发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种方便、快捷评价林下生物及非生物因素是否适宜开展三七林下种植的方法。
发明人通过大量研究发现,森林植物主要通过根系分泌物、挥发物及林下形成的特殊土壤微生物对外来的其它植物产生相生或相克的作用,影响其它植物种群在林下的生长。本发明利用这一特性,提供一种快速评价不同树种释放的化感物质及形成的特殊土壤是否适宜三七生长的方法,通过快速分析不同森林树种挥发物、淋溶物、林下形成的特殊土壤微生物及非生物因素对三七生长的影响来判定该森林植被是否适宜三七种植。完成整个过程的评价仅需三个月的时间,可以快速选择适宜三七种植的森林植被。
本发明所述的一种适宜三七种植的林下环境的评价方法包括如下步骤:
步骤一:评价林下土壤中生物和非生物因子对三七生长影响
(1)选取林下土壤:选择测试区域的森林植被,取0~30cm土层土壤,选择6~10个点取样,每个点相距100m以上,每个点取4~8个土壤,充分混合后置于2~6℃条件下备用;
(2)土壤微生物过滤除菌评价法评价土壤内含的生物和非生物因子对三七生长的影响:
1)在容器中用无菌纯净水浸泡林下土壤,按林下土壤和无菌水体积比1∶(5~15)的比例浸泡,将容器置于摇床上,20~25℃,120~150rpm震荡12-24h后经过滤收集土壤浸提液;
2)将土壤浸提液分为两份,一份过滤除去微生物(仅含养分和化感物质),记为SE除菌;另一份不过滤处理(含有养分+化感物质+微生物),记为SE;
3)取3个组培瓶分别加入100g无菌石英砂;
4)往第一个组培瓶中加入15~20ml无菌水,记为CK;第二个组培瓶中加入与CK同等量的第2)步所述的SE,第三个组培瓶中加入与CK同等量的第2)步所述的SE除菌;
5)将三七种子经次氯酸钠浸泡消毒后,分别取10~20粒消毒后的三七种子种植于第4)步所述的组培瓶中并密封;
6)将各组培瓶置于培养室中培养,待三七出苗后调查出苗情况,齐苗后30-45天调查三七的出苗率(δ)和单株鲜重(M)指标;
所述步骤一中第3)步中所述无菌石英砂是经盐酸浸泡消毒后得到的石英砂;所述的盐酸浸泡消毒过程为选取细石英砂经浓度为20%~40%的盐酸浸泡消毒24~48h后,用水洗至pH=7,烘干后得到。
所述步骤一中第5)步中所述的次氯酸钠的质量浓度为1%~5%,浸泡消毒时间为3~5分钟。
所述步骤一中第6)步中所述的培养室中培养的条件最好为白天20~25℃,晚上15~20℃,光照强度10000lux,12小时光暗交替培养。
步骤二:采用土壤微生物过滤除菌评价法评价树叶挥发物对三七生长的影响:
(1)采集测试区域的树种周围掉落的干枯树叶;
(2)在组培瓶加入100g无菌石英砂;
(3)将三七种子经次氯酸钠浸泡消毒后,分别取10~15粒消毒后的三七种子种植于第2)步所述的组培瓶中并密封;
(4)将植物叶片研磨粉碎,选择4~5组不同重量的研磨粉碎的植物叶片分别放置于不同的组培瓶内,密封组培瓶;所述研磨粉碎的植物叶片的重量为0~4g;
(5)将各组培瓶置于培养室中培养,待三七出苗后调查出苗情况,齐苗后30~45天调查三七的出苗率(δ)和单株鲜重(M)指标;
所述步骤二中第(2)步中所述无菌石英砂是经盐酸浸泡消毒后得到的石英砂;所述的盐酸浸泡消毒过程为选取细石英砂经浓度为20%~40%的盐酸浸泡消毒24~48h后,用水洗至PH=7,烘干后得到。
所述步骤二中第(3)步中所述的次氯酸钠的质量浓度为1%~5%,浸泡消毒时间为3~5分钟。
所述步骤二中第(4)步中所述研磨粉碎的植物叶片优选采用锡箔纸折叠而成的容器置于组培瓶。
所述步骤二中第(5)步中所述的培养室中培养的条件最好为白天20~25℃,晚上15~20℃,光照强度10000lux,12小时光暗交替培养。
步骤三:评价树叶淋溶物对三七生长的影响
(1)采集林下树木健康叶片;
(2)取组培瓶分别加入100g经盐酸浸泡消毒的石英砂;
(3)将采集的树木叶片用纯净水浸泡12~24h后滤除去微生物,将滤液配置成4~5组不同浓度的植物组织浸提液;植物组织浸提液的浓度选自0~150g/L;
(4)取各不同浓度的浸提液18~20ml添加至装有100g灭菌石英砂的组培瓶中,搅拌均匀;
(5)将三七种子经次氯酸钠浸泡消毒后,分别取10~15粒消毒后的三七种子种植于第4)步所述的组培瓶中并密封;
(6)将各组培瓶置于培养室中培养,待三七出苗后调查出苗情况,齐苗后30~45天调查三七的出苗率(δ)和单株鲜重(M)指标;
所述步骤三中第(1)步中在树木叶片采集后为防止树叶发霉,需要保持树叶处于透气状态下保存。
所述步骤三中第(2)步中所述无菌石英砂是经盐酸浸泡消毒后得到的石英砂;所述的盐酸浸泡消毒过程为选取细石英砂经浓度为20%~40%的盐酸浸泡消毒24~48h后,用水洗至PH=7,烘干后得到。
所述步骤三第(5)步中所述的次氯酸钠的质量浓度为1%~5%,浸泡消毒时间为3~5分钟。
所述步骤三中第(6)步中所述的培养室中培养的条件最好为白天20~25℃,晚上15~20℃,光照强度10000lux,12小时光暗交替培养。
本发明步骤一至三中所述的出苗率(δ)和单株鲜重(M)指标对三七生长影响的判断方法为:
当δCK<δSE除菌<δSE和MCK<MSE除菌<MSE时,土壤微生物、树叶挥发物或树叶淋溶物促进生长,且土壤中含有的非生物因子有利于三七生长;
当δCK>δSE除菌>δSE和MCK>MSE除菌>MSE时,土壤微生物、树叶挥发物或树叶淋溶物抑制三七生长,且土壤中含有的非生物因子不利于三七生长;
当δSE除菌>δCK>δSE和MSE除菌>MCK>MSE时,土壤微生物、树叶挥发物或树叶淋溶物抑制三七生长,但土壤中含有的非生物因子利于三七生长;
当δSE除菌<δCK<δSE和MSE除菌<MCK<MSE时,土壤微生物、树叶挥发物或树叶淋溶物促进三七生长,但土壤中含有的非生物因子不利于三七生长。
本发明中所述的出苗率的计算方法为:出苗率=每瓶出苗株数/15*100%,结果中的出苗率为6个重复的平均值。
所述的单株鲜重的计算方法为:将瓶栽中生长的三七洗净后擦干用天平称重,结果保留小数点后三位。单株鲜重=每瓶三七总重量/称重株数,结果中的单株鲜重为6个重复的平均值。
本发明中只有当土壤微生物、土壤浸提液、树叶挥发物和淋溶物均不明显抑制三七生长才能用于三七种植。
本发明所述步骤一中第(2)步可以采用土壤微生物高温灭菌评价法代替土壤微生物过滤除菌评价法,评价土壤内含的生物和非生物因子对三七生长的影响,所述的土壤微生物高温灭菌评价法具体过程为:
(1)林下土壤分为两份,一份在烘箱中干热灭菌后取出自然冷却待用,记为SH,另一份不灭菌,记为S;
所述的烘箱温度为80~100℃,灭菌时间为4h。
(2)取第(1)步中的两份林下土壤各50ml分别加入到不同组培瓶中,加入无菌纯净水,调节两组培瓶中的含水率相同;
(3)将三七种子经次氯酸钠浸泡消毒后,分别取10~15粒消毒后的三七种子种植于上述组培瓶中并密封;
所述的次氯酸钠的质量浓度为1%~5%,浸泡消毒时间为3~5分钟。
(4)将组培瓶置于培养室中培养,待三七出苗后调查出苗情况,齐苗后30-45天调查三七的株高和单株鲜重指标。
所述的培养室中培养的条件最好为白天20~25℃,晚上15~20℃,光照强度10000lux,12小时光暗交替培养。
本发明所述的土壤微生物高温灭菌评价法评价土壤内含的生物和非生物因子对三七生长的影响的判断方法为:
当δST>δS及MST>MS时,土壤微生物对三七生长(萌发)表现为抑制;
当δST≤δS及MST≤MS时,土壤微生物对三七生长(萌发)表现为无影响或促进。
土壤在80~100℃干热灭菌4h后可以有效杀死土壤中的微生物而不改变土壤自身的理化性质,因此可以通过此方法来判断林下土壤微生物是否有利于三七生长。本方法作为土壤浸提液处理的代替方法,适用于林下土壤样本量过大、土壤颗粒较小的情况下,可以有效减少工作量。
本发明利用室内生物测定的方法快速分析不同森林树种挥发物、淋溶物、林下形成的特殊土壤微生物及非生物因素对三七生长的影响来判定该森林植被是否适宜三七种植。完成整个过程的评价仅需三个月的时间,可以快速选择适宜三七种植的森林植被。
具体实施方式
本发明通过具体的实施例来验证所提供的评价方法的效果。具体如下:
步骤一:评价林下土壤中生物和非生物因子对三七生长影响
2016年于澜沧、宁洱选择思茅松森林植被,在文山、迪庆、丽江和建水选择云南松森林植被,在版纳选择杂木林森林植被,同时在澜沧选择桉树林森林植被,如表1所示。去除土壤表面杂质,取0~30cm土层土壤。每个区域选择10个点取样,每个点相距100m以上,每个点取6个土壤,去除土壤中植物残体后充分混合带回室内置于4℃冰箱备用。
表1林下土壤取样分布及类型
1)利用土壤浸提液浇灌三七,比较林下土壤微生物以及养分对三七生长的影响。
①在体积500ml的三角瓶中用无菌纯净水浸泡不同地点林下土壤(按林下土壤和无菌水体积比1:10的比例浸泡),将三角瓶置于摇床上,25℃,150rpm震荡24h后经定性滤纸(20um)过滤收集土壤浸提液;
②将土壤浸提液分为两份。一份通过0.22μm滤膜过滤除去微生物(仅含养分和化感物质),另一份不过滤处理(含有养分、化感物质和微生物);
③选取细石英砂经30%盐酸浸泡消毒48h后,用清水洗至PH=7,烘干后分别称取100g无菌石英砂加入到每个灭菌组培瓶(250ml)内备用;
④添加石英砂的组培瓶分为三组。第一组加入18ml无菌水(CK);第二组加入未除菌过滤的土壤浸提液(SE);第三组加入除菌过滤的土壤浸提液(SE过滤灭菌)。
⑤三七种子经3%次氯酸钠浸泡消毒3分钟后反复用清水清洗5遍,用灭菌镊子小心夹取消毒后的15粒三七种子种植于上述组培瓶中并密封瓶盖。将各个处理置于白天24℃,晚上16℃,光照强度10000lux,12小时光暗交替的培养室培养,30天调查出苗率,45天测量单株单株鲜重。结果如表2所示。
表2土壤浸提液对三七生长的影响
通过表2中实验结果可看出,大部分未过滤去除微生物的林下土壤浸提液能够促进三七萌发和生长。其中H松、E松、R松、S松、NE3、LC1510和BN林下土中的出苗率和单株鲜重都符合CK<SE除菌<SE,说明土壤微生物促进生长,土壤中含有的非生物因子有利于生长;U松和LC1890林下土的出苗率和单株鲜重都符合SE>CK>SE除菌,说明土壤微生物促进生长,土壤中含有的非生物因子不利于生长;桉林土的出苗率和单株鲜重都符合CK>SE除菌>SE,土壤微生物和非生物因子都不利于生长,桉树林不适于三七种植。通过清水对照发现,土壤中化感物质对三七出苗率影响不大,主要起作用的是土壤微生物。
2)林下土壤80℃干热灭菌处理对三七生长的影响。
①将林下土壤分为两份,一份放入铁盘均匀铺开厚度5cm左右,然后在烘箱中80℃干热灭菌4h后取出凉至室温待用(SH),另一份不灭菌(S);
②将两种处理的林下土取50cm3加入到组培瓶(250ml)中,通过称重加入无菌纯净水,将土壤水分调节一致;
③三七种子经3%次氯酸钠浸泡消毒3分钟后反复用清水清洗5遍,用灭菌镊子小心夹取消毒后的15粒三七种子种植于上述组培瓶中并密封瓶盖。
④将组培瓶置于白天24℃,晚上16℃,光照强度10000lux,12小时光暗交替的培养室培养,待三七出苗后调查出苗情况,齐苗后45天调查三七的株高和单株鲜重指标。试验结果如表3所示。
表3林下土壤80℃干热灭菌处理对三七生长的影响
通过表3中结果可知,S松和E松林下土壤在灭菌后出苗率SH<S,说明土壤微生物表现为促萌发。大部分林下土在80℃灭菌后单株鲜重在0.33g至0.42g范围内。NE3、LC1890、桉和BN林下土的出苗率为SH>S,说明土壤微生物对三七生长表现为抑制。R松的出苗率为SH<S,土壤微生物对三七生长表现为促进,可以作为开展林下三七种植的优先林。云南松林更加适宜三七生长。
步骤二:评价树叶挥发物对三七生长的影响
(1)采集表1所示各个取样点树种周围掉落的干枯树叶,装入到自封袋中带回室内进行评价;
(2)选取细石英砂经30%盐酸浸泡消毒48h后,用清水洗至PH=7,烘干后分别称取100g无菌石英砂加入到每个灭菌组培瓶(250ml)内备用;
(3)三七种子经3%次氯酸钠浸泡消毒3分钟后反复用清水清洗5遍,用灭菌镊子小心夹取消毒后的15粒三七种子种植于上述组培瓶中;
(4)将不同树种叶片研磨粉碎,按照不同的重量(0g、0.5g、1g、2g、4g)添加到灭菌后用锡箔纸折叠而成的三角锥中置放于组培瓶内,盖上瓶盖。
(5)将组培瓶置于白天24℃,晚上16℃,光照强度10000lux,12小时光暗交替的培养室培养,待三七出苗后调查出苗情况,齐苗后30天调查三七的株高和单株鲜重指标。
通过单因素方差分析结果表明(表4),低浓度的云南松和思茅松松针挥发气体能促进三七种子的萌发,且挥发物对三七茎的生长有一定促进作用。杂木林采集的树叶对三七生长无显著影响。但桉树叶的挥发物对三七的生长(茎长和根长)具有显著的抑制作用。表明桉树叶的挥发物会抑制三七生长。
表4不同浓度的云南松、思茅松和桉树叶挥发物对三七种子生长的影响
步骤三:评价树叶淋溶物对三七生长的影响
(1)采集表1中各个点林下树木健康叶片,装入到自封袋中,在自封袋撮几个孔以便透气,防止树叶发霉。
(2)选取细石英砂经30%盐酸浸泡消毒48h后,用清水洗至PH=7,烘干后称取100g无菌石英砂加入到每个灭菌组培瓶(250ml)内备用;
(3)用纯净水浸泡24h不同的树木叶片,在1L水中加入150g植物叶片,过0.22μm的微孔滤膜过滤除去微生物,配置成不同浓度的植物组织浸提液(1.5g/L、15g/L、75g/L、150g/L);
(4)取每个浓度的浸提液18ml添加至装有100g灭菌石英砂的组培瓶中,搅拌均匀。
(5)三七种子经3%次氯酸钠浸泡消毒3分钟后反复用清水清洗5遍,用灭菌镊子小心夹取消毒后的15粒三七种子种植于上述组培瓶中并密封瓶盖。
(6)将组培瓶置于白天24℃,晚上16℃,光照强度10000lux,12小时光暗交替的培养室培养,待三七出苗后调查出苗情况,齐苗后45天调查三七的出苗率和单株鲜重指标。
通过单因素方差分析结果表明(表5),低浓度的云南松和思茅松水提液对三七萌发和单株鲜重有显著地促进效果。杂木林树叶的淋溶物对三七具有一定的促进作用。桉树叶的淋溶物对三七生长也具有促进作用。
表5不同浓度的云南松、思茅松松针浸提液对三七生长的影响
步骤四:综合评价不同树种挥发物、淋溶物及土壤环境对三七生长影响
综合上述评价结果表明,云南松和思茅松植被促进三七生长,桉树林抑制三七生长,杂木林对三七生长表现为不抑制。
表6不同植被林下土壤微生物、挥发物及淋溶物对三七生长的影响
树林类型 |
土壤微生物 |
叶片挥发物 |
叶片淋溶物 |
总体评价 |
思茅松林 |
促进 |
无影响 |
促进 |
促进 |
云南松林 |
促进 |
促进 |
促进 |
促进 |
杂木林 |
促进 |
促进 |
促进 |
促进 |
桉树林 |
抑制 |
抑制 |
无影响 |
抑制 |
步骤五:林下三七种植评价。
(1)土壤质地的选择。2016年12月于在表1取样点选择林下土地进行三七试验,评价上述方法的可靠性。
(2)种植墒面整理。两列树木中间松土起垄,起垄坡度控制在20°左右。种植墒面高30厘米,墒面宽150cm。
(3)种植时期、规格。三七种植时间为2016年12月初,种植面积为2亩。
10月18日调查结果表明(表7),云南松、思茅松、杂木林下种植的三七出苗率、存活率及三七生长势均正常,但桉树林下种植的三七出苗率低,生长至7月份后绝大多数植株逐渐死亡,不适宜三七种植。该田间试验的结果进一步证明本发明的评价方法适用于林下三七环境的快速评价。
表7林下实地三七种植评价