紫莖澤蘭入侵土壤對(duì)桉樹(shù)苗的化感作用研究

李子光，王有兵

(1.昆明市?？诹謭?chǎng)，云南 昆明 650114；2.云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院大理分院，云南 大理 671000)

紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophorum)為菊科澤蘭屬多年生草本植物，原產(chǎn)于墨西哥和哥斯達(dá)黎加一帶，19世紀(jì)40年代從中緬邊境自然擴(kuò)散傳入我國(guó)，現(xiàn)廣泛分布于我國(guó)南方地區(qū)，傳播速度極快，是外來(lái)物種中危害最為嚴(yán)重的入侵植物之一[1-4]。

紫莖澤蘭的入侵會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，且可快速入侵人工林，成為林下優(yōu)勢(shì)草本層，形成林—紫莖澤蘭復(fù)合系統(tǒng)[5-6]，對(duì)入侵地土壤理化性質(zhì)及生物多樣性產(chǎn)生較大影響[5,7-12]。我國(guó)于1890年開(kāi)始從意大利引種桉樹(shù)(Eucalyptus)，由于桉樹(shù)的速生性及適應(yīng)性較強(qiáng)，在我國(guó)南方地區(qū)得到了快速發(fā)展，至2014年我國(guó)桉樹(shù)人工造林面積已達(dá)445萬(wàn)hm2，成為保障國(guó)內(nèi)木材安全的重要樹(shù)種之一[13]。筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭在昆明地區(qū)較為常見(jiàn)，已成功入侵桉樹(shù)林。在1986年昆明市海口林場(chǎng)引種的桉樹(shù)試驗(yàn)基地中，紫莖澤蘭在部分試驗(yàn)小區(qū)中已成為草本層絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，對(duì)桉樹(shù)的生長(zhǎng)和存活造成一定影響[14]。本文以紫莖澤蘭重度入侵桉樹(shù)林地土壤及桉樹(shù)苗為試驗(yàn)材料，研究紫莖澤蘭入侵區(qū)域土壤對(duì)桉樹(shù)苗期生長(zhǎng)的影響，以期為研究桉樹(shù)—紫莖澤蘭復(fù)合系統(tǒng)提供一定理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于昆明市?？诹謭?chǎng)苗圃溫室大棚，東經(jīng)102°36′34″，北緯24°48′05″，海拔 1 943 m。年均溫14.6℃，極端低、高溫分別為-5.4℃和31.5℃，霜期138 d左右，有少量降雪，年降雨量909.7 mm，干濕季分明，5—10月雨季降雨量占全年雨量的80%，旱季為11—4月，土壤為紅壤，pH值6.6。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)土樣采自?？诹謭?chǎng)1986年桉樹(shù)引種第五小區(qū)，桉樹(shù)保存率僅3.8%，紫莖澤蘭蓋度達(dá)97%[14-15]。間隔15 m選擇5個(gè)土樣采集點(diǎn)，在紫莖澤蘭根際周圍分0～2 cm、3～10 cm、11～30 cm、31～50 cm 4個(gè)深度采土，將各樣點(diǎn)同一層土樣混合均勻后去除枝葉、大土塊及石頭，裝填入直徑為10 cm的黑色育苗袋中，以附近無(wú)紫莖澤蘭入侵的空曠地塊的同一層土壤作為對(duì)照(CK)，移苗前將所有備用袋土浸透水。

桉樹(shù)種子來(lái)源于國(guó)家桉樹(shù)研究中心，2014年3月在海口林場(chǎng)苗圃播種育苗，試驗(yàn)時(shí)苗齡為50 d。樹(shù)種為溪谷桉(E.badjensis)、岡尼桉(E.gunii)、史密斯桉(E.smithii)3種，每種桉樹(shù)選擇苗高及健康狀況基本一致的樹(shù)苗用于試驗(yàn)，試驗(yàn)前測(cè)量苗高，計(jì)算平均值。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)小區(qū)，每種桉樹(shù)每個(gè)小區(qū)5株一個(gè)重復(fù)，共4次重復(fù)，每袋移栽1株，株行距為10 cm× 20 cm。移栽后僅進(jìn)行定期澆水，不施任何肥料，培育50 d時(shí)測(cè)量苗高，起苗洗凈根系上泥土，用濾紙吸干表面水分后稱量整株鮮重，計(jì)算平均單株鮮重。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

計(jì)算3種桉樹(shù)苗高綜合增量。根據(jù)化感效應(yīng)敏感指數(shù)(RI)評(píng)估紫莖澤蘭對(duì)桉樹(shù)幼苗生長(zhǎng)的化感效應(yīng)，計(jì)算公式為：

RI=1-C/T(T≥C)

RI=T/C-1(T

式中，C為對(duì)照值，T為處理值，RI>0表示促進(jìn)，RI<0表示抑制。所測(cè)數(shù)據(jù)均采用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同深度土樣對(duì)桉樹(shù)苗高生長(zhǎng)的影響

處理50 d時(shí)對(duì)3種桉樹(shù)苗高進(jìn)行測(cè)量(表1)。

表1 不同深度土樣中的苗高生長(zhǎng)情況

從表1可見(jiàn)，3種桉樹(shù)苗高在不同深度土樣中的表現(xiàn)差異較明顯，隨著深度增加，苗高生長(zhǎng)減慢，3種桉樹(shù)的所有處理組及對(duì)照組表現(xiàn)規(guī)律是一致的。溪谷桉試驗(yàn)初苗高不如岡尼桉和史密斯桉，但對(duì)照組及處理組在0 ～ 2 cm深土樣中苗高生長(zhǎng)均較快，岡尼桉相對(duì)生長(zhǎng)較慢，3種桉樹(shù)在其它土層中的生長(zhǎng)無(wú)明顯規(guī)律。在處理組中，除史密斯桉在3 ～ 10 cm深土樣中苗高生長(zhǎng)低于對(duì)照外，其余處理在各深度土樣中苗高生長(zhǎng)均優(yōu)于對(duì)照。綜合3種桉樹(shù)在不同深度土樣中的苗高增量，除3 ～ 10 cm深土樣中處理組苗高增量低于對(duì)照組外，其余土樣中均表現(xiàn)為處理組明顯高于對(duì)照組，0 ～ 2 cm深土樣中苗高增量最高(表2)。

表2 不同深度土樣中3種桉樹(shù)的平均苗高增長(zhǎng)量

3.2 不同深度土樣對(duì)桉樹(shù)單株鮮重生長(zhǎng)的影響

對(duì)3種桉樹(shù)平均單株鮮重進(jìn)行測(cè)量(表3)。

表3 不同深度土樣中的平均單株鮮重變化情況

從表3可知，3種桉樹(shù)單株鮮重變化趨勢(shì)在不同深度土樣中與苗高變化趨勢(shì)一致。相對(duì)于對(duì)照，3種桉樹(shù)的處理組在0～2 cm深土樣中增幅較明顯，特別是岡尼桉的增幅達(dá)2倍以上。在其余土樣中的增幅無(wú)規(guī)律，溪谷桉和史密斯桉的單株鮮重在3～10 cm深土樣中反而低于對(duì)照，岡尼桉則無(wú)增量；3種桉樹(shù)的平均單株鮮重在11～30 cm和31～50 cm 土樣中均低于1 g，生長(zhǎng)表現(xiàn)較弱。

3.3 桉樹(shù)苗生長(zhǎng)對(duì)紫莖澤蘭化感物質(zhì)的響應(yīng)

統(tǒng)計(jì)顯示,溪谷桉、岡尼桉、史密斯桉的重量生長(zhǎng)及史密斯桉的苗高生長(zhǎng)在3 ～ 10 cm深土樣中受紫莖澤蘭化感物質(zhì)的抑制，化感效應(yīng)敏感指數(shù)為-0.002 ～ -0.360，對(duì)溪谷桉和岡尼桉的抑制作用均較弱，對(duì)史密斯桉的生長(zhǎng)抑制作用更強(qiáng)。其余土樣對(duì)3種桉樹(shù)的生長(zhǎng)均表現(xiàn)為促進(jìn)作用，但促進(jìn)作用強(qiáng)弱在不同土樣中并無(wú)規(guī)律，但總體上0 ～ 3 cm深土樣更利于3種桉樹(shù)的生長(zhǎng)(表4)。

表4 化感效應(yīng)敏感指數(shù)

4 結(jié)論

試驗(yàn)得出3種桉樹(shù)在不同深度土樣中的生長(zhǎng)表現(xiàn)差異較明顯，隨著深度增加苗高及鮮重生長(zhǎng)明顯減慢。從生長(zhǎng)情況來(lái)看，處理優(yōu)于對(duì)照。紫莖澤蘭化感物質(zhì)對(duì)3種桉樹(shù)的抑制作用并不明顯，僅在3～10 cm深土樣中對(duì)史密斯桉的生長(zhǎng)抑制作用表現(xiàn)較強(qiáng)，其余土樣對(duì)3種桉樹(shù)的生長(zhǎng)有微弱抑制或不同程度的促進(jìn)作用。總體上表現(xiàn)為紫莖澤蘭入侵區(qū)域土壤更有利于桉樹(shù)苗的生長(zhǎng)，特別是0 ～ 3 cm深土樣。

紫莖澤蘭是目前公認(rèn)的有害入侵物種之一，有關(guān)其化感抑制作用已有大量研究報(bào)道，其水提液對(duì)藍(lán)桉種子、三葉鬼針草種子萌發(fā)及滇楊插穗生根等有隨濃度增加抑制作用增強(qiáng)的表現(xiàn)，紫莖澤蘭地上部分所釋放的氣態(tài)物質(zhì)隨濃度的增加也會(huì)對(duì)杉木種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制[16-19]。但采用堆漚7 d后的紫莖澤蘭粉碎物做基質(zhì)培育冬櫻花實(shí)生苗，對(duì)種子萌發(fā)無(wú)影響[20]，通過(guò)生物堆肥發(fā)酵腐熟后的紫莖澤蘭有機(jī)物可改善土壤營(yíng)養(yǎng)成分，降解其毒性，目前可用作桉樹(shù)育苗基質(zhì)[21-23]。

紫莖澤蘭入侵降低了土壤pH，有機(jī)碳、全氮和速效鉀含量分別增加83.0%、106.9%和111.0%[24]，顯著提高了根際土壤NH4+-N、NO3--N、全鉀和有效鉀的含量[9]。紫莖澤蘭入侵后還可提高有效磷、有效鉀、土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的含量，重度入侵生境中銨態(tài)氮含量最高達(dá) 53.00 mg/kg，分別是空白對(duì)照土、混生當(dāng)?shù)刂参锿梁蛦我划?dāng)?shù)刂参锿恋?4.1、9.9和5.9倍，重度入侵地有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)88.96 g/kg，是裸地的11.1倍[8]。王有兵等[14]研究了紫莖澤蘭枯落物對(duì)直桿桉生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明枯落物基質(zhì)能夠促進(jìn)根系的發(fā)育。

氮素形態(tài)不同，植物對(duì)其吸收量也會(huì)有所不同。有研究報(bào)道在相同氮素濃度處理下，桉樹(shù)幼苗對(duì)硝態(tài)氮的吸收量顯著大于對(duì)銨態(tài)氮的吸收量，在銨態(tài)氮處理下，尾赤桉對(duì)銨態(tài)氮的吸收量顯著高于巨尾桉[25]。本試驗(yàn)中同一深度土樣對(duì)不同桉樹(shù)的促進(jìn)或抑制作用能力有所不同，不同深度土樣對(duì)3個(gè)桉樹(shù)生長(zhǎng)影響效果也有差異，這可能與樹(shù)種的遺傳特性、土樣中抑制物質(zhì)含量及氮素形態(tài)不同有關(guān)。從以上研究報(bào)道來(lái)看，紫莖澤蘭入侵后可增加土壤中營(yíng)養(yǎng)成分含量，有利于部分植物的生長(zhǎng)。但目前的研究大部分是從單方面切入的，考慮的影響因素不夠徹底，現(xiàn)實(shí)中紫莖澤蘭對(duì)其他物種的影響機(jī)制是長(zhǎng)效、宏觀、微觀的，是一個(gè)復(fù)雜的綜合體，還需更深入研究。

目前在昆明部分地區(qū)已出現(xiàn)桉樹(shù)—紫莖澤蘭復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)物種豐富度一般較低，植物層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一旦該系統(tǒng)的上層結(jié)構(gòu)解除，毫無(wú)疑問(wèn)，紫莖澤蘭將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)搶占有利空間，成為下層絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種。王有兵等[26]對(duì)紫莖澤蘭入侵地及附近非入侵地土壤種子庫(kù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，紫莖澤蘭具有長(zhǎng)久性土壤種子庫(kù)，其種子數(shù)量在土壤種子庫(kù)中處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，無(wú)紫莖澤蘭入侵的林地也能檢測(cè)到紫莖澤蘭的種子。另外，紫莖澤蘭在受到凍害、火災(zāi)等自然災(zāi)害損傷后，來(lái)年春天可以靠根部萌蘗進(jìn)行快速更新[15]。營(yíng)造鄉(xiāng)土闊葉混交林，降低林下光照強(qiáng)度，提高群落物種多樣性，可在一定程度上控制紫莖澤蘭的發(fā)生及促進(jìn)紫莖澤蘭跡地植被恢復(fù)[27-28]。因此，在實(shí)施該復(fù)合系統(tǒng)桉樹(shù)替換時(shí)，要有相應(yīng)清除或控制紫莖澤蘭過(guò)度發(fā)生的應(yīng)急預(yù)案，避免引起不必要的生態(tài)安全事件及經(jīng)濟(jì)損失。今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)紫莖澤蘭利用方面的研究，變被動(dòng)為主動(dòng)，以利用的方式阻止其進(jìn)一步擴(kuò)散。