4种农作物对常见城市绿化树木落花的化感响应

马 勇，范晓慧，刘增文,2

(1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100；2.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西 杨凌 712100)

植物化感作用是指植株通过淋溶、残体分解、根系分泌等方式向环境中释放酚类、萜类、脂肪酸类为主的化感物质，从而对自身或其他作物产生间接或直接的有利或有害的作用[1-2]。作为自然界中的一种普遍现象，化感作用不仅在阐释植物种内及种间相互作用机制和植物群落演替中具有重要作用[3-4]，还对农林业生产有重要的影响，如农作物连作危害问题、农业无公害生产和生物入侵等现象均与化感作用密切相关[5-6]。研究化感作用的关键在于供体和化感受体的选择，目前供体主要集中在植物的根、茎、叶等部位，有关落花对受体的化感作用研究尚不多见。

随着国家对生态文明理念的重视，城市园林绿化的规模也在逐渐扩大。绿化过程中产生的大量落花通常集中收集后采用填埋、焚烧等传统方式进行处理，这势必会导致资源浪费和环境污染等问题。多数研究表明，较之落叶，落花含有更为丰富的养分[7-8]。为了进一步将这部分养分物质利用在农业生产中，初步考虑将落花用作农田基肥或者追肥以实现其自身的循环利用，但又考虑到落花中的化感活性物质可能会对作物产生化感抑制作用。鉴于此，本文以13种典型城市绿化树木落花的水浸提液处理黄瓜、高粱、小麦和油菜4种常用受体作物种子，研究城市绿化树种落花水浸提液对作物的化感效应并进行综合评价，旨在筛选出对作物有化感促进作用的落花类型，初步探索最有潜力开发为农田施肥材料的绿化树木落花，以期为农业精准施肥和城市绿化树种落花的多样化利用提供理论依据和新的研究思路。

1 材料与方法

1.1 树木落花的采集与受体植物种子的准备

研究对象选用城市常见13种绿化树木的落花：樱花(Cerasussp.)、海棠(Malusspectabilis)、紫玉兰(Magnolialiliflora)、桃(Amygdaluspersica)、红叶李(PrunuscerasiferaⅠ)、紫叶李(PrunuscerasiferaⅡ)、含笑(Micheliafigo)、紫荆(Cercischinensis)、杏梅(Prunusmume)、银杏(Ginkgobiloba)、栾树(Koelreuteriapaniculate)、杏花(Armeniacavulgaris)和连翘(Forsythiasuspensa)。于2018年3—6月和秋末在陕西杨凌城区内收集当年凋落的落花，选择无杂物、无腐烂的落花，漂洗后在自然环境下风干并粉碎过孔径1 mm尼龙筛备用。

表1为通过常规方法测定的落花中营养元素(N、P和K)与微量元素(Cu、Zn、Fe和Mn)含量，可见，落花中富含大量有利于作物生长发育的营养物质。

表1 落花初始养分含量Table 1 Initial nutrient content of falling flowers

参照王静等[9]的做法，选择化感敏感性强的黄瓜(Cucumissativus)、高粱(Sorghumvulgare)、小麦(Triticumaestivum)和油菜(Brassicacampestris)种子作为化感受体，筛选颗粒饱满和大小均匀且无蛀虫的种子，用10%的H2O2溶液消毒10 min后，再用无菌蒸馏水清洗3～5次，在室温下阴干用于发芽试验。

1.2 落花水浸提液的制备

浸提液随制随用，将已粉碎的落花放入锥形瓶中，按照落花和水质量比为1∶25的比例浸提48 h，通过定容获得的原初水浸提物相当于40 mg·mL-1的自然提取物(基于前期研究，40 mg·mL-1的浸提液可显著促进作物种子萌发及幼苗生长[10])，水浸提液施用量为5 mL，分别用定量滤纸和0.45 μm滤膜对配制好的浸提液进行二重过滤，将得到的水浸提液保存于4℃冰箱备用。

1.3 种子萌发和幼苗生长试验

采用光照培养箱内培养皿滤纸法[11]进行种子萌发试验。将受体植物种子于室温下用制备好的落花水浸提液浸泡4～5 h后，量取制备好的落花水浸提液5 mL，分别加入铺有3层滤纸的培养皿(Φ12 cm)中，将处理后的25粒供试种子均匀地摆放在发芽床上，每天补充浸提液1～5 mL，以无菌蒸馏水为对照，每个处理设置3次重复。培养皿置于26℃、12 h光照的人工气候培养箱内。每24 h记录一次发芽种子数(以胚根突破种皮1～2 mm为发芽标准)。种子不再萌发后(萌发末期连续3 d萌发数不再变化)，记录数据并计算相关指标：

发芽率(GR)=(发芽种子总数/供试种子总数)×100%

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)

式中,Gt和Dt分别为逐日发芽种子数和相应的发芽天数(d)。

培养7 d后，每个培养皿随机取10株幼苗，测定苗高和根长后，放入烘箱经105℃杀青30 min后于75℃下烘至恒定质量得到苗干物质量和根干物质量。幼苗叶片的叶绿素(Chlorophyll，Chl)含量采用95%乙醇提取法[12]测定。

1.4 数据处理

用Excel 2010和SPSS 22.0软件处理试验数据，表中数据均以平均值±标准差表示。采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)检验数据的差异显著性(P<0.05)。

化感效应指数(RI)计算参照Bruce Williamson等[13]提出的检测化感效应的方法：

RI(化感效应指数)=(T-C)/C

式中，T为处理值，C为对照值，当RI>0时表示存在促进作用，当RI<0时表示存在抑制作用，其绝对值大小反映化感作用强度，即RI的绝对值越大，其化感作用越强。

在SPSS 22.0中对各项实测指标的化感效应指数RI进行主成分分析，提取特征值大于1且累计贡献大于80%的主成分(共2个，分别记为F1和F2)，进而得出综合主成分模型和主成分值(F)。当F>0时，认为落花浸提液对受体植物的综合化感效应表现为促进，反之则表现为抑制。

2 结果与分析

2.1 树木落花水浸提液对黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响

不同树种落花浸提液对黄瓜的化感作用存在差异(表2)。在13种落花浸提液处理下，紫玉兰、紫叶李、紫荆和银杏对黄瓜种子发芽率产生极显著化感抑制作用(P<0.01)，使发芽率较对照(CK)分别下降31.00%、28.10%、24.00%、22.20%，海棠落花浸提液处理可以使发芽率较对照显著降低11.00%(P<0.05)。对黄瓜种子发芽指数，紫玉兰、紫叶李和紫荆落花浸提液产生极显著抑制作用(化感效应指数RI≤-0.61)(P<0.01)，海棠、银杏和栾树落花浸提液则产生显著化感抑制作用(-0.37≤RI≤-0.30)(P<0.05)。

表2 落花浸提液处理下黄瓜种子的萌发和幼苗生长状况Table 2 Cucumissativus seed germination and seedling growth under the treatment of flower extract

经紫玉兰落花浸提液处理的黄瓜幼苗苗高较对照极显著降低74.94%(P<0.01)，经海棠、紫叶李、含笑、紫荆和连翘落花浸提液处理的黄瓜幼苗苗高较对照分别降低53.05%、48.23%、49.52%、54.34%、46.95%，达到显著水平(P<0.05)。与对照相比，紫玉兰和紫荆落花浸提液处理可使苗干质量分别降低69.23%和85.47%，抑制作用分别达到显著水平和极显著水平。

只有紫玉兰和紫荆落花浸提液对根长产生极显著抑制作用(RI分别为-0.87和-0.90)(P<0.01)。海棠、紫玉兰和紫荆落花浸提液处理可显著抑制根干物质量(P<0.05)，使其较对照分别降低62.50%、54.17%、50.00%；而经紫叶李落花浸提液处理可显著促进根干物质量(RI=0.58)(P<0.05)。

对于黄瓜叶绿素含量，桃花浸提液的抑制作用最强(RI=-0.80)(P<0.01)，海棠、紫玉兰、紫荆、银杏、栾树和连翘落花浸提液也可产生较强抑制作用(-0.51≤RI≤-0.35)(P<0.05)。

2.2 树木落花水浸提液对高粱种子萌发及幼苗生长的影响

从表3的分析结果来看，只有紫玉兰落花浸提液可对高粱种子发芽率产生显著抑制作用(P<0.05)。对于高粱种子发芽指数，紫玉兰落花浸提液处理使其较对照极显著降低73.20%(P<0.01)，银杏落花浸提液处理使其较对照显著降低28.56% (P<0.05)；连翘落花浸提液处理使其较对照显著提高22.24% (P<0.05)。

表3 落花浸提液处理下高粱种子的萌发和幼苗生长状况Table 3 Sorghum bicolor seed germination and seedling growth under the treatment of flower extract

对苗高的影响，紫玉兰和紫荆落花浸提液的抑制作用达到极显著水平(P<0.01)，可使苗高较对照分别降低63.85%和71.13%；樱花则表现出显著促进作用(RI=0.40)(P<0.05)。经紫荆和银杏落花浸提液处理的高粱苗干质量较对照分别降低64.38%和42.47%，分别达到极显著抑制水平(P<0.01)和显著抑制水平(P<0.05)。

紫玉兰和紫荆落花浸提液处理使根长较对照分别降低75.98%和87.40%，达到极显著抑制水平(P<0.01)；海棠、桃花和杏梅落花浸提液可显著促进高粱幼苗的根长(0.45≤RI≤0.49)(P<0.05)。对根干物质量的影响，紫玉兰和紫荆落花浸提液可产生极显著抑制作用(P<0.01)，使其较对照分别降低59.15%和80.28%；海棠落花浸提液则对其表现出极显著促进作用(RI=0.82)(P<0.01)。

经紫玉兰和紫荆落花浸提液处理的高粱叶绿素含量较对照分别降低38.46%和65.93%，抑制作用分别达到显著水平(P<0.05)和极显著水平(P<0.01)。

2.3 树木落花水浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长的影响

不同落花水浸提液处理下小麦种子萌发和幼苗生长状况如表4所示。可以看出，对小麦种子发芽率，只有紫荆落花浸提液表现出极显著抑制作用(RI=-0.28)(P<0.01)。紫玉兰、紫叶李和紫荆落花浸提液对小麦发芽指数具有显著抑制作用(P<0.05)，可使其较对照分别降低29.01%、25.99%、26.49%；红叶李和栾树落花浸提液可使小麦发芽指数较对照分别提高30.99%和28.44%，促进作用均达到显著水平(P<0.05)。

表4 落花浸提液处理下小麦种子的萌发和幼苗生长状况Table 4 Triticumaestivum seed germination and seedling growth under the treatment of flower extract

对于小麦幼苗苗高，紫玉兰和紫荆落花浸提液分别表现出显著抑制作用(P<0.05)和极显著抑制作用(P<0.01)(RI分别为-0.65和-0.87)；红叶李和栾树落花浸提液处理可使苗高较对照分别提高64.87%和69.12%，达到显著水平(P<0.05)，杏花浸提液处理可使苗高较对照提高132.01%，达到极显著水平(P<0.01)。紫玉兰和紫荆落花浸提液可对苗干质量产生极显著抑制作用(RI分别为-0.79和-0.72)(P<0.01)，连翘落花浸提液可对苗干质量产生显著抑制作用(RI=-0.44)(P<0.05)；而含笑、栾树和杏花浸提液处理使苗干质量较对照分别增加134.67%、197.33%、144.00%，达到极显著水平(P<0.01)。

对小麦根长的影响，只有紫玉兰落花浸提液处理可产生显著抑制作用(RI=-0.58)(P<0.05)；也只有红叶李落花浸提液处理使小麦根长较对照提高55.87%，达到显著水平(P<0.05)。对根干物质量的影响，紫玉兰和紫荆落花浸提液的抑制作用达到显著水平(RI分别为-0.62和-0.59)(P<0.05)；经红叶李和栾树落花浸提液处理的小麦根干物质量较对照分别增加62.16%和89.19%，达到显著水平(P<0.05)。

对小麦叶绿素含量，紫叶李和杏花浸提液表现出极显著抑制作用(P<0.01)，使其较对照分别降低75.89%和65.18%；红叶李落花浸提液处理后使叶绿素含量显著提高(RI=0.82)(P<0.05)。

2.4 树木落花水浸提液对油菜种子萌发及幼苗生长的影响

从表5的分析结果来看，在13种落花浸提液处理下，紫玉兰、紫叶李、含笑和连翘落花浸提液对油菜发芽率产生显著抑制作用(P<0.05)，使发芽率较对照分别降低21.00%、21.40%、17.00%、23.20%，杏梅落花浸提液可使发芽率与对照相比降低39.00%，达到极显著抑制水平(P<0.01)。紫玉兰、紫叶李、杏梅、杏花和连翘落花浸提液可使油菜发芽指数较对照分别降低37.98%、33.51%、46.99%、38.72%、42.20%，达到显著抑制水平(P<0.05)；桃花浸提液对油菜发芽指数表现出极显著促进作用(RI=0.69)(P<0.01)。

表5 落花浸提液处理下油菜种子的萌发和幼苗生长状况Table 5 Brassica campestris seed germination and seedling growth under the treatment of flower extract

海棠落花浸提液对油菜苗高产生显著抑制作用(P<0.05)，与对照相比显著降低65.77%，紫叶李和紫荆落花浸提液使苗高与对照相比分别降低89.19%和97.30%，达到极显著水平(P<0.01)；桃花和银杏落花浸提液对油菜苗高产生显著促进作用(RI分别为0.84和1.01)(P<0.05)。对于油菜苗干物质量，海棠、含笑和紫荆落花浸提液处理可使其较对照分别降低74.39%、63.41%、84.15%，达到极显著水平(P<0.01)，紫叶李和连翘落花浸提液处理可使其较对照分别降低41.46%和56.10%，达到显著水平(P<0.05)；红叶李落花浸提液处理使苗干物质量较对照提高96.34%，达到极显著水平(P<0.01)。

对油菜根长，海棠、紫叶李、含笑和杏花浸提液可产生显著抑制作用(RI分别为-0.54、-0.67、-0.67、-0.56)(P<0.05)，紫荆落花浸提液可产生极显著抑制作用(RI=-0.96)(P<0.01)；樱花、红叶李和银杏落花浸提液对油菜根长产生极显著促进作用(RI分别为1.10、1.06和1.65)(P<0.01)，桃花和栾树落花浸提液对油菜根长产生显著促进作用(RI分别为0.88和0.94)(P<0.05)。对油菜根干物质量，紫玉兰、含笑和杏花浸提液处理后使其较对照分别降低61.04%、48.05%、51.95%，达到显著水平(P<0.05)，紫荆落花浸提液处理后使其较对照降低83.12%，达到极显著水平(P<0.01)；樱花和桃花浸提液处理的油菜根干物质量较对照分别增加59.74%和104.00%，达到显著水平(P<0.05)，红叶李和银杏落花浸提液处理的油菜根干物质量较对照分别增加169.00%和188.00%，达到极显著水平(P<0.01)。

对油菜叶绿素含量的影响，紫叶李、含笑和紫荆落花浸提液可产生显著抑制作用(RI分别为-0.51、-0.49、-0.46)(P<0.05)；樱花浸提液对其产生极显著促进作用(RI=1.39)(P<0.01)，红叶李和银杏落花浸提液对其产生显著促进作用(RI分别为0.87和0.99)(P<0.05)。

2.5 树木落花水浸提液处理4种受体植物的综合评价

由于各树木落花水浸提液处理后对4种受体种子发芽率、发芽指数等7项指标的影响方向和程度差异很大，对各指标进行单独分析难以说明各浸提液对4种受体植物整体影响的综合效应。因此，对4种农作物的化感效应指数用SPSS 22.0软件进行主成分分析，最终得出综合主成分计算模型：F黄瓜=0.769F1+0.231F2，F高梁=0.811F1+0.189F2，F小麦=0.840F1+0.160F2，F油菜=0.789F1+0.211F2。综合主成分分析表明(表6)，樱花、桃花、红叶李和栾树落花浸提液对4种受体农作物均产生综合促进效应；杏梅落花浸提液对黄瓜、高粱和小麦3种受体有综合促进效应；含笑和杏花浸提液对黄瓜和小麦2种受体产生综合促进效应；海棠和连翘落花浸提液仅对高粱1种受体有综合促进效应；紫叶李落花浸提液仅对黄瓜1种受体有综合促进效应；银杏落花浸提液仅对油菜1种受体有综合促进效应。从抑制效应方面看，紫玉兰和紫荆落花浸提液对4种受体均表现为综合抑制效应；海棠和连翘落花浸提液对黄瓜、小麦和油菜3种受体表现为综合抑制效应；紫叶李落花浸提液对高粱、小麦和油菜3种受体表现为综合抑制效应；银杏落花浸提液对黄瓜、高粱和小麦3种受体表现为综合抑制效应；含笑和杏花浸提液对高粱和油菜2种受体表现为综合抑制效应；杏梅落花浸提液仅对油菜1种受体表现为综合抑制效应。13个绿化树种中，樱花、桃花、红叶李、栾树和杏梅落花浸提液可对至少3种受体植物表现出综合化感促进作用，而海棠、紫玉兰、紫叶李、紫荆、银杏和连翘落花浸提液可对至少3种受体植物表现出综合化感抑制作用。

表6 树木落花水浸提液对4种受体农作物化感作用的综合评价(F值)Table 6 Integrated assessment of allelopathy of extracts on four kinds of receptors (F value)

3 讨 论

在自然界中，由化感作用所释放的化感物质通常先溶于雨水后进入环境，进而对植物种子萌发和植物的生长产生不同程度的影响。水提法以水为介质，模拟化感物质进入环境的形式，这样才能更加准确地解释化感现象[14]，因此本研究采用水提法来提取落花中的化感物质。大量研究表明，供体植物浸提液对受体植物化感影响多呈“低浓度促进高浓度抑制”的双重效应[15-17]，因此本研究采用质量浓度为40 mg·mL-1的浸提液，初步探索对农作物种子萌发和幼苗生长存在化感促进作用并有潜力开发为农田施肥材料的落花类型。

研究发现同一供体可能对不同受体产生不同强度的化感作用。朱艳霞等[18]研究得出在10种农作物种子中，以莴苣、生菜、芥菜和番茄对穿心莲茎、叶水提液的化感作用最敏感，梁军等[19]研究得出在5种禾草中，只有青海中华羊茅对甘肃马先蒿整株浸提液和粉末浸提液的化感作用最敏感。与前人的研究相似，本研究也发现同一供体对不同受体产生的化感效应强弱不同，如红叶李落花水浸提液对小麦和油菜的化感效应极强(F分别为1.1647和1.0128)，对黄瓜的化感效应较强(F=0.7364)，对高粱的化感效应不明显(F=0.0972)(表6)。出现这种现象可能与受体植物自身的耐受性有关，另一方面可能是供体植物释放的化感物质具有一定的选择性和专一性，从而使得同一落花浸提液中的化感物质对不同受体种子萌发和幼苗生长的化感作用不同[20]。前人已研究发现，对种子萌发有抑制作用的化感物质主要包括水溶性有机酸、醇类和酚类等14类[21]，本研究仅以13种落花水提物为供体，对浸提液中所含化感物质的具体成分、有效作用浓度阈值仍需进一步分离、鉴定加以明确。

对于受体植物而言，其不同部位对于浸提液的敏感程度不同[22-23]。本研究结果表明，紫玉兰落花水浸提液对4种受体作物苗高和根长的化感效应存在差异，其中苗高对应的RI绝对值小于根长对应的RI绝对值，水提液对幼苗根长的抑制作用明显强于苗高，表明4种受体作物根对紫玉兰落花水浸提液的敏感程度强于幼苗，这与张卫红等[24]以野大豆茎、叶水浸提液对4种牧草的化感效应研究结果基本一致。其原因可能是植物根部是与紫玉兰落花水浸提液最先且直接接触的部位，更容易受到伤害，而幼苗属于地上部分，由于根受到伤害，导致无法正常输送水分与养分到地上部分，因此该浸提液对根长的抑制作用强于苗高[25]。由此可见，植物产生的化感效应具有多样性，化感作用对同一受体植物不同部位的影响程度存在差异。

本研究结果表明，樱花、桃花、红叶李、栾树和杏梅落花浸提液可对至少3种农作物表现出较强的促进作用(表 6)，可以初步考虑作为农田施肥材料，但具体施肥效果还需进一步试验与研究。本研究不仅为落花等绿化废弃物的高效利用提供了新思路，同时也为农业领域新型肥料的开发提供了理论基础。

4 结 论

13种落花浸提液对4种作物种子萌发和幼苗生长的化感作用有明显差异。综合评价后发现：13个树种中，樱花、桃花、红叶李、栾树和杏梅落花水浸提液可对至少3种受体种子萌发和幼苗生长综合表现为化感促进作用，而海棠、紫玉兰、紫叶李、紫荆、银杏和连翘落花水浸提液对至少3种受体种子萌发和幼苗生长综合表现为化感抑制作用。因此，樱花、桃花、红叶李、栾树和杏梅等5个树种的落花浸提液可有效促进受体植物种子萌发和幼苗生长过程，可以作为开发生物质有机肥的首选物种资源。