随着人口的增长，土地资源的减少，生态环境恶化等问题日益突出，农林复合经营模式越来越受到重视并得到迅速发展。农林复合经营模式能够增加人工林生态系统的稳定性，控制水土流失，实现物质与能量的多级循环利用，从而带来良好的经济效益和生态效益^[1]。然而，物种间能否和谐共处关系到复合经营的成败。化感作用是种间关系的重要组成部分，它指的是一种生物通过向环境中释放化学物质从而影响其它生物甚至自身生长的作用^[2]，在农、林业生产中受到普遍的关注^{[3, 4]}。

蓝桉(Eucalyptus globulus)为桃金娘科(Myrtaceae)桉树属(Eucalyptus)植物，原产澳大利亚，因其具有生长快、萌蘖能力强、经济效益高等特点，在我国西南部和南部大量引种栽培^[5]。然而，近年来随着桉树人工林的快速发展，其林下灌木、草本植物稀少、林分生态功能低等生态问题成为人们争论的焦点。据现有的研究报道，造成这种现象的原因除了桉树具有较强的水分和养分竞争能力外，还可能是桉树具有较强的化感作用^{[6, 7, 8, 9]}。那么蓝桉在与农作物进行间作，或与其它树种进行混交的过程中是否会对邻近植物产生化感作用且其作用的强度如何，值得人们进行深入的探讨。这对于农林复合经营中科学地选择物种并进行合理种间搭配具有重要的指导意义。

植物的叶片是化感物质较为集中的器官之一^{[10, 11, 12]}，且大量的凋落叶势必对林地环境及林下植物产生影响，因此，凋落叶化感作用的生物测试在科学研究中得到普遍应用^[13]。尽管通过实验室生物测试的方法已经证实桉属的许多树种的叶片浸提液能对受体植物种子的萌发、生根以及幼苗生长产生显著的抑制作用^{[14, 15]}，然而将凋落叶中的化感物质一次性提取到水溶液中而作用于受体植物，这并不能真正地反映自然条件下化感物质的释放和作用过程，因为只有当凋落的植物组织器官在分解过程中，其所含的具有化感作用的次生代谢物自然释放到土壤中，并与土壤微生物及其他植物相互作用，根据植物所表现出来的生长状态，才可能对其是否具有化感作用作出正确的解释^[16]。

因此，本研究拟采用盆栽试验，直接向盆土中添加蓝桉凋落叶，在一定程度上模拟蓝桉凋落叶自然分解释放化感物质的过程，以探讨其对受体植物菠菜(Spinacia oleracea)生长及其光合生理特性的作用规律，为农林复合经营中种间的合理搭配以及蓝桉凋落叶的管理和利用提供一定的理论参考。

试验地位于雅安市四川农业大学的教学科研园区内(102°59′57″E，29°58′21″N)，海拔580 m。该地区属亚热带湿润气候，阴雨较多，光照不足，年均气温16.2℃，≥10℃年积温5231℃，7月平均最高气温29.9℃，1月平均最低气温3.7℃，年均日照时数1039.6 h，无霜期298 d，年均降水量1774.3 mm，空气平均湿度79%。

本研究采用口径29 cm、底径17 cm、高25 cm的聚乙烯塑料盆进行盆栽实验，土壤选择农田沙壤土(pH7.85，有机质24.38 g/kg，全氮0.66 g/kg，全钾5.81 g/kg，速效磷128.63 mg/kg，速效钾15.27 mg/kg)。2010年3月，于学校试验林场内25年生蓝桉人工林下收集蓝桉近期凋落叶(颜色黄中带绿，对折不易断开)，风干后剪成1cm²左右的小块备用。供试菠菜品种为日本全能菠菜，种子购于当地种苗服务部，播种前用0.5%KMnO₄溶液消毒20 min，洗净，用65 ℃初始温度浸种1 d。

采用单因素随机试验设计，设置L30(30 g/盆)、L60(60 g/盆)、L90(90 g/盆)、L120(120 g/盆)4个凋落叶添加水平，对照CK不加凋落叶。每个水平设置6个重复，共30盆．将预先称量的凋落叶与土壤(10 kg)混合均匀，然后一次性浇透水，之后隔天浇水，用HH2土壤水分速测仪(ML2x，GBR)监测并控制土壤含水量，保持盆内土壤湿度为18% (土壤体积含水量，约为供试土壤田间持水量的80%)，1周后(2010年4月7日)播种菠菜。播种前先在盆土表面覆土0.5 cm厚，其上均匀点播种子(30粒/盆)，然后再覆土1cm厚并浇透水。待各处理种子全部出苗后的第10天间苗1次，经多次间苗后每盆保留10株，进行常规的田间管理。在蓝桉凋落叶分解30 d与50 d各进行1次生长指标测定，并于2010年5月17日、18日、19日3d陆续对菠菜的各项光合生理指标进行测定(光合色素于5月5日、5月17日和5月27日分别测定)。

随机选取各处理植株地上部分，将其置于烘箱中105℃下杀青30 min，然后80℃下烘干至恒重，测定其地上部分干重(每处理重复3次，每重复6株)。采集各处理同一部位成熟叶片，用Li-3100便携式激光叶面积仪(Li-Cor，USA)测定其叶面积；于5月5日、5月17日和5月27日分别取各处理受体同一部位成熟叶片带回实验室，用“丙酮-乙醇混合液提取法”提取色素，用723PC型分光光度计测定色素含量^[17]。

于2010年5月17日采用Li-6400便携式光合测定仪(Li-Cor Inc.，USA)，人工控制CO₂浓度400 μmolCO₂/mol、温度25℃、光照强度1200 μmol m^-2 s^-1，测定净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO₂浓度(Ci)，每处理5次重复，每重复记录10个数据。

于2010年5月18、19日9:00—11:30分别进行受体植物光响应与CO₂响应的测定。两种响应曲线测定时均设定叶片温度为(25±1)℃，空气相对湿度为70%。

Pn-PAR响应：CO₂浓度设置为400 μmol／mol，光合有效辐射PAR梯度为0、50、100、150、200、400、600、800、1200、1600、2000、2500 μmol m^-2 s^-1。

Pn-Ci响应：PAR设定为1000 μmol m^-2 s^-1，设定CO₂浓度梯度为0、50、75、100、150、200、400、600、800、1200、1600、2000 μmol/mol。

采用非直角双曲线模型拟合光响应曲线^[18]，并计算出拟合参数：表观量子效率(AQY)、最大净光合速率(P_max)、近光饱和点(Lsp)、光补偿点(Lcp)、暗呼吸速率(Rd)。采用直角双曲线模拟CO₂响应曲线^[19]，并计算拟合参数：RuBP表观羧化效率(CE)、最大净光合速率(P _max)、近CO₂饱和点(CsP )、CO₂补偿点(Ccp)和光呼吸速率(Rp)。

化感效应指数(RI)的计算采用按照Williamson等^[20]的方法，RI=1-C/T (当T≥C时)或RI=T/C-1 (当T<C时)。其中，C为对照值，T为处理值，RI为化感效应指数，RI>0为促进作用，RI <0为抑制作用，绝对值大小表示化感作用强度。

采用Microsoft Excel 2007对数据进行初步整理，采用SPSS16.0统计分析软件进行单因素方差分析(One-way ANOVA)和差异显著性检验(LSD法)。

由表 1可知，在凋落叶分解30 d时，低量处理(L30)对菠菜地上部分生物量无明显影响(P>0.05)，而中量高量处理(L60、L90与L120)的地上部分生物量均显著低于CK(P＜0.05)，化感抑制效应分别达到了-0.405、-0.472和-0.286。而在凋落叶分解50 d后，菠菜地上部分生物量表现为L30和L60显著高于CK(P＜0.05)，化感促进效应分别为0.469和0.278，L90与CK也无显著差异(P>0.05)，仅L120处理仍显著低于CK(P＜0.05)。

光合色素含量是衡量叶片对光能吸收能力的指标之一。由表 2可知，在凋落叶分解28 d时，L60处理的叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)含量均显著高于CK(P<0.05)，其余凋落叶处理与CK差异不显著(P>0.05)。凋落叶分解40 d与50 d后，L30和L60处理的菠菜Chla、Chlb含量均显著高于CK(P<0.05)，L90与CK几乎没有差异，而L120显著低于CK( P< 0.05)。这表明一定量的凋落叶(L30和L60)对菠菜叶绿素的合成有促进作用，而凋落叶超过一定量时(L120)转为抑制作用。Chla/Chlb值的变化能反映叶片光合活性的强弱，Chla/Chlb值变小，有利于植物吸收更多的光能，Chla/Chlb值变大，有利于作用中心对光能的即时转换^[21]。在凋落叶分解28 d时，各处理的菠菜Chla/Chlb值未见显著差异(P>0.05)；40 d时，除L90处理外，凋落叶处理的菠菜Chla/Chlb值均低于CK；而凋落叶分解50 d后，仅L120处理的菠菜Chla/Chlb值显著高于CK(P<0.05)，其它凋落叶处理与CK差异不显著(P>0.05)。

类胡萝卜素(Car)除在光合作用中行使其功能外，还可吸收剩余能量，淬灭活性氧，防止膜脂过氧化^[22]。由表 2可知，在凋落叶分解28 d后，各凋落叶处理的菠菜Car含量与CK差异不大(P>0.05)；凋落叶分解40 d时，L30、L60和L90处理的菠菜Car含量均显著高于CK(P<0.05)，L120处理显著低于CK(P<0.05)；到50 d时，Car含量在L30和L60处理下仍显著高于CK(P<0.05)，在L120处理下仍显著低于CK(P<0.05)，而在L90处理下与CK无明显差异。

由图 1可知，菠菜叶片净光合速率(Pn)随凋落叶量的增加而呈现先上升后降低的趋势，其中L30处理下Pn最高，与CK差异达显著水平(P<0.05)，L60和L90处理的Pn与CK差异不显著(P>0.05)，L120处理的Pn则显著低于CK(P<0.05)。各剂量凋落叶处理气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)与蒸腾速率(Tr)均显著高于CK(P<0.05)，而水分利用效率(Wue)随凋落叶量的增加呈现出降低的趋势，各凋落叶处理均显著低于CK(P<0.05)。

图 1 不同蓝桉凋落叶处理下菠菜的净光合速率及气体交换参数 Fig.1 Net photosynthetic rate and gas exchange parameters of S. oleracea treated with different amount of E. globulus leaf litter

图选项

由图 2可见，不同凋落叶添加量下菠菜的光响应状况存在着明显的“浓度效应”，即少量的凋落叶(L30)促进了菠菜在各光强下的净光合速率，而随着凋落叶的不断增加，各光强下菠菜的净光合速率逐渐降低，大小顺序为：L30＞CK＞L60＞L90＞L120。

图 2 不同蓝桉凋落叶处理下菠菜的光响应曲线 Fig.2 Light response curve of photosynthesis of leaves of S. oleracea under different leaf litter treatments

图选项

由植物的光响应曲线可得到多项光响应特征参数。其中，光补偿点LcP反映植物在一定的光照下，光合作用吸收CO₂的呼吸作用数量达到平衡状态时的光照强度，其值越小，则植物利用弱光能力越强，光饱和点LsP则反映当达到某一光强时，植物的光合速率就不再随光强的增高而增加，其值越大，则植物的利用强光的能力越大^[23]。由表 3可见，L30处理下菠菜LcP与CK差异不大，而L60、L90、L120均低于CK，分别降低了29.86％、23.72％、52.59％。表观量子效率AQY值越高，则植物在弱光下转换利用光能的效率就高^[23]，植物的最大净光合速率P_max是植物光合能力强弱的重要指标，本试验中，各处理的AQY、P_max、吸速率Rd呈现出相同的变化趋势，均表现为L30＞CK＞L60＞L90＞L120。

由图 3可知，CO₂浓度在低于1200 μmol m^-2 s^-1 时，各处理净光合速率的大小表现为为CK＞L30＞L60≈L90＞L120，但在1200 μmol m^-2 s^-1以上净光合速率则是L30≈CK＞L60≈L90＞L120。

图 3 不同蓝桉凋落叶处理下菠菜的CO2响应曲线 Fig.3 CO2 response curve of photosynthesis of leaves of S. oleracea under different leaf litter treatments

图选项

由表 4可见，随着凋落叶量的增加，CO₂补偿点CcP与CO₂饱和点CsP的值表现出逐渐升高的趋势；L30处理的菠菜羧化速率CE、最大净光合速率P_max和光呼吸速率RP高于CK，而L60、L90、L120处理下的这三项参数均低于CK。CE是响应曲线在200 μmol CO₂ m^-2 s^-1以下直线区域的斜率，反映了植物在给定条件下对CO₂的同化能力，与CK相比，L30的CE提高了5.88％，而L60、L90、L120分别降低了18.22％、35.10％、53.70％。经过凋落叶处理，菠菜的Ccp、CsP明显提高了，最高量凋落叶处理L120的菠菜Ccp、CsP分别提高了30.58％、45.33％。L30的P_max、RP分别较CK高出7.67％、17.64％，L60、L90、L120的P_max和RP均低于CK。

桉树的鲜活枝叶、枯落物、根系分泌物及林下表土的水溶物中，都含有能够抑制其他植物、动物和微生物生长的化感物质^[24]。有研究表明，植物的化感物质可通过降低叶绿素水平直接降低光合速率^[25]。另外，化感作用对受体植物叶细胞超微结构的影响也主要体现在细胞膜系统和叶绿体等细胞器的破坏上^[26]，最直观的表现形式是对叶绿素含量的影响^[27]。陈良华等^[28]探讨了巨桉(E. grandis)凋落叶分解初期对小白菜(Brassica rapa)光合生理特性的影响，发现随着凋落叶量的增加，Chla、Chlb和Car含量的降低是导致小白菜光合速率下降的重要原因。本试验表明，经过不同蓝桉凋落叶处理的菠菜，其Chla、Chlb以及Car含量在其各个生长期均表现出“浓度效应”和“时间效应”，即少量的蓝桉凋落叶促进其光合色素含量的增加，随着凋落叶量的增加，促进作用减弱并转为抑制作用；随着分解时间的延长，一定量凋落叶处理(L30和L60)对菠菜生长倾向于促进作用，而高量凋落叶处理(L120)的抑制作用却越来越强。这可能是因为低量处理中凋落叶化感物质含量不高，到后期释放的量越来越少，而凋落叶分解释放的营养物质所起的促进作用逐步大于化感物质的抑制作用；高剂量的凋落叶释放和作用的持续时间也相对较长，因此抑制作用越来越明显。

化感物质可以通过影响Gs、Ci、Tr等气孔因素直接影响植物的光合作用^[29]。Ci是植物光合作用的反应底物，而Ci浓度的大小也直接反应了进行光合作用的细胞活性大小，Ci浓度越小其光合速率越大^[30]。植物叶片光合效率降低的自身因素主要有部分气孔关闭导致的气孔限制和叶肉细胞光合活性下降导致的非气孔限制两类^[31]。Farquhar等^[32]认为Pn、Gs和Ci同时下降时，Pn的下降为气孔限制，相反如果叶片Pn降低而Ci升高，表明光合作用的限制因素可能是非气孔限制。本研究中Pn随凋落叶量的增加而先升高后降低，而各凋落叶处理的Ci和Gs均高于CK，呈升高趋势，表明菠菜Pn的下降主要是由非气孔限制因素引起的。低量的蓝桉凋落叶处理提高了菠菜的Pn，而蓝桉凋落叶增多时其Pn降低甚至明显低于CK，表明低量蓝桉凋落叶可促进菠菜的光合效率，而高量蓝桉凋落叶分解释放过多的化感物质可能在一定程度上破坏了叶片光合器官的结构，从而导致Pn大幅度下降。另外，随着凋落叶量的增加各处理的Gs与Tr均呈上升趋势，相关分析表明两者存在极显著的正相关关系(R=0.995, P<0.05)。这导致其水分利用效率Wue不断下降(图 1)，L120处理的Wue仅为CK的41.7%，表明蓝桉凋落叶释放的化感物质可能促进了菠菜的气孔导度增大，从而增加菠菜的蒸腾速率，降低其水分利用率。

光响应曲线与CO₂响应曲线描述的是光量子通量密度和CO₂浓度与植物净光合速率之间的关系，能够较好地解释植物对光照和环境中CO₂浓度两种影响因子变化的适应能力^[28]。吴秀华等^[29]通过研究巨桉凋落叶分解对菊苣(Cichorium intybus)的化感作用表明，化感物质可以降低植物对光及CO₂的利用能力。本研究中菠菜的Lsp、LcP随蓝桉凋落叶添加量的增加而呈现出先升高后降低的趋势，表明少量的蓝桉凋落叶提高了菠菜的光合能力，而随着凋落叶量的增加，菠菜的光合能力降低。表观量子效率AQY和RuBP羧化速率CE也呈现出与Lsp、LcP相同的变化规律，表明低量的蓝桉凋落叶增强了菠菜对弱光的利用能力，而高量的凋落叶降低了菠菜对弱光的利用能力。Csp、CcP随着蓝桉凋落叶量的增加而增加，表明在同等条件下，经过蓝桉凋落叶处理的菠菜需要消耗更多的同化物，这与陈良华等^[28]的研究结果相似。Rp、Rd先升高后降低的变化趋势也表明少量的蓝桉凋落叶可以提高菠菜对光和CO₂的利用能力，而蓝桉凋落叶较多时则降低菠菜对光和CO₂的利用能力。

生物量的积累状况更加直观地反映了凋落叶分解释放的化感物质对菠菜生长的影响，本研究发现蓝桉凋落叶在土壤中分解30 d后，低量的凋落叶(L30)并未抑制菠菜生物量的积累，而分解50 d后低量凋落叶(L30)促进菠菜生物量的积累。高量的凋落叶(L90、L120)抑制了菠菜生物量的积累，且施用的凋落叶越多抑制作用越明显。表明低量的凋落叶可促进菠菜生物量积累，高量的凋落叶一定程度上抑制菠菜生物量的积累。

综上，低量蓝桉凋落叶(L30处理)释放的化感物质较少，不足以抑制菠菜的生长，而凋落叶分解释放的营养物质对菠菜的生长起到了主导作用，因而表现为对菠菜生长的促进作用。高量的凋落叶(L90和L120)释放了较多的化感物质，通过抑制叶绿素合成、非气孔限制以及降低对光辐射和CO₂的利用能力等途径影响菠菜的光合活性，从而抑制菠菜的生长。因此在农林复合种植的生产实践中，应避免蓝桉凋落叶在农田中大量积累和翻耕进入土壤。此外大量凋落叶在分解初期对受体植物的强烈化感效应会影响到其后期产量。当然，盆栽试验条件与田间状况尚存在一定差异，有必要进一步开展相关田间试验。