刺萼龍葵入侵對(duì)不同類型土壤特性的影響*

趙曉紅，張國(guó)良，宋 振，張瑞海，晏 靜，張 婷，付衛(wèi)東**

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刺萼龍葵入侵對(duì)不同類型土壤特性的影響*

趙曉紅1，張國(guó)良1，宋 振1，張瑞海1，晏 靜2，張 婷1，付衛(wèi)東1**

（1．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京100081；2．山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，泰安 271018）

外來(lái)入侵植物對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響已成為入侵生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)。本文選取河北宣化和吉林白城2個(gè)刺萼龍葵（Dunal.）入侵典型地區(qū)，研究刺萼龍葵入侵對(duì)不同類型土壤養(yǎng)分及酶活性的影響。每個(gè)地區(qū)分別選擇4個(gè)生境作為樣地，宣化地區(qū)生境包括荒地、路邊、農(nóng)田和林地，白城地區(qū)生境包括荒地、路邊、農(nóng)田和草原，其中宣化的林地和白城的草原為每個(gè)地區(qū)特有的生境。采用滴定法和比色法測(cè)定土壤養(yǎng)分和酶活性。結(jié)果表明，與未入侵樣地（CK）相比，刺萼龍葵入侵顯著提高了農(nóng)田、林地和草原的土壤全氮含量（P<0.05），其中宣化（灌淤土）農(nóng)田和林地全氮含量比CK增加102.49%、79.02%，白城（淡黑鈣土）農(nóng)田和草原比CK增加44.04%、21.81%；刺萼龍葵入侵顯著提高了農(nóng)田和林地的土壤銨態(tài)氮含量（P<0.05），其中宣化農(nóng)田、林地中土壤銨態(tài)氮含量比CK增加137.59%、50.32%，白城農(nóng)田中增加140.18%；刺萼龍葵入侵也提高了路邊、林地、農(nóng)田（白城）和荒地（宣化）的土壤硝態(tài)氮含量（P<0.05），其中，宣化荒地、路邊和林地土壤硝態(tài)氮含量較CK增加65.52%、32.96%和22.68%，白城路邊和農(nóng)田分別增加132.59%、153.96%。刺萼龍葵入侵顯著提高了宣化地區(qū)及白城荒地和農(nóng)田的土壤有機(jī)質(zhì)含量（P<0.05）；降低了宣化荒地、農(nóng)田和林地的土壤全磷含量（P<0.05），土壤全磷分別比CK降低54.63%、70.81%和29.68%，白城路邊和草原的土壤全磷含量分別較CK下降17.40%、14.69%（P<0.05）；刺萼龍葵入侵對(duì)2個(gè)地區(qū)土壤全鉀和速效鉀則無(wú)顯著影響。刺萼龍葵入侵顯著提高了荒地、農(nóng)田、林地、草原和路邊（宣化）的土壤脲酶活性（P<0.05）；宣化路邊和白城荒地、草原的中性磷酸酶的活性，宣化荒地和林地土壤過氧化氫酶活性均顯著提高（P<0.05），對(duì)白城過氧化氫酶則無(wú)顯著影響。刺萼龍葵入侵對(duì)某些生境的土壤養(yǎng)分和酶活性無(wú)顯著影響可能與入侵生境的小氣候、入侵時(shí)間長(zhǎng)短等因素相關(guān)，需進(jìn)一步深入研究?？傊梯帻埧肭指淖兞?個(gè)地區(qū)土壤理化性質(zhì)和酶活性，其可能通過改變土壤養(yǎng)分及土壤酶活性，以創(chuàng)造對(duì)自身有利的土壤環(huán)境，從而進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延。

外來(lái)入侵植物；刺萼龍葵；土壤理化性質(zhì)；土壤酶活性

生物入侵是全球面臨的重大生態(tài)問題[1]，外來(lái)入侵植物作為生物入侵的重要組成部分，對(duì)農(nóng)、林和牧業(yè)發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響[2-3]，并導(dǎo)致生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)功能下降[4-5]。許多研究表明，外來(lái)入侵植物能改變?nèi)肭值赝寥鲤B(yǎng)分、酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)[4, 6-8]，而被改變的土壤環(huán)境又會(huì)影響外來(lái)種和本地種的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，進(jìn)而促進(jìn)外來(lái)種的入侵[9-10]。因此，研究入侵植物對(duì)土壤養(yǎng)分及酶活性的影響是揭示外來(lái)入侵植物入侵機(jī)制的重要途徑之一。

刺萼龍葵（Dunal.）又名黃花刺茄，屬茄科茄屬一年生草本植物[11]，原產(chǎn)于北美洲[12]，現(xiàn)幾乎遍布全美，并已擴(kuò)散至加拿大、墨西哥、俄羅斯、韓國(guó)、孟加拉國(guó)、奧地利、保加利亞、德國(guó)、丹麥、南非、澳大利亞和新西蘭等國(guó)家[13]，1981年首次在中國(guó)遼寧省朝陽(yáng)縣被發(fā)現(xiàn)[14]，隨后擴(kuò)散至吉林、山西、河北、北京[15-16]、內(nèi)蒙古等省區(qū)[17]，已有研究表明，除西藏、青海、海南、廣東、廣西外，其它省區(qū)均為其潛在適生區(qū)[18]，是一種亟待解決的惡性雜草。中國(guó)動(dòng)植物檢疫局在《中華人民共和國(guó)進(jìn)境植物檢疫潛在危險(xiǎn)性病、蟲、雜草名錄（試行）的通知》中，將其列為檢疫植物[19]。

刺萼龍葵繁殖力強(qiáng)、生長(zhǎng)快、分布廣，一般單株結(jié)實(shí)量可達(dá)1萬(wàn)～2萬(wàn)粒，整個(gè)植株所產(chǎn)的種子翌年即形成大片單優(yōu)種群[16]；其通體是刺，全株具毒[20]，牲畜誤食后可引起中毒死亡，同時(shí)還傳播病蟲害，可造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[21]，據(jù)測(cè)算，其對(duì)玉米產(chǎn)業(yè)造成的潛在經(jīng)濟(jì)損失總值就在39.37億～350.83億元[3]，同時(shí)還危害草場(chǎng)、棉花、小麥和大豆等的生長(zhǎng)[22]。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)刺萼龍葵的研究主要集中于識(shí)別與防治、形態(tài)學(xué)特性、環(huán)境危害及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面[3, 23-24]，關(guān)于刺萼龍葵入侵機(jī)制的研究報(bào)道非常少，土壤養(yǎng)分和土壤酶活性是揭示其入侵機(jī)制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而僅研究一個(gè)地區(qū)或生境的土壤特性變化的數(shù)據(jù)，又顯單薄，故本研究選取2個(gè)刺萼龍葵入侵地區(qū)，每個(gè)地區(qū)選擇不同生境作為研究單元，將每個(gè)生境分為入侵地和未入侵地，對(duì)比二者土壤特性的差異，以期為刺萼龍葵的入侵機(jī)制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為因地制宜制定合理的管理措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

樣地分別位于河北省張家口市宣化縣（Xuanhua，XH）、吉林省白城市洮北區(qū)（Baicheng，BC）2個(gè)刺萼龍葵分布區(qū)。宣化樣地（40°67'33'' -40°70'96'' N, 114°81' 39''-114°86'02'' E）位于張家口市萬(wàn)全縣與宣化縣交界地區(qū)洋河兩岸，半干旱大陸性季風(fēng)氣候，海拔591-600m，降水多集中于夏季，年均降水量300-400mm，年均氣溫7.7℃，土壤類型為灌淤土，偏弱堿性；主要伴生植物有虎尾草（）、反枝莧（）、蒲公英（）等。白城樣地（45°62'54″-45°86'08″N，122°37'75″-122°90' 31″E）位于吉林白城市洮北區(qū)，溫帶大陸性季風(fēng)氣候，海拔150-180m，降水集中在夏季，年均降水量408mm，年均氣溫4.9℃，土壤類型為淡黑鈣土，偏弱堿性；伴生植物主要有羊草（）、披堿草（）、黃花蒿（）等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

試驗(yàn)區(qū)為刺萼龍葵危害的生境，為詳盡反應(yīng)刺萼龍葵入侵對(duì)不同類型土壤特性的影響，每個(gè)地區(qū)均選擇4個(gè)生境取樣，其中宣化采樣生境包括荒地、路邊、農(nóng)田和林地，白城采樣生境包括荒地、路邊、農(nóng)田和草原?；牡厥谴梯帻埧肭值闹饕獏^(qū)域，取樣的荒地遠(yuǎn)離路邊；路邊生境由于長(zhǎng)期有車輛通過，汽車尾氣等導(dǎo)致土壤基本特性較其它生境不同；2個(gè)地區(qū)的農(nóng)田均有刺萼龍葵入侵，故均選農(nóng)田作為生境；林地和草原分別是2個(gè)地區(qū)特有的生境，其中林地為3a生白楊林，草原生境為科爾沁草原。

每個(gè)生境根據(jù)是否有刺萼龍葵入侵分為2個(gè)樣地：（1）未入侵樣地（CK），即樣地內(nèi)沒有刺萼龍葵，僅生長(zhǎng)有本土植物；（2）刺萼龍葵入侵樣地（invaded area，IA），樣地內(nèi)生長(zhǎng)有刺萼龍葵和本土植物，且刺萼龍葵發(fā)生年限3a以上，發(fā)生蓋度超過50%，同一生境的入侵和未入侵樣地間隔5～10m，以確保除植被因素外其它條件基本一致，其中農(nóng)田生境為同一塊農(nóng)田。每個(gè)樣地為近似正方形，面積約600m2，樣地內(nèi)坡向、光照和土質(zhì)條件一致。在每個(gè)樣地中隨機(jī)建立3個(gè)5m×5m的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)為一次重復(fù)，各小區(qū)間距＞5m。刺萼龍葵的生長(zhǎng)季在4-11月，開花期在6-9月[25]，于2015年9月12-15日分別采集2個(gè)地區(qū)不同生境的土樣。取樣前去除地面植物和凋落物等有機(jī)雜質(zhì)，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)利用5點(diǎn)采樣法采集植物根際0-10cm表層土，組成一個(gè)混合土樣裝于塑料自封袋中用冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室。將鮮土樣盡快過2mm篩后，一份于4℃冰箱保存，用于土壤銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）的測(cè)定；另一份于室內(nèi)自然風(fēng)干后用于其它土壤理化性狀的測(cè)定，其中風(fēng)干的土樣分為2份，一份過0.15mm篩用于土壤全量養(yǎng)分測(cè)定，另一份過0.5mm篩，用于其它速效養(yǎng)分及酶活性的測(cè)定。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定

參考文獻(xiàn)[26]的方法，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的測(cè)定采用CaCl2浸提法；土壤速效磷采用0.5mol·L-1NaHCO3法；土壤含水量于105℃烘干24h后采用稱重法獲得；土壤pH測(cè)定采用酸度計(jì)法（1:5）土水比測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；全氮含量采用半微量凱氏法測(cè)定；全磷含量采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.3.2 土壤酶活性的測(cè)定

參考文獻(xiàn)[27]的方法，土壤脲酶活性采用靛酚比色法測(cè)定，活性以24h后1g土壤中氨態(tài)氮（NH3-N）的mg數(shù)表示；磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，酶活性以2h后1g土壤中P2O5的mg數(shù)表示；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，其活性以20min后1g土壤消耗0.1mol×L-1KMnO4溶液的mL數(shù)來(lái)表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft office Excel 2007整理數(shù)據(jù)，利用Origin 9作圖，采用SPSS 19.0進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（t-test）和相關(guān)分析（correlation analysis）。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺萼龍葵對(duì)不同入侵地土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 對(duì)不同類型土壤氮素的影響

2.1.1.1 土壤全氮

由圖1可見，對(duì)于未入侵樣地（CK），宣化（灌淤土）與白城（淡黑鈣土）相同生境條件下土壤全氮含量存在顯著差異，總體上看白城全氮顯著高于宣化（P<0.05），差值在1.11～2.40g·kg-1。刺萼龍葵入侵顯著提高了農(nóng)田、林地和草原中土壤全氮含量（P<0.05），其中宣化（灌淤土）農(nóng)田和林地全氮含量比CK增加102.49 %、79.02%，白城（淡黑鈣土）農(nóng)田和草原增加44.04%、21.81%，其它生境類型中土壤全氮與CK相比也略有變化，但差異不顯著。可見，刺萼龍葵入侵3a后顯著增加了農(nóng)田、林地和草原土壤全氮含量。

注：*表示同一生境不同處理差異顯著（P＜0.05）；短線表示均方差。下同

Note:*indicates significant differences between IA and CK within the same habitat of different treatment at 0.05 levels．The bar is mean square deviation. WL is wasteland; RS is roadside; FL is farmland; FY is forestry; GL is grassland. The same as below

2.1.1.2 土壤速效氮

由圖2-a1、圖2-b1可見，宣化（灌淤土）與白城（淡黑鈣土）地區(qū)相同生境條件下刺萼龍葵未入侵樣地（CK）中土壤銨態(tài)氮含量略有差異，總體上看，宣化的土壤銨態(tài)氮含量普遍高于白城，差值在0.05～2.07mg·kg-1；不同生境類型相比，草原的土壤銨態(tài)氮含量最高，其次是林地和荒地，路邊和農(nóng)田中土壤銨態(tài)氮含量最低。當(dāng)有刺萼龍葵生長(zhǎng)后，農(nóng)田和林地中土壤銨態(tài)氮含量顯著增加，而草原銨態(tài)氮下降（P<0.05），宣化（灌淤土）農(nóng)田、林地中銨態(tài)氮含量比CK增加137.59%、50.32%，白城（淡黑鈣土）農(nóng)田中增加140.18%，草原卻降低43.17%，其它生境類型中土壤銨態(tài)氮含量與CK相比也略有變化，但差異不顯著。

圖2-a2、圖2-b2可見，2個(gè)地區(qū)不同生境類型相比，草原的土壤硝態(tài)氮含量最高，其次是農(nóng)田，荒地和路邊的土壤硝態(tài)氮含量最低。刺萼龍葵入侵提高了路邊、林地、農(nóng)田（白城）和荒地（宣化）土壤硝態(tài)氮含量，且差異顯著（P<0.05），其中宣化（灌淤土）荒地、路邊和林地增加65.52%、32.96%和22.68%，白城（淡黑鈣土）路邊和農(nóng)田分別增加132.59%、153.96%。

可見，在本試驗(yàn)條件下，刺萼龍葵入侵3a后農(nóng)田和林地中土壤銨態(tài)氮含量顯著增加，而且白城（淡黑鈣土）農(nóng)田中的增加幅度明顯大于宣化（灌淤土）；同時(shí)刺萼龍葵入侵也可增加路邊和林地的土壤硝態(tài)氮含量，宣化（灌淤土）荒地土壤硝態(tài)氮含量也明顯升高。

2.1.2 對(duì)不同類型土壤磷素的影響

從圖3-a1和圖3-b1可以看出，宣化（灌淤土）與白城（淡黑鈣土）地區(qū)相同生境的CK樣地中土壤速效磷含量略有差異，總體而言，除農(nóng)田外，宣化的土壤速效磷含量普遍高于白城，差值在0.46～4.49mg·kg-1；入侵與未入侵樣地土壤速效磷含量無(wú)明顯差異（白城路邊除外）。

由圖3-a2和圖3-b2可見，2個(gè)地區(qū)相同生境的CK樣地中土壤全磷含量略有差異，總體上看，宣化的土壤全磷含量普遍高于白城，差值在0.06～0.20g·kg-1；不同生境類型相比，荒地、路邊（白城）土壤全磷較高，而農(nóng)田、林地和草原中土壤全磷含量則較低。刺萼龍葵入侵后，宣化（灌淤土）荒地、農(nóng)田和林地的土壤全磷含量均顯著降低（P<0.05），分別比CK降低54.63%、70.81%和29.68 %，白城（淡黑鈣土）的路邊和草原生境全磷含量也顯著下降（P<0.05），分別較CK降低17.40%、14.69%。其它生境類型中土壤全磷含量與CK相比也略有變化，但差異不顯著。由此可見，在本研究中，刺萼龍葵入侵對(duì)土壤速效磷的影響不明顯，卻顯著降低了林地和草原土壤全磷含量。同時(shí)土壤全磷的變化也存在地區(qū)差異性，如入侵宣化（灌淤土）后顯著降低了荒地和農(nóng)田土壤全磷含量，而入侵白城（淡黑鈣土）后荒地和農(nóng)田土壤全磷則無(wú)明顯差異。

2.1.3 對(duì)不同類型土壤鉀素的影響

從圖4-a1和圖4-b1可看出，宣化（灌淤土）與白城（淡黑鈣土）相同生境的CK樣地中土壤速效鉀含量均有差異，表現(xiàn)為白城土壤速效鉀含量普遍高于宣化，差值在34.47～145.37mg·kg-1；與土壤速效磷的變化相似，刺萼龍葵入侵前后土壤速效鉀含量亦無(wú)明顯變化。

由圖4-a2和圖4-b2可發(fā)現(xiàn)，2個(gè)地區(qū)相同生境的CK樣地中土壤全鉀無(wú)明顯差異；不同生境類型相比，荒地和農(nóng)田略高于路邊、林地和草原，但差異不顯著。刺萼龍葵入侵對(duì)2個(gè)地區(qū)所有生境的土壤全鉀均無(wú)顯著影響。以上分析知，白城（淡黑鈣土）土壤速效鉀含量高于宣化（灌淤土），但土壤全鉀含量非常相近。刺萼龍葵入侵對(duì)2個(gè)地區(qū)土壤全鉀和速效鉀均無(wú)顯著影響。

2.1.4 對(duì)不同類型土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量的影響

由圖5-a1和圖5-b1可見，宣化（灌淤土）與白城（淡黑鈣土）相同生境條件下刺萼龍葵未入侵樣地（CK）中土壤pH無(wú)明顯差異；不同生境類型相比略有差異，其中草原樣地土壤pH最高，其次是林地、路邊和農(nóng)田，荒地土壤pH最低。當(dāng)宣化（灌淤土）地區(qū)有刺萼龍葵生長(zhǎng)后，荒地和農(nóng)田土壤pH顯著增加（P<0.05），分別比CK增加11.38%、2.59%；宣化林地的土壤pH卻顯著下降（P<0.05），較CK下降10.80%。對(duì)于白城（淡黑鈣土），刺萼龍葵入侵并沒有顯著改變?cè)摰貐^(qū)土壤pH。

由圖5-a2和圖5-b2可見，宣化（灌淤土）與白城（淡黑鈣土）相同生境條件下CK樣地的土壤有機(jī)質(zhì)含量存在顯著差異，總體上看白城有機(jī)質(zhì)含量顯著高于宣化，差值在17.12～50.47g·kg-1。刺萼龍葵入侵后顯著提高了荒地、農(nóng)田、林地和路邊（宣化）土壤有機(jī)質(zhì)含量（P<0.05），其中宣化（灌淤土）的荒地、農(nóng)田、林地和路邊的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比CK增加38.85%、38.20%、190.62%和38.20%，白城（淡黑鈣土）荒地和農(nóng)田分別增加20.21%、53.30%，其它生境類型中土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK相比也略有變化，但差異不顯著。

綜上可知，在本試驗(yàn)中，刺萼龍葵入侵3a后對(duì)土壤pH的影響存在地區(qū)和生境差異性，表現(xiàn)為刺萼龍葵入侵對(duì)白城（淡黑鈣土）土壤pH無(wú)顯著影響，但顯著提高了宣化（灌淤土）荒地和農(nóng)田土壤pH，降低了林地土壤pH。對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)，刺萼龍葵入侵顯著提高了荒地、農(nóng)田、林地和路邊（宣化）土壤有機(jī)質(zhì)含量，對(duì)其它生境雖有影響，但差異不顯著。

2.2 刺萼龍葵對(duì)不同入侵地土壤酶活性的影響

由圖6-a1和圖6-b1可知，宣化（灌淤土）與白城（淡黑鈣土）CK樣地在相同生境條件下，2個(gè)地區(qū)土壤脲酶含量稍有差異，總體表現(xiàn)為白城高于宣化；對(duì)于不同生境而言，草原最高，林地次之，荒地、路邊和農(nóng)田相對(duì)最小。刺萼龍葵入侵后，顯著提高了荒地、農(nóng)田、林地、草原和路邊（宣化）生境的土壤脲酶活性（P<0.05），宣化荒地、農(nóng)田、林地和路邊分別比CK增加178.93%、85.00%、26.97%和54.22%，白城荒地、農(nóng)田和草原分別比CK增加18.10%、43.94%和12.22%，白城樣地路邊生境的脲酶活性雖然有變化，但差異不顯著。

圖6-a2和圖6-b2表明，2個(gè)地區(qū)CK樣地在相同生境條件下，土壤中性磷酸酶活性變化表現(xiàn)為，白城的荒地和路邊高于宣化，而宣化的農(nóng)田高于白城，存在地區(qū)差異性。刺萼龍葵入侵后，宣化路邊和白城荒地、草原生境的中性磷酸酶活性（P<0.05）得到顯著提高，分別比對(duì)照增加50.67%、22.33%、42.38%。其它生境也均有變化，但差異未達(dá)顯著水平。

由圖6-a3和圖6-b3可見，2個(gè)地區(qū)CK樣地的過氧化氫酶活性，在相同生境條件下，白城（淡黑鈣土）的過氧化氫酶活性稍高于宣化，差值在0.20～0.81mL·g-1·20min-1；不同生境條件下，土壤過氧化氫酶活性稍有差異，具體表現(xiàn)為農(nóng)田最高，荒地和林地次之，路邊和草原最低。刺萼龍葵入侵對(duì)白城（淡黑鈣土）土壤過氧化氫酶活性無(wú)明顯影響，但顯著提高了宣化（灌淤土）荒地和林地的過氧化氫酶活性（P<0.05），分別較CK增加33.86%、37.07%。

總之，在本試驗(yàn)條件下，刺萼龍葵入侵3a后，荒地、農(nóng)田、林地和草原中土壤脲酶活性顯著增加；路邊（宣化，灌淤土）、荒地（白城，淡黑鈣土）和草原生境中土壤中性磷酸酶顯著增加；也增加了宣化荒地和林地土壤過氧化氫酶活性，其它生境的3種酶活性雖有變化，但差異不顯著。

3 討論與結(jié)論

土壤是外來(lái)入侵植物與本地植物相互作用的媒介，其特性的改變可影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[28]。而土壤養(yǎng)分是限制植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一，微環(huán)境中土壤養(yǎng)分的高低與植物間競(jìng)爭(zhēng)和演替通常有著非常緊密的關(guān)系[29-30]。外來(lái)入侵植物通過根系分泌物、淋溶物、凋落物腐解等釋放化感物質(zhì)進(jìn)入土壤[31]，從而改變?nèi)肭值赝寥烙袡C(jī)質(zhì)、氮、磷等含量[32-33]，以及土壤酶活性[34 ]。Liao等[35]通過對(duì)94篇已發(fā)表文獻(xiàn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，外來(lái)入侵植物入侵樣地土壤碳庫(kù)和氮庫(kù)分別比本地植物樣地高7%和19%，而本研究也發(fā)現(xiàn)刺萼龍葵入侵后，2個(gè)地區(qū)農(nóng)田、林地和草原土壤全氮含量顯著增加；農(nóng)田和林地土壤銨態(tài)氮及路邊和林地土壤硝態(tài)氮含量也有顯著增加，草原銨態(tài)氮含量顯著下降；荒地、農(nóng)田、林地和路邊（宣化）的土壤有機(jī)質(zhì)均顯著增加；其余生境的氮素和碳素含量也有一定變化，但差異不顯著，這可能與刺萼龍葵入侵時(shí)間的長(zhǎng)短、環(huán)境氣候、生境類型等因素有關(guān)，需要以后進(jìn)一步研究證實(shí)。其它外來(lái)入侵植物入侵不同生境后土壤養(yǎng)分也有類似結(jié)果，如紫莖澤蘭（）入侵云南松（）天然林后，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別顯著下降33.9%、44.2%和32.2%；入侵桉樹（）人工林后僅土壤速效磷顯著下降31.0%；而入侵馬尾松（）人工林后土壤各營(yíng)養(yǎng)元素未見顯著變化[36]。

同一外來(lái)入侵植物對(duì)不同地區(qū)同一生境可能產(chǎn)生不同的影響，如黃頂菊（）[37]入侵提高了獻(xiàn)縣荒地生境中土壤硝態(tài)氮含量，但降低了靜海和衡水湖荒地生境的含量；提高了獻(xiàn)縣荒地土壤銨態(tài)氮含量，對(duì)靜海和和衡水湖的荒地土壤銨態(tài)氮卻無(wú)明顯影響。本研究發(fā)現(xiàn)刺萼龍葵入侵宣化（灌淤土）后提高了荒地土壤硝態(tài)氮含量，對(duì)農(nóng)田則無(wú)顯著影響，而入侵白城（淡黑鈣土）后，對(duì)荒地土壤硝態(tài)氮含量無(wú)顯著影響卻提高了農(nóng)田的硝態(tài)氮含量；入侵宣化后降低了荒地和農(nóng)田土壤全磷含量，對(duì)路邊全磷含量無(wú)顯著影響，但入侵白城后，對(duì)荒地和農(nóng)田土壤全磷無(wú)顯著影響卻降低了路邊全磷含量；刺萼龍葵入侵對(duì)宣化路邊速效磷無(wú)顯著影響，卻明顯提高了白城路邊土壤速效磷含量。同一種外來(lái)入侵植物對(duì)不同生境土壤特性可能產(chǎn)生不同影響[38]，Santoro等[39]研究發(fā)現(xiàn)莫邪菊（）、酸無(wú)花果（）入侵長(zhǎng)有馬蘭（）的海灘后土壤pH明顯下降；而入侵長(zhǎng)有鋪地柏（spp.）的海岸后土壤pH無(wú)明顯變化。本研究發(fā)現(xiàn)刺萼龍葵入侵宣化（灌淤土）后，提高了荒地和農(nóng)田土壤pH，降低了林地土壤pH，對(duì)路邊土壤pH卻無(wú)顯著影響；另外刺萼龍葵入侵白城（淡黑鈣土）后，對(duì)所有生境的土壤pH均無(wú)顯著影響。以上這些不同的結(jié)果可能與土壤微生物群落變化有關(guān)，特別是入侵后改變了與土壤養(yǎng)分代謝密切相關(guān)的土壤微生物生理功能類群的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，進(jìn)而改變了土壤中植物可直接利用的養(yǎng)分水平[40]。

土壤酶是土壤有機(jī)體的代謝動(dòng)力，參與碳、氮、磷等元素的循環(huán)，在土壤生態(tài)過程中發(fā)揮重要作用，其活性大小一定程度上反映了土壤所處的狀況[41]，外來(lái)入侵植物通常會(huì)改變?nèi)肭值赝寥烂傅幕钚浴Ｈ缱锨o澤蘭入侵顯著提高了土壤脲酶、堿性磷酸酶和硝酸還原酶的活性[42]；外來(lái)入侵植物意大利蒼耳（）[43]的入侵提高了土壤中蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和過氧化物酶的活性；祝明煒等[44]研究發(fā)現(xiàn)，刺萼龍葵入侵地的土壤脲酶和過氧化氫酶均顯著高于種植地和撂荒地。本研究也發(fā)現(xiàn)刺萼龍葵入侵顯著提高了2個(gè)地區(qū)土壤脲酶活性（白城路邊除外）及宣化（灌淤土）荒地和林地土壤過氧化氫酶活性。另外本研究還發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性的變化也存在地區(qū)和生境的差異。對(duì)于不同土壤類型同一生境而言，刺萼龍葵的入侵提高了宣化（灌淤土）路邊土壤脲酶和中性磷酸酶活性，但對(duì)白城（淡黑鈣土）路邊生境的2個(gè)酶活性無(wú)明顯影響，提高了宣化地區(qū)荒地和林地過氧化氫酶活性，卻對(duì)白城所有生境的過氧化氫酶無(wú)顯著影響。其它外來(lái)入侵植物也有類似結(jié)果，如外來(lái)入侵植物黃頂菊入侵靜海和獻(xiàn)縣荒地生境后提高了蛋白酶、脲酶的活性，但卻降低了衡水湖荒地生境蛋白酶、脲酶的活性[37]。對(duì)于同一地區(qū)不同生境土壤酶活性的變化也不盡相同，本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于宣化地區(qū)，刺萼龍葵入侵提高了路邊脲酶及荒地和林地過氧化氫酶活性；對(duì)于白城地區(qū)，刺萼龍葵入侵提高了荒地和草原中性磷酸酶活性，除路邊生境外，提高了其它3個(gè)生境脲酶的活性；其余生境酶活性均有變化，但差異不顯著。侯玉平等[45]通過研究外來(lái)入侵植物火炬樹（L.）入侵對(duì)不同林型土壤性質(zhì)的影響也發(fā)現(xiàn)，火炬樹單優(yōu)林生境的脲酶和過氧化氫酶活性均高于混交林生境。外來(lái)入侵植物與本土植物凋落物的質(zhì)與量、根系特征、物候等生理生態(tài)特性的差異，可能是形成格局多樣性的原因[5]，對(duì)于各土壤養(yǎng)分和酶活性在個(gè)別生境中與總體變化趨勢(shì)稍有差異，可能與刺萼龍葵入侵各生境時(shí)間的長(zhǎng)短，不同生境的小氣候不同相關(guān)，還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，刺萼龍葵入侵提高了2個(gè)地區(qū)（白城路邊除外）的土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤脲酶活性；提高了2個(gè)地區(qū)農(nóng)田土壤銨態(tài)氮和全氮含量以及林地生境的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和全氮含量；降低了草原生境的銨態(tài)氮含量及林地和草原生境的土壤全磷含量；對(duì)2個(gè)地區(qū)土壤全鉀和速效鉀含量無(wú)顯著影響。即刺萼龍葵入侵改變了土壤養(yǎng)分含量及酶活性，其中對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、氮素含量及脲酶活性影響最為顯著。刺萼龍葵對(duì)不同土壤類型不同生境的入侵存在差異，要因地制宜制定合理的防控策略。

土壤酶在土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化過程中起著至關(guān)重要的作用，土壤養(yǎng)分的改變又促進(jìn)了土壤酶活性發(fā)生變化，這樣周而復(fù)始形成了適合入侵植物自身生長(zhǎng)的微環(huán)境。將土壤養(yǎng)分與土壤酶活性這兩方面結(jié)合起來(lái)分析可知，刺萼龍葵通過改變土壤的微環(huán)境，創(chuàng)造有利于自身生長(zhǎng)的條件，這可能是刺萼龍葵成功入侵的主要原因之一。以后可以開展刺萼龍葵入侵對(duì)土壤碳氮循環(huán)相關(guān)功能微生物的影響，從而進(jìn)一步分析刺萼龍葵入侵成功的原因，也為揭示外來(lái)入侵植物的入侵機(jī)理提供理論依據(jù)。

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Effects ofInvasion on Soil Properties in Different Soil Types

ZHAO Xiao-hong1, ZHANG Guo-liang1, SONG Zhen1, ZHANG Rui-hai1,YAN Jing2, ZHANG Ting1, FU Wei-dong1

（1．Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, CAAS, Beijing 100081, China;2．Shandong Agricultural University, Tai'an 271018）

The effects of alien invasive plant on the soil ecosystem have become a hot spot in the research of invasion ecology. To analyze the influences ofDunal invasion on soil nutrients and enzyme activities in various habitats of different soil types, soil was sampled at two test areas in this study, one is in Xuanhua county of Hebei province and the other is in Baicheng city of Jilin province. In addition, to make a more comprehensive analysis of its impact on soil properties, 4 habitats were selected in each region (including wasteland, roadside, farmland and forestry in Xuanhua; wasteland, roadside, farmland and grassland in Baicheng；the forestry of Xuanhua and the grassland of Baicheng are the endemic habitats in each region, respectively). Soil nutrients and enzyme activities were determined by titration and colorimetry methods. The results indicated that the invasion ofchanged the soil nutrients. In the two areas，the total soil nitrogen was increased in farmland, forestry and grassland (P<0.05), in which the total nitrogen content of farmland and forestry in Xuanhua (anthropogenic-alluvial soil) was increased by 102.49% and 79.02% compared with CK, and that on farmland and grassland in Baicheng (light chernozem) was increased by 44.04% and 21.81% compared with CK; soil ammonium nitrogen content was also increased in farmland and forestry(P<0.05), in which the farmland and forestry in Xuanhua increased by 137.59% and 50.32% compared with CK, and 140.18% in farmland of Baicheng. In the same time, soil nitrate nitrogen content was increased in the roadside, forestry, farmland (Baicheng) and wasteland (Xuanhua) (P<0.05), among them, soil nitrate nitrogen content of wasteland, roadside and forestry was increased by 65.52%, 32.96% and 22.68% in Xuanhua, and that in roadside and farmland was increased by 132.59% and 153.96% in Baicheng, respectively. Soil organic matter content was enhanced in Xuanhua area and the wasteland and farmland of Baicheng (P<0.05); the total soil phosphorus content of wasteland, farmland and forestry in Xuanhua was decreased by 54.63%, 70.81% and 29.68%, and that in roadside and grassland of Baicheng was also decreased by 17.40% and 14.69% compared with CK (P<0.05), respectively. There was no significant effect on the total potassium and available potassium in the two regions.The invasion ofchanged the soil enzyme activity. Soil urease activity was significantly improved in the wasteland, farmland, forestry, grassland and roadside habitats (Xuanhua) (P<0.05); soil neutral phosphatase activity was improved in roadside of Xuanhua and wasteland, grassland of Baicheng(P<0.05); soil catalase activity was improved in wasteland and forestry of Xuanhua(P<0.05), however, there was no significant effect on the activity of catalase in Baicheng. For the soil nutrient and soil enzyme activities of some habitats there was no significant effect, which may be related to the climate, invasive time and other factors, and it need to be further studied. In short,may create the benefit soil environment for itself through changing soil nutrients and soil enzyme activities for further spread. Study on effects ofinvasion on soil nutrients and enzyme activities in different areas of different habitats will not only assess the impact of the ecological system, but also provide the basic data for the research and prevention of

Alien invasive plant；；Soil physical and chemical properties；Soil enzyme activity

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.02.002

2016-06-20

公益性行業(yè)科技入侵植物綜合防控技術(shù)研究與示范推廣項(xiàng)目(201103027)

趙曉紅（1985-），女，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)橥鈦?lái)入侵生物綜合防控技術(shù)。E-mail:zhaoxiaohongde@126.com

**通訊作者。E-mail: fuweidong@caas.cn