黄香草木犀水浸提液对杂草种子萌发和幼苗生长的影响

陈 超， 张 蕊， 夏 凡,2， 阚海明， 王庆海

(1.北京市农林科学院草业花卉与景观生态研究所， 北京 100097；2.中南林业科技大学环境科学与工程学院， 湖南 长沙 410004)

黄香草木犀(Melilotusofficinalis)又名草木犀、黄花草木樨，黄香草木樨等，为豆科二年生高大草本植物，最高可达2 m。黄香草木犀原产于欧亚地区，主要作为牧草和固氮植物种植，除了在欧洲和亚洲有分布外，也广泛分布和归化于北美，甚至已经在加拿大和阿拉斯加等地造成了严重的入侵危害[1-3]。另外，南美洲、非洲等地也有分布[4]。在我国，黄香草木犀已经在30个省区有归化，并在多种生境类型中发展成为优势群，例如荒地、道旁、农田、草原、低湿草地等[5]。草木犀属植物(含白花草木犀)具有广泛的适应性、较强的耐逆性[6-7]以及丰富的种子产量，很容易在新生境(或生态系统)中建植，进而排挤当地植物；并且当草木犀属植物枯死后，其残留的植株依然含有较高的氮素，在降解中改变原有生境的特征而有利于新一代草木犀属植物的建植和生长[2,8-9]。另外，黄香草木犀还具有较强的化感作用：不仅其水浸提液对多种植物的种子萌发和幼苗生长有显著的抑制作用[10-12]，其刈割后的残茬[9]作为绿肥进行翻埋[13]或者施用干草粉也能抑制田间杂草的生长[10-11]。因此，开展黄香草木犀化感作用的研究，对于了解其竞争优势及其归化和入侵过程具有重要作用。

本试验设置了不同浓度黄香草木犀水浸提液测试其对自身和其他4种受试植物的影响，并从种子萌发和幼苗生长两个方面探讨黄香草木犀的化感作用。选择的另外4种受试植物均为分布广泛、最为常见的杂草种类，分别为双子叶的反枝苋(Amaranthusretroflexus)和马齿苋(Portulacaoleracea)，单子叶禾本科的狗尾草(Setariaviridis)和牛筋草(Eleusineindica)。该4种受试植物存在植株高度和长势上的明显差异，且发芽率也各有差别，可代表不同植物类型的差异。

1 材料和方法

1.1 试验材料和浸提液制备

试验材料为黄香草木犀地上茎秆(种子成熟期收割后风干备用)采自北京市小汤山国家精准农业研究示范基地；黄香草木犀、狗尾草、反枝苋、牛筋草、马齿苋等种子采自试验地及附近农田。其中黄香草木犀种子进行砂纸打磨和不打磨两种处理方式。

浸提液制备。将黄香草木犀的茎秆剪碎，长度为2 cm。称取茎秆样品100 g，加入500 mL蒸馏水浸泡24 h。过滤残渣后放入4 ℃冰箱备用。

1.2 试验方法和测定指标

1.2.1种子萌发试验

试验设7个浓度处理进行种子的萌发试验，以不同的原液/蒸馏水比例进行配置，稀释比例分别为1∶1、1∶2、1∶5、1∶10、1∶20、1∶50，得到6个浓度，分别以V1∶1、V1∶2、V1∶5、V1∶10、V1∶20、V1∶50表示，以蒸馏水为对照(ck)。试验组和ck组均设5个重复，每个重复50粒种子。将上述种子分别播入铺有2层滤纸的直径为12 cm培养皿，置于人工培养箱中培养。人工培养箱的光照强度为80%，光照16 h/黑暗8 h。种子萌发以胚根伸出种皮2 mm为标准，每24 h记录一次，统计萌发种子数及畸形苗数，并于试验的第30天按照《GB/T 2930-2011牧草种子检验规程》计算种子的萌发率、萌发指数和畸形苗率等。

萌发率(%)=(萌发种子数/供试种子数)×100%；

萌发指数=∑(Gt/Dt)，Gt为第t日的萌发数，Dt为相应的萌发日数；

畸形苗率(%)=(畸形苗数/供试种子数)×100%，其中包含死亡幼苗。

1.2.2幼苗生长试验

在花盆内播种以上5种试验种子，播种后置于温室进行培养。花盆规格为10 cm×11 cm×8.5 cm，培养基质为园土，土壤pH值为7.44～7.61，有机质含量为(15.70±2.64) g/kg。根据种子萌发试验的发芽率计算每种植物需要的播种量(实际播种量略高于计算值，于种子萌发后进行间苗)，待株苗生长1个月后进行黄香草木犀水浸提液的浇灌试验。处理组浓度梯度为V1∶1、V1∶2、V1∶10、V1∶20，其中蒸馏水浇灌作为ck。每5 d进行一次浸提液浇灌处理，每次浇灌40 mL，浇灌处理1个月后，测定各处理组的生长发育指标。测定指标有株高、地上茎叶和地下根系的重量，计算总重量和根冠比等。

1.3 数据统计与处理

采用Microsoft Excel 2007软件进行数据整理和绘图，萌发率、萌发指数、畸形苗率、株高、生物量和根冠比等显著性检验，采用SAS 8.2软件进行单因素方差分析。数据表示为平均值±标准差，差异显著性水平设为α=0.05。

2 结果和分析

2.1 黄香草木犀水浸提液对种子发芽率和畸形苗率的影响

黄香草木犀水浸提液对不同植物种子萌发的效应不同(表1)，对其自身而言，随浓度的增加其抑制种子萌发的作用增强，高浓度(V1∶1)处理显著降低其种子的发芽率(p<0.05)；但是，种子是否作打磨处理对发芽率无明显影响。对于发芽率较高(84.0±4.0)%的马齿苋，所有的处理组发芽率都高于ck，但增加的趋势并不明显；低浓度的黄香草木犀水浸提液对反枝苋表现为抑制作用，更高浓度时表现出一定的促进作用，呈现“低抑高促”的现象。单子叶的狗尾草变化趋势和黄香草木犀类似，在最高浓度(V1∶1)时表现出明显的抑制作用；对于发芽率较低(26.0±9.2)%的牛筋草，表现为低浓度抑制而高浓度促进，且影响效果显著(p<0.05)。

表1 黄香草木犀水浸提液对发芽率的影响Table 1 Effects of aqueous extraction of Melilotus officinalis on germination rate 单位：%

随黄香草木犀水浸提液浓度的增加其自身种子萌发的畸形苗率有所增加，浓度最高处理组(V1∶1)畸形苗率达到12.0%(ck为6.7%)，且经过打磨处理的畸形苗率略高，为16.7%。对于其他4种杂草，黄香草木犀水浸提液对其畸形苗率无明显影响。

2.2 黄香草木犀水浸提液对杂草及其自身种子发芽指数的影响

黄香草木犀水浸提液降低其自身种子的发芽势，且随着浓度增加而抑制效应增强，并在V1∶1浓度时呈现极显著的抑制作用(p<0.01)。另外，不论黄香草木犀种子是否经过打磨预处理，都有相似的结果。马齿苋、反枝苋和狗尾草种子的发芽势和黄香草木犀呈现相似的趋势，随着浓度增加而抑制作用显著；但对于发芽率较低的牛筋草而言，却呈现低浓度抑制(V1∶50、V1∶20、V1∶10)而高浓度(V1∶5、V1∶2、V1∶1)促进现象，且在浓度为V1∶2时其种子发芽势表现增加趋势(图1)。

注：“*”表示差异显著；“**”表示差异极显著。图1 黄香草木犀水浸提液对发芽指数的影响Fig.1 Effects of aqueous extraction of Melilotus officinalis on vigor index

2.3 黄香草木犀水浸提液对株高的影响

黄香草木犀水浸提液促进双子叶植物马齿苋和反枝苋的生长，且随浓度增加而株高显著增加(p<0.05)；但对单子叶植物牛筋草和狗尾草，则呈低浓度抑制高浓度促进的现象。黄香草木犀的水浸提液对其自身株高的效应与对2种单子叶植物的影响趋势类似，但和ck比较，其促进或抑制的效应均不明显(表2)。

表2 黄香草木犀水浸提液对幼苗株高的影响Table 2 Effects on plant height of seedlings by aqueous extraction of Melilotus officinalis

2.4 黄香草木犀水浸提液对生物量和根冠比的影响

对于植物的地上部分生物量，黄香草木犀水浸提液对狗尾草、牛筋草、反枝苋的生长起明显的促进作用，随浓度增加促进效果显著(p<0.05)；马齿苋也呈明显的高浓度促进作用(p<0.05)，但低浓度时呈现一定的抑制作用；而对其自身的幼苗生长，低浓度促进而高浓度抑制，高浓度V1∶1时显著降低其地上部分生物量。地下部分生物量方面，黄香草木犀水浸提液对牛筋草起明显的促进作用(p<0.05)；对马齿苋和反枝苋则呈现高浓度促进而低浓度抑制的趋势，但差异不显著，而低浓度和高浓度处理之间差异显著；对于狗尾草地下部分生物量随浸提液浓度增加而有所增加，但整体并无显著差异；黄香草木犀水浸提液对其自身根系的抑制作用随浸提液浓度的增加而增强，V1∶1浓度时显著降低根系生物量(p<0.05)(图2)。

图2 黄香草木犀水浸提液对幼苗地上和地下生物量的影响 Fig.2 Effects of aqueous extraction on aboveground and underground biomass by aqueous extraction of Melilotus officinalis

在根冠比方面，黄香草木犀浸提液对其自身根冠比的影响呈低浓度降低而高浓度增加的趋势，但是，各处理组和对照组均无明显的差异。对于反枝苋，同样呈现低浓度降低而高浓度增加的趋势，且在V1∶2浓度时根冠比达到最大(0.092)。马齿苋则随浸提液浓度增加而根冠比显著降低。狗尾草和马齿苋呈现同样的变化趋势，在较低浓度时有增加根冠比的趋势，但和对照组无显著差异。牛筋草则与其他植物不同，随浸提液浓度增加而根冠比极显著增加(p<0.05)。

3 讨论和结论

本研究表明，黄香草木犀水浸提液对各受试植物种子萌发和幼苗生长的化感效应存在明显的植物种类间的差异；并且，受试植物的不同发育阶段或生长部位对黄香草木犀浸提液的响应也各不相同。黄香草木犀水浸提液对其自身种子的萌发和生物量的积累存在抑制作用，且在高浓度时抑制作用显著。刘苏娇[11]研究表明，高浓度的黄香草木犀水浸提液明显抑制其自身种子萌发和幼苗的生长。但在低浓度时，黄香草木犀水浸提液却存在促进其植株地上部分生长的现象。结合株高和根冠比的结果，本试验表明，水浸提液影响了其植株的形态，高浓度时植株更为细长、易倒伏。此结果与试验假设并不太相符，本试验显示，黄香草木犀水浸提液对其自身种子的萌发和生长可能具有正面的促进作用，但与日本落叶松对黄香草木犀的化感作用较为类似[14]，呈现出化感作用的浓度差异。本试验结果表明，黄香草木犀水浸提液并非对其他植物都产生负面的抑制作用，甚至对某些植物具有明显的促进作用。但是对于其他4种受试植物而言，并无通用的模式，表明化感效用与具体的植物种类及水浸提液浓度紧密相关。

本试验的最高浓度处理为V1∶1、最低浓度处理为V1∶50，高浓度处理对狗尾草种子萌发表现出明显的抑制作用。相关的研究表明，高浓度的黄香草木犀水浸提液对稗草、早熟禾和阿拉伯婆婆纳等杂草的种子萌发和幼苗生长存在明显的抑制作用[10]，也对多花黑麦草、苏丹草、红三叶、紫花苜蓿以及多年生植物如蒲公英、苣荬菜、车前草、巴天酸模等也都有抑制作用[11-13,15-16]。但研究也表明，黄香草木犀水浸提液在较低浓度时对狗尾草幼苗生长起明显的促进作用，和对黄香草木犀自身的影响相同，这可能和测试的浓度及植物的种类相关。另外，相关的研究表明，狗尾草也对其他植物存在化感作用。朱强等[17]研究表明，狗尾草水浸提液对多种作物植物种子(小麦、高粱、黄瓜、萝卜)萌发和幼苗生长具有明显的化感抑制作用。表明这两种植物之间可能存在相互之间的化感作用。对于反枝苋，本研究表明，黄香草木犀水浸提液对其种子发芽率呈现“低抑高促”的现象。包赛很那等[18]研究表明，黄香草木犀根浸提液(花期)对千里光、蒲公英、白三叶和白草等植物的种子萌发及幼苗生长存在“低促高抑”的效应。刘亚楠，李宛泽[19]研究表明，反枝苋对其他植物也存在明显的化感作用，0.001 g/mL反枝苋水浸提液明显抑制对藜、马齿苋、龙葵等杂草的种子萌发及幼苗生长，并随着水浸提液浓度的增加而抑制作用加强；而惠文森，姚新华[20]研究认为，反枝苋水浸提液在浓度0.001 g/mL和0.002 g/mL时，则对紫花苜蓿种子萌发和幼苗生长均有所促进，浓度更高时(≥0.02 g/mL)表现为抑制作用。李文增[21]研究则表明，高浓度(0.1 g/mL)的反枝苋水浸提液对几种作物(玉米、小麦、番茄、黄瓜和大豆)种子萌发和生长有比较明显的抑制作用，而低浓度(0.025～0.05 g/mL)下则对番茄、黄瓜和大豆的种子生长有一定的促进作用。因此，对于同样存在化感作用的反枝苋而言，可能还需要更为深入的研究。刘苏娇[11]开展的黄香草木犀浸提液对千穂谷(Amaranthushypochondriacus)的影响与其对同属植物反枝苋的化感作用存在一定的差异，这更表明了黄香草木犀的化感效应表现出极为明显的植物种类间的差异。黄香草木犀水浸提液提高了牛筋草的种子发芽率(但存在低浓度抑制而高浓度促进的现象)促进了幼苗生长；黄香草木犀水浸提液对马齿苋种子萌发和幼苗生长也存在不同程度的促进作用；汪之波和祁驰恒[12]的研究也表明，黄香草木犀水浸提液在较低浓度时(0.025 g/mL)对马齿苋的根长和苗长具有明显的促进作用。相关研究也表明，黄花草木樨水浸提液对萹蓄种子萌发和幼苗生长有明显的促进作用[11]。因此，黄香草木犀水浸提对于植物的效应存在极为明显的植物种类差异性和浓度相关性。

此外，化感效应除了跟受试植物种类有关以外，可能也跟选用的植物材料部位及收割时间有关。Wu等[10]选用的材料为黄香草木犀花期植物材料，本研究选用的则为结实后风干的植物茎秆，这可能会引起化感物质在种类和含量上的差异。Moyer等[9]的研究也表明，草木犀属(含白花草木犀)在不同时期进行刈割其抑制杂草效应也存在明显的区别。因此，刈割时期也可能是影响化感效应的重要因素。相关的研究表明，不仅黄香草木犀水浸提液对多种植物的种子萌发和幼苗生长有抑制作用[10-11]，其刈割后的残茬或者作为绿肥翻埋都能有效控制田间杂草的发生[9,13]，施用干草粉也能够在一定程度抑制田间杂草生长[10-11]。因此，化感物质的作用机理以及不同植物种类对化感物质的差异性还需要深入的探讨。