研究成果[9-14],但有关改良土壤酸性的防治试验鲜见报道. 本研究参考国内外防治酸雨危害森林的研究成果[15-19],探讨施生石灰改良土壤的方法用于控制柳杉瘿瘤病,为天目山柳杉瘿瘤病的防治提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验设计

在保护区内禅源寺附近实验样地内,选择长势情况较为一致的9株柳杉树,样株的形态生长指标数据如表1所示,将9株柳杉树分为A、B、C组,对照组A组的3株柳杉(编号A1、A2、A3)树下土壤不做任何处理,B组处理3株柳杉(编号B1、B2、B3)按每m2施加20 g生石灰,C组处理3株柳杉(编号C1、C2、C3)按每m2施加50 g生石灰. 施生石灰处理是以柳杉树干为圆心,以5 m为半径的面积范围内. 在2017年3月施生石灰处理以前,于日照充足的情况下对处理组和对照组的柳杉进行瘿瘤密度和大小、土壤pH、土壤营养元素、新梢生长量、叶片相对叶绿素含量、叶绿素荧光参数进行测定,同时对每个处理组内对柳杉所测定过的枝条、叶片进行标记和编号,于2017年5月和8月分别进行施石灰处理,在2017年10月进行以上指标的测定.

表1 9株柳杉树样株的形态生长指标Table 1 Morphological growth index of 9 species of cryptomeria fortunei

1.2 试验方法

1.2.1 土壤pH与营养元素的取样与测定

在柳杉树样树周围选取相对湿润松软的土壤,打开IQ-150原位酸度计,对电极进行缓冲溶液校正并用蒸馏水清洗,然后插入土壤中记录所测定土壤的pH值,重复以上测定步骤3次取平均值. 此外,每株样本取15 cm～20 cm厚度的土壤样本50 g带回实验室测定分析,全氮用无水碳酸钠标定法、全磷用钼锑抗比色法、全钾用火焰光度计法、有机质用有机质光度法测定、亚硝酸还原酶(S-NiR)用比色法测定[14].

1.2.2 瘿瘤密度和直径的测定

瘿瘤密度测定是用钢卷尺测量选定枝条的长度,并调查每个枝条上瘿瘤的数量,采用下式计算瘿瘤密度:

瘿瘤直径大小的测定方法:选定枝条上的柳杉瘤测定其最大长度和最小长度,取两者平均值作为该瘤的直径. 本次研究中,每株柳杉样本上选取测定生长状况类似的枝条均为3根,且采集枝条所在树高尽量保持一致,枝条生长方向均为东南生长方向.

1.2.3 新梢生长量的测定

在每株样树分别选择具有新梢生长的且树冠下方3条朝向东南的大小相近的枝条,用钢卷尺测量并记录新梢生长部位至末端的长度.

1.2.4 相对叶绿素含量的测定

选取每株测定柳杉样树东南方向的枝条,取3片代表性叶片,利用SPAD-502相对叶绿素含量测定计测定每片叶片的相对叶绿素含量,每片叶片重复测定6次,取其均值作为该柳杉样树的相对叶绿素含量.

1.2.5 叶绿素荧光参数的测定

用PAM-2100便携式叶绿素荧光仪(WALZ公司,德国)测定每组样树的叶绿素荧光参数(Fo,Fm,Fv/Fm,ETR,qN,qP,Yield). 叶绿素荧光参数的测定分为光处理与暗处理,光处理时,选取测定株新梢上5片叶片,在光照充足的情况下采用德国产的 PAM-2100便携式荧光仪对样本叶绿素荧光参数进行测定,在光适应下分别测3个Yield值;暗处理时,分别在测定样株的新梢上取5片功能叶,经暗适应20 min后测定Fv/Fm的值.

1.3 数据分析

运用R统计软件单因素方差分析(One-way ANOVA)方法对各数据指标进行显著性分析.

2 结果与讨论

2.1 施生石灰对柳杉瘿瘤直径的影响

施生石灰对柳杉瘿瘤直径的影响如图1所示,对照组A,B和C组3月测定的3株柳杉瘿瘤直径平均值分别为3.37 cm,3.39 cm,3.45 cm;10月份柳杉瘿瘤直径平均值分别为4.54 cm,2.74 cm,3.29 cm;可以看出从3月至10月,A组柳杉瘿瘤直径大小呈现极显著增长,增长率为35.1%;B和C组柳杉瘿瘤直径大小分别降低了19.3%和4.5%;说明施生石灰改善柳杉生长土壤环境,可以在一定程度上抑制瘿瘤的生长,但是,对于施加生石灰的量可能需加以控制.

2.2 施生石灰对柳杉瘿瘤密度的影响

施生石灰对柳杉瘿瘤密度的影响如图2所示. A、B和C组3月测定的柳杉瘿瘤密度的平均值分别为(3.98、4.21、3.78)个/m,10月测定的柳杉瘿瘤密度的平均值分别为(6.04、2.72、2.79)个/m. 结果表明,从3月至10月,A组柳杉瘿瘤密度极显著增加(P<0.01),增加了52.6%;B和C组柳杉瘿瘤密度分别降低了35.6%和25.5%.

2.3 施石灰对土壤pH的影响

表2 施生石灰对土壤pH值的影响Table 2 Effect of lime application on soil pH value

注:不同字母代表在a=0.05水平下差异性显著(下同).

对照组和两组处理组3月份和10月份的土壤pH测定结果如表1所示,未施生石灰处理前3月份对照组A组和B、C两个处理组的土壤pH值无明显差异(P>0.05);施生石灰处理后B组(F=8.17,p=0.05)和C组(F=6.11,p=0.06)的土壤10月的pH值与处理前都有显著的提高,可以看出施生石灰改善了土壤酸碱性.

2.4 施生石灰对土壤营养元素的影响

2017年3月未做施生石灰处理前和施石灰处理后的10月,测定各处理组和对照组柳杉冠下土壤氮、磷、钾、有机质和亚硝酸还原酶含量,每组3株柳杉冠下土壤各项数据的平均值如表2所示,对照区A组,3株柳杉在3月与10月氮、有机质、亚硝酸还原酶(S-NiR),磷含量和钾含量差异不显著. 施生石灰处理组B组,仅有机质含量差异显著,施生石灰区C组,仅亚硝酸还原酶(S-NiR)含量差异显著.

表3 施生石灰对土壤营养元素的影响Table 3 Effect of lime application on soil nutrient elements

2.5 施生石灰对柳杉新梢生长的影响

施生石灰处理前后各处理组柳杉样树3月和10月的新梢生长测定值如图3所示,A、B、C 3组柳杉样树3月的平均新梢长分别为18.2 cm、17.9 cm和17.3 cm,10月柳杉样树的平均新梢长分别为22.1 cm、22.5 cm、22.1 cm,从3月至10月,柳杉平均新梢长分别增加了22%、26.1%和28%. 结果表明,施生石灰处理组柳杉的枝条相对生长量与对照组的柳杉枝条生长量有明显差异(P<0.05),说明施石灰对柳杉新梢的生长起到了促进作用.

2.6 施生石灰对相对叶绿素含量的影响

施生石灰处理前后各处理组柳杉样本叶绿素含量结果见图4,无论是施生石灰处理组还是对照组的柳杉,相对叶绿素含量由3月至10月都有了不同程度的增加,从SPAD相对变化率来看,对照组的SPAD变化较为显著,相对变化率为23.2%,处理B组与C组柳杉相对变化率分别为15.5%和13.4%,说明在3月至10月期间,施生石灰对柳杉相对叶绿素的含量并没有起到比对照组更好的促进作用.

2.7 施生石灰对叶绿素荧光参数Fv/Fm的影响

施生石灰对柳杉Fv/Fm值的影响如图5所示. 在2017年3月份,对照组、施少量石灰处理组和施多量石灰处理组柳杉的Fv/Fm均值分别为0.726、0.703与0.692,施少量石灰处理与多量石灰处理的柳杉样本的Fv/Fm值分别为1.03、0.986,接近于1,说明处理组与对照组的柳杉长势情况基本一致. 在10月份,施少量生石灰处理组、施多量生石灰处理组柳杉的Fv/Fm相对值分别为1.05与0.998,可以看出施石灰法对提高柳杉的 PSII最大的或潜在的量子效率并未起到很好效果,因而没有改善柳杉的健康状况.

3 结论

通过分析柳杉冠下的土壤理化性状,认为施生石灰法能够提高土壤的pH值,降低柳杉根部周围土壤的酸性,增强土壤亚硝酸还原酶的活性,改善了柳杉生长的土壤质量. 但是,不同pH的土壤施加多少生石灰最适宜柳杉的生长,还有待于进一步研究. 分析施撒生石灰对柳杉样树的新梢生长量、瘿瘤的直径、密度等方面的影响,发现施生石灰处理柳杉冠下土壤,对柳杉新梢的生长促进作用都不显著,施石灰对瘿瘤的大小和密度增长都能起到很好的控制作用,能够有效降低瘿瘤的密度,抑制瘿瘤数量的进一步增加,其中每1 m2施加20 g石灰比每1 m2施加50 g石灰对柳杉瘿瘤的密度和大小控制效果更好,能够提升柳杉的自身抵抗力. 施石灰对柳杉相对叶绿素的含量并没有明显促进作用,说明施石灰对提高土壤固氮菌的活性和固氮能力能力效果并不显著,造成叶绿素含量增加并不明显. 同时,比较施石灰前后Yield与Fv/Fm的相对值变化,可以看出施生石灰法对提高柳杉的 PSII最大的或潜在的量子效率并未发挥作用.

致谢:在野外测定工作中,得到天目山国家级自然保护区管理局的俞志飞、杨淑贞、赵明水等领导和同志们的大力支持和帮助,表示感谢!