华 南 农 业 大 学 农 学 院 第 三 届 综 述 大 赛 获 奖 作 品 论 文 集一 等 奖 作 品 :一 等 奖 作 品<strong>The</strong> <strong>effects</strong> <strong>of</strong> <strong>activated</strong> <strong>carbon</strong> <strong>and</strong> <strong>plants</strong> <strong>diversity</strong> on plantautotoxicityLiang XiaotingInstitute <strong>of</strong> Tropical <strong>and</strong> Subtropical Ecology, South China Agricultural University, Wushan,Guangzhou 510642, P.R. ChinaAbstract: Autotoxicity is a common phenomenon, <strong>and</strong> many <strong>plants</strong> have been reported asautotoxic species. A mixed plant st<strong>and</strong> diversifies allelochemical release into the soil, whichmay reduce allelopathic potential <strong>and</strong> autotoxicity <strong>of</strong> a specific species in turn. Activated<strong>carbon</strong> (AC), as a technique for neutralizing allelopathic compounds in the soil, is widely used.Underst<strong>and</strong>ing the <strong>effects</strong> <strong>of</strong> <strong>activated</strong> <strong>carbon</strong> <strong>and</strong> <strong>plants</strong> <strong>diversity</strong> on <strong>plants</strong> autotoxicity, iscritical to provide a greater generality to the overall effect <strong>of</strong> maintaing or enhancingbio<strong>diversity</strong>. This article reviews the researches done on the plant autotoxicity <strong>and</strong> itsalleviation <strong>of</strong> by <strong>activated</strong> <strong>carbon</strong> <strong>and</strong> <strong>plants</strong> <strong>diversity</strong>Keywords: Autotoxicity Allelopathic Plant <strong>diversity</strong> Activated <strong>carbon</strong>1. IntroductionAllelopathy refers to direct or indirect, beneficial or detrimental <strong>effects</strong> <strong>of</strong> one plant onothers through the release <strong>of</strong> chemicals into the nearby environment (Rice 1984). Allelopathymay occur between different plant species or between <strong>plants</strong> <strong>of</strong> the same species. Autotoxicityis defined as a process where a plant or its decomposing residues release toxic chemicalsubstances into the environment to inhibit germination <strong>and</strong> growth <strong>of</strong> the same plant species(Miller 1996; Putnam 1985) , <strong>and</strong> may reduce <strong>plants</strong> population <strong>and</strong> productivity. It exists bothin natural <strong>and</strong> agricultural ecosystems <strong>and</strong> is important mechanism to disperse the individuals<strong>of</strong> a population, avoiding intraspecific competition, regulate the species population over space<strong>and</strong> time <strong>and</strong> maintains the seed dormancy for long time in agriculture <strong>and</strong> foestry (Liu et al,2007).Allelopathic compounds have been shown to play important roles in the determination <strong>of</strong>plant <strong>diversity</strong>, dominance, succession, <strong>and</strong> climax <strong>of</strong> natural vegetation <strong>and</strong> in the plantproductivity <strong>of</strong> agroecosystems (Chou, 1999). Both allelopathy <strong>and</strong> autointoxication play animportant mechanism in regulating plant bio<strong>diversity</strong> <strong>and</strong> plant productivity. As a technique forneutralizing allelopathic compounds in the soil, <strong>activated</strong> <strong>carbon</strong> (AC) is widely used. Hence,1
华 南 农 业 大 学 农 学 院 第 三 届 综 述 大 赛 获 奖 作 品 论 文 集一 等 奖 作 品there is increasing interest in the <strong>effects</strong> <strong>of</strong> <strong>activated</strong> <strong>carbon</strong> <strong>and</strong> <strong>plants</strong> <strong>diversity</strong> research on<strong>plants</strong> autotoxicity, <strong>and</strong> it is also critical to provide a greater generality to the overall effect <strong>of</strong>maintaing or enhancing bio<strong>diversity</strong>.2. Plants autotoxicityAutotoxicity is a common phenomenon in both natural <strong>and</strong> manipulated ecosystems. Ithas been related to many problems in agriculture <strong>and</strong> forestry systems, e.g., soil sickness,continuous cropping obstacles, orchard replanting problems, <strong>and</strong> forest regeneration etc. Innatural ecosystems autotoxicity may have important ecological implications, minimizingintraspecific competition, extending seed dispersal, regulating plant population over space<strong>and</strong> time, <strong>and</strong> maintaining seed dormancy over a long period <strong>of</strong> time in stressful environments(Liu et al. 2007; Singh et al. 1999). Autotoxicity can be a driving force in succession <strong>of</strong> someplant community (Jackson <strong>and</strong> Willemsen 1976; Quinn 1974).Continuous cropping <strong>and</strong> monoculture could lead to allelochemical accumulation in thesoils. Mazzoleni (2007) proposed that autotoxicity is a common phenomenon, <strong>and</strong> it isstronger than phytotoxic <strong>effects</strong> on other species, thus largely affecting ecosystem stability,productivity <strong>and</strong> <strong>diversity</strong>. One <strong>of</strong> the four main mechanisms which proposed to explainplant-soil negative feedback was the release <strong>of</strong> phytotoxic compounds during organic matterdecomposition (Armstrong <strong>and</strong> Armstrong 2001; Singh et al. 1999; Webb et al. 1967).Several agricultural crops such as rice (Chou <strong>and</strong> Lin 1976), wheat (Einhellig 2004), alfalfa(Chen et al. 2002), barley (Hordeum vulgare L.) (Ben-Hammouda et al. 2002), ryegrass(Lolium perenne L.) (Fageria <strong>and</strong> Baligar 2003), corn (Lin et al. 2005a; Lin et al. 2005b),mungbean (Vigna radiata) (Kim <strong>and</strong> Kil 2001), Asparagus <strong>of</strong>ficinalis (Kato-Noguchi 2004;L<strong>of</strong>fredo <strong>and</strong> Senesi 2006), tomato (Lycopersicon esculentum) (Zhou et al. 1997), cucumber(Cucumis sativus) (Yu <strong>and</strong> Matsui 1994) have been reported to exhibit strong autotoxicity.During the past three decades many studies have showed that alfalfa (Medicago saliva L.)is not only heterotoxic to other plant species, but also autotoxic to its own (Nielsen et al. 1960;Guenzi <strong>and</strong> McCalla 1964; McElgunn <strong>and</strong> Heinrichs 1970; Klein <strong>and</strong> Miller 1980; Miller 1983;Kehr <strong>and</strong> Ogden 1983; Hall <strong>and</strong> Henderlong 1989; Dornbos Jr et al. 1990; Hegde <strong>and</strong> Miller1992a; Chung 1994; Jennings 1996; 1991; Chon et al. 2000; Chon et al. 2002; Seguin et al.2002). Water-soluble substances in alfalfa fresh leaves, stems, crowns, dry hay, old roots, <strong>and</strong>soil residues are autotoxic to alfalfa seed germination <strong>and</strong> early seedling growth (Jensen et al.1981). However, the autotoxic substances are significantly different among plant parts. Chon<strong>and</strong> Kim (2002) showed that the growth inhibition by the extracts from leaves was the highest,which were 15.4, 17.5 <strong>and</strong> 28.7 times more toxic to alfalfa root growth than were those fromroots, stems <strong>and</strong> seeds, respectively. <strong>The</strong> type <strong>and</strong> concentration <strong>of</strong> allelochemicals in alfalfa2
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