紫茎泽兰根脱毒腐解后在蓝桉育苗中的应用研究

伍丙德,郭佳永,王晓丽,李佳欢,李根前,曹子林,4*

(1.西南林业大学 生态与水土保持学院，云南 昆明 650224；2.江苏大学 环境与安全工程学院，江苏 镇江 212013；3.西南林业大学 林学院，云南 昆明 650224；4.北京林业大学 林学院,北京 100083)

紫茎泽兰 (Eupatoriumadenophorum)，系菊科紫茎泽兰属多年生草本或半灌木植物[1-2]。紫茎泽兰原产于南美洲墨西哥和哥斯达黎加[3]，是19世纪40年代从中缅边境侵入云南的，而后不断侵入贵州、四川、两广、西藏、台湾等地区，并以每年60 km的速度向东和向北扩散[4]，扩散面积持续增大，仅云南省侵入面积就达 24.8万hm2，占全省面积的 67%[5]。紫茎泽兰富含有黄酮类、香豆素类、挥发油类物质等有毒成分[6]，对草本植物[7-8]、木本植物[9-11]都有强的化感作用，是外来入侵植物中危害最严重的物种之一[12]。为了治理紫茎泽兰，国内许多学者进行了生物天敌治理及化学药剂治理研究，以及采用机械、人工拔除、火烧等办法进行防除，但都收效不大。因此，加强紫茎泽兰的研究与开发利用显得尤为重要。据研究，紫茎泽兰植株含有丰富的营养物质，经加工可制成有机肥，具有较高的利用价值[16-17]。遗憾的是紫茎泽兰含有毒物质，不能直接利用[6]。为此，刘兴林等[15]采用水作为溶剂对紫茎泽兰茎、叶进行脱毒，而根脱毒腐解后能否作为有机肥未见报道。而且，以水为溶剂进行脱毒，紫茎泽兰植株中有毒物质会进入水中，如果其毒性未降解随意排放会造成环境污染。因此，本实验采用“相似相溶”原理[16]，用无水乙醇对紫茎泽兰根进行浸提脱毒，对脱毒残渣进行腐解处理。采用盆栽试验，将不同质量的脱毒腐解后的根粉末施入沙土中，并以未添加根粉末的沙土为对照。以蓝桉(Eucalyptusglobulus)为受体植物，研究根粉末对蓝桉种子萌发、幼苗生长及生物量的影响，以此探究根作为生物有机肥的可行性，并确定最佳施用量。从而达到变害为利的目的，也为蓝桉育苗时的正确确定施用量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

2016年1月下旬，云南省遭受强寒潮天气，滇中及以东以北地区出现了小到中雪局部大雪天气，造成空旷地、林下的紫茎泽兰地上部分受冻枯死。2016年3月，在西南林业大学后山挖取受冻后紫茎泽兰植株的根约2 kg。供试蓝桉种子于2016年7月购自云南省林木种苗站，其种子的产地为昆明。

1.2 方法

1.2.1 紫茎泽兰根样品的脱毒腐解 将根样品带回实验室洗净、晾干后，用粉碎机将根粉碎。参照提取化感物质的方法[17]，在1 L锥形瓶中用无水乙醇浸提根粉末3 d(去除其中有毒物质，即脱毒)，用纱布将根粉末过滤并置于室内晾干，提取液存入棕色瓶保存。在花盆底部垫上约2 cm的土壤，在土壤上放一张滤纸，将脱毒晾干的根粉末倒在滤纸上。为加快腐解速度，用莱斯特催腐剂溶液浇透根粉末；在粉末上垫上一张滤纸，并在滤纸上铺一层约2 cm的土壤，并用自来水将土壤润湿。此后，每日浇适量的水使土壤及根粉末保持湿润，共持续45 d。腐解结束后，将花盆上层的土壤去掉，取出腐解后的根粉末并置于65 ℃烘箱中烘至恒质量，再次粉碎后，分别称取30，60，90 g的根粉末4份，分装于自封袋中备用。

1.2.2 紫茎泽兰根脱毒腐解后在蓝桉育苗中的应用 在花盆(上口径17 cm、下口径9 cm，高10 cm)底部垫1张滤纸，将4份30，60，90 g的根粉末分别与1.0 kg沙土混合均匀后，倒入花盆，即每个处理4次重复；以4盆不添加根粉末的1.0 kg沙土为对照。将花盆放温室大棚苗床上，为使沙土与根粉末充分接触并使根粉末的物质释放出来，装盆后15 d，每天每盆浇水25 mL。第16天时，在每个花盆土壤表面浅埋蓝桉种子50粒，每天浇水25 mL。从播种第一天开始，每天观察种子萌发的情况，以胚根突破种皮1 mm作为萌发标准。萌发期间温度范围在19～36 ℃，平均温度为24 ℃。在连续4 d没有种子萌发时，结束统计。之后，每天浇水适量。至90 d时，测定每盆每棵蓝桉的地径、高度、两个方向的冠直径。最后，将苗挖出，测量根长，并分成根、茎、叶称鲜质量，在65 ℃烘干箱烘至恒质量再分别称干质量。两个方向的冠直径乘积即为冠幅面积。

1.2.3 数据处理 采用SPSS 17.0处理软件对根脱毒腐解处理后的蓝桉种子发芽率、发芽势、发芽速率、萌发指数以及幼苗干质量、高度、冠幅面积、地径、根长进行方差分析和多重比较[18]，用Excel 2003进行分析做图。以处理质量为自变量，以种子萌发及幼苗生长指标为因变量进行多种模型的回归、检验，根据显著水准，选择最佳的模型。选择的模型为Y=β0+β1X+β2X2，则求Y=β0+β1X+β2X2的一阶导数Y'=β1+2β2X=0，可求出方程的拐点X=-β1/2β2[19]；拐点即为某个指标达到最大值时的处理质量。

2 结果与分析

2.1 不同质量脱毒腐解根处理对蓝桉种子萌发的影响

由表1可知，对照的发芽率、发芽势、发芽速率和萌发指数分别为60.0%、34.0%、6.3和69.5。30 g处理后，发芽率、发芽势、发芽速率和萌发指数分别为71.5%、38.5%、7.2和74.0，与对照相比，分别高出了19.2%、13.2%、14.3%和6.5%。60 g处理后，发芽率为62.0%，与对照相比，增加了3.3%；而发芽势、发芽速率和萌发指数分别为24.8%、5.6和39.8，与对照相比，分别降低了27.1%、11.1%和42.7%。90 g处理后，发芽率、发芽势、发芽速率和萌发指数分别为23.0%、0.0%、1.3和0.0，与对照相比，分别降低了61.7%、100.0%、79.4%和100.0%。多重比较显示：对于发芽势、萌发指数而言，除30 g处理与对照之间的差异未达到显著水平外，其余处理之间的差异达到显著水平；对于发芽率、发芽速率而言，除60 g处理与对照之间的差异未达到显著水平外，其余处理之间的差异达到显著水平。

表1 不同质量根处理对蓝桉种子萌发的影响Tab.1 Effects of different quality root treatment on the E. globulus seed germination

表中数据为平均值±标准误差，同列数据标不同小字母表示在5%水平上差异显著，下同
Data in the table were average±SE,the data marked with different small letters in the same row indicate a significant difference at 0.05 level

由图1(a-d)分析可知，发芽率、发芽速率、发芽势和萌发指数与不同质量处理之间均呈极显著的二次抛物线关系(P<0.01)，即种子萌发4个指标随着处理质量的增加呈先升后降的趋势。经求导可得，发芽率、发芽速率、发芽势和萌发指数最大值时的处理质量分别为30.7，26.6，21.3，12.1 g。

图 1 蓝桉种子萌发指标与处理质量的关系Fig.1 The relationship between seed germination indices of E. globulus and treatment quality

2.2 不同质量脱毒腐解根处理对蓝桉幼苗生长的影响

由表2可知，对照的高度、冠幅面积、地径和根长分别为4.55 cm、3.58 cm2、0.46 mm和9.05 cm。30 g处理后，高度、冠幅面积、地径和根长分别为5.03 cm、4.45 cm2、0.58 mm和10.22 cm，与对照相比，分别增加了10.5%、24.3%、26.1%和12.9%。60 g处理后，高度、地径和根长分别为4.60 cm、0.48 mm和9.33 cm，分别比对照增加了1.1%、4.3%、3.1%；而冠幅面积为3.50 cm2，与对照相比，降低了2.2%。90 g处理后，高度、冠幅面积、地径和根长分别为3.93 cm、2.40 cm2、0.43 mm和8.13 cm，分别比对照降低了13.6%、33.0%、6.5%和10.2%。多重比较结果显示：就高度而言，90 g处理与对照、30 g、60 g处理之间差异显著，其余处理之间的差异均不显著；就冠幅面积而言，90 g处理与对照、30 g、60 g处理之间差异显著，30 g处理与60 g处理之间差异显著，其余处理之间的差异均不显著；就地径而言，30 g处理与对照、60 g、90 g处理之间差异显著，其余处理之间的差异均不显著；就根长而言，除对照与60 g处理差异未达到显著水平外，其余处理之间的差异均达到显著水平。

表 2 不同质量根处理对蓝桉生长的影响Tab.2 Effects of different quality root treatment on the growth of E. globulus

由图2(a-d)分析可知，高度、冠幅面积、地径和根长与不同质量处理之间均呈极显著二次抛物线关系(P<0.01)，即幼苗生长量4个指标随着处理质量的增加而先升后降。经求导可得，高度、冠幅面积、地径和根长最大值时的处理质量分别为35.2，34.5，42.5，33.6 g。

图2 蓝桉生长量指标与处理质量的关系Fig.2 Relationship between growth indices of E. globulus and treatment quality

2.3 不同质量脱毒腐解根处理对生物量的影响

由表3分析可知，对照的单株干质量、根干质量、茎干质量和叶干质量分别为0.024 8，0.004 2，0.006 8，0.013 8 g。30 g处理后，单株干质量、根干质量、茎干质量和叶干质量均高于对照，分别为0.029 1，0.005 1，0.007 6，0.016 4 g，与对照相比，分别增加了17.3%、21.4%、11.8%和18.8%。60 g处理后，根干质量、茎干质量分别为0.004 1 g和0.006 7 g，分别比对照降低了2.4%、1.5%；而单株干质量和叶干质量分别为0.027 5 g和0.016 6 g，分别比对照增加了10.9%、20.3%。90 g处理后，单株干质量、根干质量、茎干质量和叶干质量均低于对照，分别为0.018 0，0.003 6，0.004 1，0.010 3 g，分别比对照降低了27.4%、14.3%、39.7%和25.4%。多重比较结果显示：就单株干质量、茎干质量及叶干质量而言，对照、30 g、60 g处理与90 g处理之间差异显著，其他处理之间差异均未达到显著水平；就根干质量而言，30 g处理与对照、60 g、90 g处理之间差异显著，其余处理之间的差异均不显著。

表3 不同质量根处理对蓝桉生物量的影响Tab.3 Effect of different quality root treatment on E. globulus biomass

由图3(a-d)可知，单株干质量、茎干质量和叶干质量与不同质量处理之间呈极显著的二次抛物线关系(P<0.01)，根干质量与不同质量处理之间呈显著的二次抛物线关系(P<0.05)，即蓝桉生物量随着处理质量的增加先升后降。经求导可得，单株干质量、根干质量、茎干质量和叶干质量最大值时的处理质量分别为37.5，35.0，29.4，50.0 g。

图3 蓝桉生物量指标与处理质量的关系Fig.3 The relationship between biomass indices of E. globulus and treatment quality

3 结论与讨论

紫茎泽兰根中含有甾体、三萜及其衍生化合物[20]，根据相似相溶原理[16]，这些物质能溶于有机溶剂，因此，在乙醇提取液中存在这两类物质。据研究，甾体具有抗分解代谢和改善蛋白质方面的药效；三萜类化合物具有抗癌、抗炎、溶血、抗菌、抗病毒、降低胆固醇的功效[21]，故其浸提液有一定的应用价值。诚然，用无水乙醇对根进行脱毒处理费用较高，根据市场价格，无水乙醇售价约为5.5元/瓶。但是，这种方法可以提取甾体和三萜化合物，而这些化合物价格昂贵。因此，在使用无水乙醇进行提取时，能够从提取物中得到补偿。并且，经过脱毒腐解后的根能够当作有机肥使用，进一步提高了经济价值。然而，限于时间及实验条件，未能对浸提液中甾体、三萜及其衍生化合物进行定量分析。

据研究，紫茎泽兰根具有化感作用[22-23]。本研究表明：不同质量脱毒腐解根粉末处理对蓝桉种子萌发、幼苗生长及生物量均有极显著或显著影响。种子萌发、幼苗生长及生物量各指标随着脱毒腐解根粉末施用量增大先增大、后减少。而当使用未脱毒未腐解根粉末处理时，这些指标却随着根粉末施用量增大而减少。这可能是紫茎泽兰根经过无水乙醇浸提后，其中大部分有毒物质进入浸提液中，而残留在粉末中的有毒物质大大减少。而且其浸提残渣经腐解后还能释放出养分[15]，腐熟后还能产生腐殖酸[24]。根脱毒腐解后能够作为有机肥使用，能够改善土壤的理化性质，促进作物增产，提高抗逆性，不会污染环境[25]。因此，施用适量脱毒腐解根粉末能促进蓝桉的种子萌发，提高其生长量及生物量。由此可见，紫茎泽兰根脱毒腐解后用于对蓝桉种子进行育苗是可行的，经过脱毒腐解后的根粉具有有机肥增产效应机制[26]。但是，脱毒腐解根处理质量增大到一定值后其促进作用减弱、抑制作用增强，这可能是营养过剩所致。这与林永锋等[27]研究有机肥对茶叶产量影响的结论相同，也符合生态学耐性定律[28]。种子萌发、幼苗生长及生物量各指标均与处理质量呈极显著或显著的二次抛物线关系。经求导可得，蓝桉种子萌发、幼苗生长及生物量达到最大时最适的处理质量不同，尤其是种子萌发4个指标的最佳处理质量差异较大。因此，在实际应用中，如果所用沙土为1.0 kg时，可直接在最佳处理质量范围内使用，但施用量不能过大，以免造成浪费及抑制蓝桉种子萌发及幼苗生长。而在大规模育苗时，应采用最佳的根粉末处理质量与沙土量的配比，根据沙土量与配比来确定根粉末施用量。

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