薇甘菊化感物質(zhì)對(duì)土壤氮素礦化的影響及其化感利己作用

鄭亞萍, 余涵霞, 張昕宇, 歐巧菁, 岳茂峰, 李偉華*

1華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東省植物發(fā)育生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510631; 2廣東石油化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，廣東 茂名 525000

化感作用在外來(lái)植物入侵過(guò)程中扮演著重要作用(萬(wàn)方浩等, 2015)。當(dāng)入侵植物進(jìn)入由土著植物占優(yōu)勢(shì)的新生境時(shí)，入侵植物會(huì)通過(guò)釋放難以被本地種適應(yīng)的新奇化感物質(zhì)來(lái)抑制本地植物的生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)定植成功并進(jìn)一步擴(kuò)張，這一理論被稱(chēng)為“新武器假說(shuō)”(Callaway & Aschehoug,2000; Callaway & Ridenour,2004)。研究表明，大多數(shù)入侵植物具有較強(qiáng)的化感作用(姜朝陽(yáng)等,2020; 李富榮等,2011; Callaway & Aschehoug,2000; Callaway & Ridenour,2004)。其化感物質(zhì)存在于各種植物組織中，如葉、花、果、莖、根、種子和花粉等(Tang & Putnam,1986)。通常，植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，通過(guò)莖葉揮發(fā)、浸出和根系分泌將化感物質(zhì)釋放到環(huán)境中(Ismail & Nornasuha,2014)，再通過(guò)雨水和霧滴等淋溶作用進(jìn)入土壤，直接或間接地影響其他植物和微生物的生長(zhǎng)(Inderjit,1996)，這在入侵植物和土著植物的競(jìng)爭(zhēng)替代中扮演重要角色。因此，研究入侵植物化感物質(zhì)的作用機(jī)制對(duì)揭示外來(lái)入侵植物的入侵機(jī)理具有重要意義。

薇甘菊MikaniamicranthaH.B.K.是我國(guó)華南地區(qū)危害最嚴(yán)重的外來(lái)入侵雜草，其化感作用很強(qiáng)，極易形成單優(yōu)種群，擴(kuò)張速度極快，素有“一分鐘一英里”之稱(chēng)(Dayetal.,2016; Hanetal.,2017, 2018)。目前，有關(guān)薇甘菊化感物質(zhì)的提取方法主要有2種：一是用水溶液提取水溶性化感物質(zhì)，二是用有機(jī)溶劑萃取脂溶性化感物質(zhì)。前人對(duì)薇甘菊水提液的化感作用進(jìn)行了廣泛的研究，多數(shù)研究表明，薇甘菊的水提液可顯著抑制其他植物的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，例如番茄LycopersiconesculentumMill.和白菜BrassicachinensisL.(Ismail & Chong,2002)，蘿卜RaphanussativusL.、黑麥草LoliummultiforumL.、白三葉TrifoliumrepensL.、馬占相思AcaciamangiumWilld.、馬尾松PinusmassonianaL.、大葉桉EucalyptusrobustaSm.(邵華等, 2003)，紫薇LagerstroemiaindicaL.和刺槐RobiniapseudoacaciaL.(Wuetal., 2009)，牛筋草Eleusineindica(L.)Gaertn.、碎米莎草CyperusiriaL.和藿香薊AgeratumconyzoidesL.(Ismail & Nornasuha,2014)等。然而，當(dāng)前關(guān)于薇甘菊有機(jī)溶劑萃取物的化感作用研究較少。研究表明，薇甘菊地上部分有機(jī)溶劑萃取物對(duì)受體植物幼苗生長(zhǎng)有一定的抑制作用，其中，乙酸乙酯萃取物的抑制作用最強(qiáng)，顯示化感物質(zhì)主要集中在乙酸乙酯部分(黃紅鵑等,2003; 邵華等,2003)；但也有研究表明，薇甘菊其他的有機(jī)溶劑萃取物如石油醚粗提物，對(duì)受體植物幼苗生長(zhǎng)沒(méi)有明顯的抑制作用(Shaoetal.,2005)。因此，研究比較薇甘菊水提物與有機(jī)溶劑粗提物的化感作用強(qiáng)弱有助于揭示薇甘菊化感作用的機(jī)理。

入侵植物除了對(duì)植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生影響外，還可以通過(guò)化感作用來(lái)活化土壤養(yǎng)分資源，如氮、磷和鉀養(yǎng)分，從而增加其對(duì)新生境的適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)力(侯玉平等,2013; 歐巧菁等,2020; Callawayetal.,2008)。氮是植物生長(zhǎng)的必需元素，植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中吸收的氮通常要高于其他礦質(zhì)元素，因此，氮素常成為限制植物生長(zhǎng)和外來(lái)植物入侵的主要元素(Kuypersetal.,2018)。已有研究表明，薇甘菊水溶性化感物質(zhì)可促進(jìn)土壤有效氮的釋放，但是該過(guò)程是否對(duì)薇甘菊的生長(zhǎng)產(chǎn)生有利的影響尚需要進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，薇甘菊脂溶性化感物質(zhì)對(duì)土壤氮素的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究通過(guò)對(duì)比分析薇甘菊水提液與有機(jī)溶劑粗提物的化感生測(cè)效果以及水提液和有機(jī)溶劑粗提物添加對(duì)土壤氮素的影響，并在此基礎(chǔ)上提出“薇甘菊通過(guò)水溶性化感物質(zhì)活化土壤氮素促進(jìn)其自身生長(zhǎng)而抑制其他植物生長(zhǎng)”這一假設(shè)，以期為入侵植物的“化感利己作用”提供證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

薇甘菊水提液的制備：將洗凈后的薇甘菊及其2種本地伴生植物火炭母Persicariachinensis(L.)H.Gross和雞屎藤Paederiascandens(Lour.)Merr.的新鮮葉片剪成<2 cm的片段后，分別配制成0.025 g·mL-1干重(dry weight, DW)水提液(即取2.5 g干重的供體植物的新鮮枝葉，加入超純水100 mL)，室溫下?lián)u床浸提24 h，待用。

薇甘菊粗提物的制備：分別取25、50和100 mg膏狀的乙酸乙酯粗提物用適量的乙酸乙酯溶解后用超純水定容至50 mL，配制成500、1000和2000 mg·L-1乙酸乙酯粗提物；取適量的石油醚溶解后用超純水定容至50 mL，配制成500、1000和2000 mg·L-1石油醚粗提物。

1.2 化感生物測(cè)定

吸取5 mL薇甘菊葉水提液和3 mL薇甘菊粗提物制備液，分別加入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑11 cm)中，每皿均勻放置30粒已消毒的菜心BrassicacampestrisL.ssp.chinensisvar.utilisTsenet Lee種子(5.0%的次氯酸鈉消毒10 min，再用蒸餾水洗凈后浸泡3～5 h，選擇飽滿的種子做實(shí)驗(yàn))，以超純水為對(duì)照，每個(gè)處理組設(shè)10個(gè)重復(fù)，于人工氣候箱中(RXZ智能型, 寧波江南儀器廠)保濕培養(yǎng)，白天溫度/黑夜溫度(各12 h)=30 ℃/25 ℃,濕度65%。每隔24 h適當(dāng)添加薇甘菊水提液或相應(yīng)濃度的粗提液，以保持濾紙濕潤(rùn)狀態(tài)。當(dāng)種子出現(xiàn)萌芽(胚根長(zhǎng)度≥1 mm)后開(kāi)始記錄每天種子的萌發(fā)個(gè)數(shù)，7 d后統(tǒng)計(jì)萌發(fā)率(germination rate, GR)和發(fā)芽指數(shù)(growth index, GI)，并測(cè)定根長(zhǎng)和苗高。

GR/%=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100；

GI=∑(Gt/Dt)，其中，Dt為發(fā)芽日數(shù)，Gt為與Dt相對(duì)應(yīng)的發(fā)芽種子數(shù)。

化感效應(yīng)指數(shù)(response index, RI)：RI=T/C-1(C為對(duì)照值，T為處理值)，當(dāng)RI>0時(shí)，表示供體植物浸提液對(duì)受體植物種子萌發(fā)有促進(jìn)作用；當(dāng)RI<0時(shí)，表示供體植物浸提液對(duì)受體植物種子萌發(fā)有抑制作用。RI絕對(duì)值的大小代表化感作用強(qiáng)度。化感綜合效應(yīng)用上述幾個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的RI的平均值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3 化感物質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)氮礦化的影響

采集薇甘菊單優(yōu)種群的近鄰?fù)寥兰崔备示蛰^易入侵的脆弱土壤，過(guò)2 mm篩放入玻璃培養(yǎng)皿(直徑12 cm)，每皿放100 g鮮土，添加薇甘菊水提液或不同濃度的粗提液進(jìn)行培養(yǎng)，溫度28～30 ℃，光照D/L=24 h/0 h。薇甘菊水提液濃度為0.025 g·mL-1DW，薇甘菊乙酸乙酯粗提物濃度為500 和1000 mg·L-1DW，薇甘菊石油醚粗提物濃度為1000和2000 mg·L-1DW，以添加超純水作為空白對(duì)照。每個(gè)處理組設(shè)5個(gè)重復(fù)，每次噴2 mL，每隔1 d噴1次，共噴6次。上述土壤培養(yǎng)12 d后將玻璃培養(yǎng)皿中的土壤混勻取樣，用0.01 mol·L-1的氯化鈣震蕩浸提1 h，土、水質(zhì)量體積比為1∶10，然后用連續(xù)流動(dòng)分析儀(Proxima, Alliance instruments, France)測(cè)定濾液中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。

1.4 薇甘菊水提液對(duì)薇甘菊幼苗和火炭母幼苗生長(zhǎng)的影響

1.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 采集薇甘菊的新鮮葉片，裝在網(wǎng)袋里置于天臺(tái)陰涼處自然風(fēng)干，然后將風(fēng)干的葉片粉碎，并過(guò)2 mm篩。取磨碎的粉末24 g，加入1600 mL超純水，攪拌均勻后于室溫下浸提2 d；浸提結(jié)束后，用抽濾器抽濾2遍后，其濃度為15 g·L-1DW，之后依次稀釋為11.25、7.50、3.75 g·L-1DW(Kauretal., 2012)；用超純水作為薇甘菊水提液的空白對(duì)照，即0 g·mL-1DW。

將薇甘菊種子(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所提供)和火炭母種子(購(gòu)買(mǎi)于淘寶田埂上溪流里店鋪)在1.0%次氯酸鈉中浸泡10 min，再用超純水洗滌3次，將已消毒的種子轉(zhuǎn)移至盛有營(yíng)養(yǎng)土的育苗盆中，置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度(28±2)℃，濕度65%。培養(yǎng)2個(gè)月后，取大小一致的薇甘菊和火炭母幼苗(高度約15 cm)移栽至溫室花盆中培養(yǎng)?；ㄅ铻闊o(wú)孔花盆(直徑12 cm, 高13 cm)，每盆裝鮮土約600 g，每盆種1株薇甘菊或火炭母幼苗。待幼苗定植良好后，每隔2 d淋灌上述薇甘菊水提液100 mL。每種植物淋灌的水提液有4種濃度，2種植物共8個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)4個(gè)重復(fù)，即薇甘菊和火炭母幼苗的植株個(gè)體數(shù)均為16株。30 d后，收集植物地上和地下部分生物量，放進(jìn)信封里烘干，得到生物量干重，并測(cè)植物氮含量。此外，收集花盆里的土壤，混勻后過(guò)2 mm土篩，測(cè)土壤蛋白酶、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。幼苗于2018年4月24日移栽，于2018年5月24日收獲。

1.商品的過(guò)度包裝加重了消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，包裝成本最終通過(guò)商品價(jià)格轉(zhuǎn)移給消費(fèi)者。商品的包裝更多是保護(hù)商品免于受損，或者表現(xiàn)商品的相關(guān)特點(diǎn)，其本身并沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。比如，在天價(jià)月餅中，很多月餅的包裝極其奢華，花樣繁多，但是整個(gè)包裝盒子并沒(méi)有食用價(jià)值。

1.4.2 植物生物量與組織含氮量的測(cè)定 植物生物量測(cè)定采用烘干法，地上部分和地下部分分別裝入信封，置于75 ℃烘箱內(nèi)烘至恒重后稱(chēng)重，計(jì)算各部分生物量及其凈增量?？偵锪康扔诘厣喜糠稚锪颗c地下部分生物量的總和。取各植物烘干后的地上部分和地下部分，研磨過(guò)0.15 mm篩，使用TOC分析儀(LI-8100A, German Elementar Company)測(cè)植物各組織單位質(zhì)量的含氮量。植物組織各部分(地上部分和地下部分)在生長(zhǎng)期間的氮素積累總量，分別等于地上部分和地下部分單位質(zhì)量氮濃度乘以各部分生物量?jī)粼隽?。植物總氮含量等于地上部分氮含量與地下部分氮含量的總和。

1.4.3 土壤氮素含量和酶活的測(cè)定 在收獲盆栽植物的同時(shí)，采集根際新鮮土樣，過(guò)2 mm篩，用0.01 mol·L-1的氯化鈣震蕩浸提1 h。土、水質(zhì)量體積比為1∶10。用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。采用酪蛋白酸鈉分析法測(cè)定土壤蛋白酶活性(吳金水等, 2006)。具體操作：取2.5 g過(guò)1 mm篩的新鮮土樣置于50 mL離心管，加入12.5 mL 50 mmol·L-1Tris緩沖液(pH=8.1)和12.5 mL 2.0%酪蛋白酸鈉溶液，混勻，然后置于50 ℃水浴搖動(dòng)培養(yǎng)2 h，取出后加入12.5 mL 15.0%三氯乙酸溶液，混勻后過(guò)濾，取5 mL濾液于50 mL離心管中，加入7.50 mL堿性試劑，混勻后置于室溫下反應(yīng)15 min，然后加入5 mL的33.0% 福林試劑，混勻過(guò)濾并在室溫下反應(yīng)1 h，最后取濾液在紫外分光光度計(jì)(UV-2450)700 nm處比色測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析

使用SPSS 18.0軟件(SPSS Inc., USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。本研究中為控制試驗(yàn)，符合正態(tài)分布，方差齊性檢驗(yàn)(P>0.05)，方差具有齊性。采用單因素方差分析薇甘菊葉水提液和粗提物生測(cè)實(shí)驗(yàn)中的萌發(fā)率、根長(zhǎng)、苗高和發(fā)芽指數(shù)以及外源添加葉水提液和粗提物實(shí)驗(yàn)中土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的差異性；同樣地，采用單因素方差來(lái)分析盆栽實(shí)驗(yàn)中薇甘菊幼苗和火炭母幼苗中的植物生物量、植物組織氮積累量、土壤氮素含量和土壤酶活之間的差異。方差分析P<0.05，表明至少2個(gè)處理間有差異。采用Duncan′s法進(jìn)行多重比較(P<0.05)。對(duì)于薇甘菊水提液和空白對(duì)照之間的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的差異采用2個(gè)獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行分析。用Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 薇甘菊水提液和粗提物的生測(cè)效果

2.1.1 水提液的生測(cè)效果 除了發(fā)芽指數(shù)在火炭母和對(duì)照之間沒(méi)有顯著性差異外，薇甘菊與2個(gè)本地伴生種(雞屎藤和火炭母)均顯著降低了菜心種子的萌發(fā)率、根長(zhǎng)、苗高和發(fā)芽指數(shù)(表1)。此外，3種植物的化感綜合效應(yīng)結(jié)果表明，薇甘菊葉水提液對(duì)菜心種子的化感抑制作用最強(qiáng)(-11.70)，雞屎藤次之(-8.72)，火炭母最弱(-0.75)(表2)。

表1 薇甘菊及其2個(gè)伴生種的葉水提液對(duì)菜心種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響

表2 薇甘菊及其2個(gè)伴生種的葉水提液對(duì)菜心種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的綜合效應(yīng)

2.1.2 粗提物的生測(cè)效果 薇甘菊乙酸乙酯粗提物主要是抑制菜心種子的萌發(fā)率，特別是2000 mg·L-1的乙酸乙酯粗提物對(duì)菜心種子的萌發(fā)率抑制作用最強(qiáng)；乙酸乙酯粗提物對(duì)根長(zhǎng)沒(méi)有顯著性影響，但是1000和2000 mg·L-1的乙酸乙酯粗提物對(duì)苗高有明顯的促進(jìn)作用(表3)。此外，不同濃度的石油醚粗提物均對(duì)菜心種子的萌發(fā)率也具有顯著的抑制作用，其中，2000 mg·L-1的石油醚粗提物的抑制作用最強(qiáng)；但2000 mg·L-1的石油醚粗提物顯著增加了菜心種子的苗高(表3)?；芯C合效應(yīng)結(jié)果表明，與薇甘菊水提液相比，薇甘菊乙酸乙酯粗提物對(duì)菜心種子具有微弱的化感抑制作用，薇甘菊石油醚粗提物對(duì)菜心種子具有微弱的化感促進(jìn)作用(表4)。

表3 薇甘菊的乙酸乙酯粗提物和石油醚粗提物對(duì)菜心種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響

表4 薇甘菊的乙酸乙酯粗提物和石油醚粗提物對(duì)菜心種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的綜合效應(yīng)

2.2 薇甘菊水提液和粗提物對(duì)有機(jī)氮礦化的影響

薇甘菊水提液處理后土壤銨態(tài)氮含量為5.61 mg·L-1，與對(duì)照相比顯著降低(P<0.01)，但硝態(tài)氮含量(62.51 mg·L-1)與對(duì)照相比顯著增加(P<0.05)。外源添加薇甘菊乙酸乙酯粗提物和石油醚粗提物顯著降低了土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，其中2000 mg·L-1的石油醚粗提物對(duì)銨態(tài)氮的抑制作用最強(qiáng)，與空白對(duì)照相比，其土壤銨態(tài)氮含量降低了45.5%；而乙酸乙酯粗提物對(duì)硝態(tài)氮的抑制作用更強(qiáng)，與空白對(duì)照相比，添加了500和1000 mg·L-1乙酸乙酯粗提物的土壤中的硝態(tài)氮含量分別降低了93.6%和 95.6%(圖1)。

2.3 薇甘菊水提液對(duì)薇甘菊幼苗生長(zhǎng)的影響

2.3.1 植物生物量和植物組織含氮量的變化 薇甘菊的總生物量隨著水提液濃度的增加而顯著升高(R2=0.620,P<0.001)，與對(duì)照(0.00 g·L-1)相比，在高濃度(15.00 g·L-1)處理下顯著增加了52.0%；而火炭母總生物量則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，隨著薇甘菊葉水提液濃度的增加而顯著下降(R2=0.686,P<0.001)，在高濃度(15.00 g·L-1)處理下顯著下降了51.7%(圖2)。隨著薇甘菊葉水提液的濃度增加，薇甘菊地上、地下部分及整株植物的氮含量呈上升趨勢(shì)；但薇甘菊葉水提液處理火炭母后，其各部分的氮含量變化趨勢(shì)則相反，呈下降趨勢(shì)(圖3)。

圖2 薇甘菊葉水提液對(duì)薇甘菊及其伴生種火炭母生物量的影響(n=4)

圖3 薇甘菊葉水提液對(duì)薇甘菊及其伴生種火炭母植物組織氮含量的影響(n=4)

2.3.2 土壤氮素和蛋白酶活性的變化 入侵植物薇甘菊根際土壤的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，以及本地植物火炭母根際土壤的硝態(tài)氮含量隨著薇甘菊水提液處理濃度的增加而上升，但薇甘菊硝態(tài)氮含量的增加幅度大于銨態(tài)氮含量。相反地，本地植物火炭母根際土壤的銨態(tài)氮含量隨著薇甘菊水提液處理濃度的增加而下降(圖4)。此外，與對(duì)照處理(0.00 g·L-1)相比，薇甘菊根際土壤蛋白酶活性在高濃度(15.00 g·L-1)處理下顯著增加了18.8%，而火炭母根際土壤蛋白酶活性則降低了55.0%。隨著薇甘菊葉水提液濃度升高，入侵植物薇甘菊根際土壤的蛋白酶活性逐漸增加，而本地植物火炭母根際土壤的蛋白酶活性則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)(圖5)。

圖4 薇甘菊葉水提液對(duì)薇甘菊及其伴生種火炭母植物土壤氮含量的影響(n=4)

3 結(jié)論與討論

化感作用是入侵植物和本地植物之間普遍存在的一種現(xiàn)象(Hierro & Callaway,2003; Tesio & Ferrero,2010)，研究表明，化感武器是外來(lái)植物成功入侵的重要機(jī)制之一(陳鋒等, 2017; Baisetal.,2003; Callaway & Ridenour,2004; Uddinetal.,2017)。本研究發(fā)現(xiàn)，薇甘菊水提液與粗提物的化感作用強(qiáng)度以及對(duì)有機(jī)氮礦化的影響存在顯著差異，薇甘菊水提液顯著促進(jìn)了薇甘菊的生長(zhǎng)，有明顯的化感利己作用，這為“化感新武器”假說(shuō)提供了新的證據(jù)。

3.1 薇甘菊水提液與粗提物的化感作用差異

薇甘菊的許多組織提取物如葉(梁斌等,2006)、莖、根(Nietal.,2006; Wuetal.,2009)、凋落物(Ismail & Chong,2002)，甚至是林下土壤及其提取物(Ismail & Mah,1993; Kauretal.,2012; Zhao & Peng,2009)都被證明具有化感作用。很多研究對(duì)比了薇甘菊葉和根的化感作用強(qiáng)弱(邵華等,2003; Dorning & Cipollini,2006; Sunetal.,2006; Wuetal.,2010)，但是對(duì)薇甘菊水提物和粗提物化感作用強(qiáng)弱的比較研究較少。本研究發(fā)現(xiàn)薇甘菊水提液的化感抑制作用不但顯著高于2個(gè)本地伴生種雞屎藤和火炭母，而且遠(yuǎn)大于薇甘菊粗提物的化感作用。這與Wuetal.(2015)的研究結(jié)果相一致，該研究發(fā)現(xiàn)薇甘菊葉水提液物顯著抑制了26種植物的種子萌發(fā)率、初始萌發(fā)時(shí)間和發(fā)芽速率以及幼苗的根干重、芽干重、葉面積等指標(biāo)。這是由于化感物質(zhì)通常是水溶性的(Turketal.,2003)，薇甘菊葉片中含有大量的水溶性酚類(lèi)化合物(王建國(guó)等,2013; Liuetal.,2020; Xuetal.,2013)，這些酚類(lèi)化合物，如阿魏酸和綠原酸，可以顯著抑制其他植物如擬南芥Arabidopsisthaliana(L.)Heynh.、苜蓿MedicagosativaL.、水稻OryzasativaL.和稗草Echinochloacrusgalli(L.)Beauv.的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)(宋亮,2006; 王建國(guó)等,2013; Liuetal.,2020)。其原因在于這些水溶性化感物質(zhì)可以導(dǎo)致種子快速且顯著的電解質(zhì)滲漏，從而造成質(zhì)膜損傷，引起種子發(fā)芽率和活力下降(Wuetal.,2010)。

3.2 薇甘菊水提液和有機(jī)粗提液對(duì)土壤有機(jī)氮礦化的影響

薇甘菊入侵后能顯著提高土壤的硝化速率，并且增加土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量(劉小文等,2012; Lietal.,2007)，從而增強(qiáng)其入侵趨勢(shì)。本研究中直接向裸土中外源添加薇甘菊的水提液和粗提液，結(jié)果顯示，薇甘菊水提液顯著增加了土壤硝態(tài)氮的含量，這與Chenetal.(2009)的研究發(fā)現(xiàn)外源添加薇甘菊水提液有助于促進(jìn)土壤硝化速率、提高土壤中硝態(tài)氮含量的研究結(jié)果相一致。但是本研究中薇甘菊乙酸乙酯粗提物和石油醚粗提物均顯著抑制了土壤有效氮的生成。顯然，薇甘菊主要通過(guò)水提液來(lái)增加土壤氮素含量，而非有機(jī)粗提液，這可能是因?yàn)?種提取液中所含的化感物質(zhì)不同。有研究報(bào)道，薇甘菊水提液含有大量酚類(lèi)化合物(王建國(guó)等,2013; Liuetal.,2020; Xuetal.,2013)，這些酚酸化合物可以作為微生物的碳源，為其提供能量來(lái)增加土壤氮轉(zhuǎn)化功能菌的數(shù)量，進(jìn)而影響土壤的氮素含量(譚秀梅等,2006; Chan,1986)。例如李春龍(2017)研究發(fā)現(xiàn)，酚酸化合物-阿魏酸可以提高土壤硝態(tài)氮的含量，且濃度越大，促進(jìn)效果越顯著。而薇甘菊有機(jī)粗提物中主要分離出的是倍半萜內(nèi)酯和黃酮類(lèi)化合物(Huangetal., 2008; Shaoetal., 2005; Weietal., 2004)，這些化合物能夠抑制病原菌的生長(zhǎng)(莊世宏等, 2010; Faceyetal., 1999)，但是目前有關(guān)其影響土壤氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程的機(jī)理尚不清楚，需進(jìn)一步研究。

3.3 薇甘菊水提液的化感利己作用

在本研究中，經(jīng)薇甘菊葉水提液處理后，薇甘菊的總生物量和植物氮含量顯著升高；本地植物火炭母的總生物量和植物氮含量隨著薇甘菊葉水提液濃度的升高顯著下降。這是因?yàn)檗备示杖~水提液顯著提高了薇甘菊生長(zhǎng)土壤中的蛋白酶活性，從而促進(jìn)了土壤有效氮的釋放，為薇甘菊的生長(zhǎng)提供了充足的養(yǎng)分，這與本實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到薇甘菊土壤中含有較高的蛋白酶活性、較高的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量相一致。姜朝陽(yáng)等(2020)研究發(fā)現(xiàn)，薇甘菊葉水提液對(duì)其自身具有較強(qiáng)的化感促進(jìn)作用。這是因?yàn)槿肭种参锓置诘幕形镔|(zhì)可以影響土壤中的微生物群落，從而改變土壤中氮素礦化過(guò)程(Chenetal.,2009; 侯玉平,2013)。薇甘菊可能通過(guò)分泌某種化感物質(zhì)(如咖啡酸、對(duì)羥基苯甲醛、間苯二酚和香草酸等)來(lái)促進(jìn)對(duì)自身有益的微生物繁殖或減少本地植物生長(zhǎng)土壤中有益菌數(shù)量來(lái)影響土壤有效氮的生長(zhǎng)，從而創(chuàng)造了一個(gè)利己環(huán)境(陳寶明等,2018; Ismail & Chong,2002)。

此外，薇甘菊的利己作用也可能與入侵植物本身存在解毒機(jī)制有關(guān)。Lietal.(2017)在紫莖澤蘭AgeratinaadenophoraSpreng.入侵土壤中發(fā)現(xiàn)能夠降解其化感物質(zhì)的微生物活性較高，對(duì)化感作用的緩解速度較快。研究表明，阿魏酸是薇甘菊體內(nèi)具有較強(qiáng)化感活性的物質(zhì)，其在化學(xué)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制中起重要作用(李擁軍,2008; 王建國(guó)等,2013)。相對(duì)而言，本地植物火炭母可能由于缺乏相應(yīng)的解毒機(jī)制，使薇甘菊水提液中的某些化感物質(zhì)(如阿魏酸)抑制了土壤微生物分泌胞外酶如蛋白酶，從而限制土壤養(yǎng)分的釋放和植株的生長(zhǎng)(Souza-alonsoetal.,2014)。

綜上所述，薇甘菊水提液的化感抑制作用較強(qiáng)且促進(jìn)了土壤硝態(tài)氮的生成，粗提物的化感抑制作用較弱且抑制了土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的生成。與本地伴生種相比，薇甘菊水提液具有顯著的化感利己作用，這是因?yàn)檗备示账嵋禾岣吡送寥赖鞍酌富钚?，從而增加了土壤有效氮的釋放。由此可?jiàn)，薇甘菊的化感利己作用主要通過(guò)水溶性化感物質(zhì)促進(jìn)有效氮的生成來(lái)實(shí)現(xiàn)，而非脂溶性化感物質(zhì)。