薇甘菊对入侵地植物群落及土壤理化性质的影响

薇甘菊对入侵地植物群落及土壤理化性质的影响摘要:在野外样方调查和室内试验分析的基础上,通过测定物种多样性指数与土壤理化性质指标,分析了杂草薇甘菊(Mikaina micrantha H. B. K.)对入侵地植物群落与土壤理化性质的影响｡结果表明,薇甘菊入侵后明显改变了入侵地的植物群落结构,使物种多样性显著降低;薇甘菊入侵显著提高了土壤pH值､速效钾含量以及土壤含水量,对土壤有机质和碱解氮等性质的影响不明显｡薇甘菊入侵后土壤养分含量增加,形成了对自身生长有利的土壤环境｡关键词:入侵杂草;薇甘菊(Mikaina micrantha H. B. K.);植物群落;土壤理化性质;生境Effects of Mikania micrantha on Plant Community and Physical-chemical Properties of SoilAbstract: The effects of Mikania micrantha on plant community and physical-chemical properties of soil in its habitat were studied through the survey of community plots and laboratory analysis. The results showed that the invasion of M. micrantha changed the structure of plant community significantly and decreased the plant diversity. Meanwhile, it increased pH value and the content of available K and soil water, while had no obviouse effect on the contents of organic matter and alkali-hydrolyzable nitrogen. Nutrition content in soil increased after the invasion, which could favor the growth of M. micrantha.Key words: invasive weed; Mikaina micrantha H. B. K.; plant community; physical-chemical properties of soil; habitat入侵地是入侵植物繁衍生息的直接场所,入侵植物在与本地植物竞争水分､光､养分及生存的空间或释放化感物质等过程中,可能改变土壤的有机质､有效营养成分､土壤生物组成及土壤的酶活性,引起入侵地生物群落及土壤理化性质的相应变化｡因此,入侵植物与入侵生境的相互作用备受关注｡薇甘菊(Mikaina micrantha H. B. K.)属菊科(Compositae)假泽兰属,原产于美洲[1,2],目前成为广布于我国华南地区的主要入侵杂草｡薇甘菊在种间竞争中排挤当地植物,极易形成单优种群,表现出很强的竞争优势,给粤东地区的农林业生产及自然生态系统造成严重威胁[3],是国家环境保护部公布的首批入侵我国的外来物种之一｡近年来,国内外针对薇甘菊的生物学特性､生物和化学防除等方面开展了大量研究工作[4-6],而关于薇甘菊对入侵地生态系统影响的定量研究尚未见报道｡研究选择薇甘菊入侵的不同生境为试验样地,并以邻近无薇甘菊入侵的地段作为对照,通过生态学调查和室内样品测定,探讨薇甘菊对入侵地植物群落及土壤理化性质的影响,可为全面评估薇甘菊入侵对入侵地生态系统功能､生物多样性的影响提供试验证据,且为进一步研究薇甘菊入侵的土壤微生物机制提供基础资料｡1材料与方法1.1材料试验样地位于粤东潮州,属南亚热带常绿阔叶林生态系统类型,海洋性东南季风气候,年平均气温21.4 ℃,年平均降水量1 685.8 mm,日照充足｡通过野外调查,确定将薇甘菊入侵的3个异质性生境作为试验样地,样地基本概况如表1所示｡以样地内的植物群落为调查对象,通过样方法对其进行生态学调查;对样地内的土壤进行取样,带回实验室测定其理化指标｡1.2研究方法1.2.1取样调查在野外调查的基础上,分别确定不同生境的薇甘菊种群样地3个,同时确定相同地段无薇甘菊分布的3个群落为试验对照样地;采用样方法对薇甘菊入侵地的植物群落结构特征进行调查:每个样方面积100 m2,在每个样方的对角线上设置5个1 m×1 m 的小样方进行灌木层和草本层调查统计,记录其种类､株(丛)数､高度､盖度等;对胸径大于2 cm的木本进行每木调查,包括胸径､冠幅及树高等;藤本植物按样方所有种类记录｡1.2.2土样的采集与保存在群落生态学调查之后,清除样地地面植物和凋落物,用土钻沿样地对角线随机钻洞取0~15 cm层的土样,每个样区钻16个洞混合为一个土样,取土样时避免阳光照射,去除石块､植物根系和土壤动物等,置于聚乙烯袋中,立即带回实验室过孔径为2 mm的筛,将过筛后的土样分为2份:第一份用于土壤理化性质测定,室温保存;第二份预备补充试验｡1.2.3土样的测定土壤pH值用电极法(pHS-25)测定,土壤悬浊液为水土质量比1.0∶2.5;土壤有机质和土壤速效钾采用土壤养分测试仪(RL-2F智能电脑联网两用型)测定;土壤速效磷采用钼锑抗比色法测定(紫外可见分光光度计,UV-4802H)测定;土壤碱解氮采用碱解扩散法测定｡土壤含水量测定采用土壤烘干法:将采集的土壤于105℃烘干至恒重,称烘干土重｡土壤含水量计算公式如下:土壤含水量=×100%1.2.4数据处理试验数据处理及统计:采用丰富度指数､生物多样性指数､群落相似性指数等生态学模型对试验数据进行处理;采用SPSS统计软件对各指标进行方差分析和相关性检验｡2结果与分析2.1薇甘菊入侵后植物群落的变化2.1.1样地常见植物样地中除薇甘菊外共有30种植物,隶属18科29属,禾本科:水蔗草(Apluda mutica L.)､牛筋草[Eleusine indica (Linn.) Gaertn]､竹节草[Chrysopogon aciculatus(Retz)Trin.];鸭跖草科:鸭跖草(Commelina communis L.);旋花科:五爪金龙(Tetrastigma hypoglaucum Planch);大戟科:叶下珠(Phyllanthus glaucus Wall)､乌桕[Sapium sebiferum (Linn.) Roxb];苋科:空心莲子草(Herba alternantherae);茜草科:顶湖耳草(Hedyotis effusa Hance)､百花蛇舌草(Hedyotis diffusa Willd)､鸡矢藤(Herba paederiae);茄科:水茄(Solanum torvum Swartz);锦葵科:肖凡天花(Urena lobata L.);含羞草科:含羞草(Mimosa pudica Linn.)､簕仔树(Mimosa sepiaria Benth);蝶形花科:野苜蓿(Medicago falcata L.)､假地豆[Desmodium heterocarpum (L.) D.C.];莎草科:毛果珍珠茅(Scleria levis Retz.)､条穗莎草(Carex nemostachys Steud)､水蜈蚣(Kyllinga brevifolia Rottb);荨麻科:雾水葛[Pouzolzia zeylanica (L.) Benn.];蓼科:扛板归(Polygonum perfoliatum L.);菊科:山莴苣(Lactuca indica L.)､小飞篷(Conyza canadensis(L.) Cronq.)､下田菊(Adenostemma levenia (L.) O.Ktze)､蟛蜞菊(Wedelia chinensis(Osb.)Merr.);无患子科:龙眼(Dimocarpus longgana Lour.);乌毛蕨科:乌毛蕨(Blechnum orientale L.);海金沙科:海金沙[Lygodium japonicum (Thunb.) Sw.];樟科:阴香[Cinnamomum burmannii(C.G.&Th.Nees) Bl.]｡2.1.2样地植物群落物种多样性特征对样地中植物群落进行物种多样性分析,结果如表2所示｡由表2可知,各样地处理组D值和H值均低于对照组｡样地A和B中,处理组和对照组的D值和H值差异均达到显著水平;样地C中,处理组和对照组的D值和H值均达到极显著(P<0.01)水平｡野外调查发现,薇甘菊攀缘､缭绕于其他植物之上生长并很快将该植物覆盖,因阻挡光照而影响其他植物生长甚至造成死亡｡薇甘菊对样地中的植被造成严重危害,乔木和灌木被覆盖以至枯死,导致样方内物种多样性降低,显著低于对照组｡2.2薇甘菊对土壤理化性质的影响通过测定土壤的pH值､有机质含量､速效钾､速效磷和碱解氮,考察薇甘菊对入侵地土壤理化性质的影响,结果如表3所示｡由表3可知,各样地中,处理组pH值显著高于对照组,处理组速效钾含量极显著高于对照组,说明薇甘菊入侵明显提高了样地土壤的pH值和速效钾含量｡另外,处理组速效磷含量极显著或显著低于对照组,表明薇甘菊入侵明显降低了样地土壤的速效磷含量｡处理组含水量(除了B样地)极显著高于对照组,而有机质含量和碱解氮含量在各样地处理组和对照组没有明显的规律性,由此认为薇甘菊入侵对于有机质含量､碱解氮含量和密度等性质的影响并没有表现出明显的相关规律｡3讨论通过对薇甘菊入侵后植物群落物种多样性的比较,发现薇甘菊入侵后明显改变了入侵地的植物群落结构,降低了物种多样性｡牛红榜等[7]研究发现入侵植物可以改变土壤微生物群落,加速土壤养分循环,增强入侵植物的养分吸收,进而促进其生长､竞争和扩张｡薇甘菊在广东沿海地区迅速蔓延,影响本地种的生长和种群的更新,从而对入侵地生态系统产生严重破坏,显著降低了当地的物种多样性,成为名副其实的头号生物杀手｡在研究中,薇甘菊入侵显著提高了速效钾的含量和土壤含水量,降低了速效磷含量,而对土壤有机质和碱解氮等性质的影响不明显｡薇甘菊在入侵地生长迅速,生物量大,从理论上来说将消耗大量的土壤养分,造成土壤营养成分流失,但试验结果发现薇甘菊的生长能有效提高土壤中的钾含量,这可能与土壤微生物群落变化有关,特别是增加了与土壤养分代谢密切相关的土壤微生物生理功能类群的数量,提高了土壤中植物可直接利用的养分水平[7,8]｡李钧敏等[9,10]发现入侵植物可以通过其凋落物､根系分泌物等显著提高土壤的微生物生物量,改变土壤酶活性,影响土壤微生物功能及营养循环,改变土壤特性,提高了植物可以吸收利用的土壤养分含量｡薇甘菊群落下土壤的pH值升高,这可能是因为凋落物分解产生的酸性物质较少｡同时,pH值升高能避免土壤过度酸化,从而使得土壤理化性质保持良好状态,有利于薇甘菊对土壤养分的吸收｡入侵植物对土壤微生物群落及土壤养分的影响,创造了对自身生长､竞争有利的土壤环境,这可能是薇甘菊能快速扩张和成功入侵的原因之一｡参考文献:[1] 张友胜,吕俊峰.外来入侵植物与生态安全[J].广东农业科学,2007(12):90-93.[2] 董原,陈韦,赵永旭,等.入侵我国几种外来杂草的化感作用及利用展望[J].安徽农学通报,2007,13(5):24-26.[3] 冯惠玲,曹洪麟,梁晓东,等.薇甘菊在广东的分布与危害[J].热带亚热带植物学报,2002(3):263-270.[4] 邵华,彭少麟,张弛,等.薇甘菊的化感作用研究[J].生态学杂志,2003,22(5):62-65.[5] 马玲,强胜.外来入侵杂草薇甘菊的研究进展[J].杂草科学,2006(1):55-59.[6] 梁素莲.薇甘菊的生物学特性及防治方法探讨[J].防护林科技,2009,1(1):93-95.[7] 牛红榜,刘万学,万方浩. 紫茎泽兰(Ageratina adenophora)入侵对土壤微生物群落和理化性质的影响[J].生态学报,2007,27(7):3051-3060.[8] 刘潮,冯玉龙,田耀华.紫茎泽兰入侵对土壤酶活性和理化因子的影响[J].植物研究,2007,27(6):729-735.[9] 李钧敏,钟章成,董鸣.田野菟丝子(Cuscuta campestris)寄生对薇甘菊(Mikaniamicrantha)入侵群落土壤微生物生物量和酶活性的影响[J].生态学报,2008,28(2):868-876.[10] 陆建忠,裘伟,陈家宽,等.入侵种加拿大一枝黄花对土壤特性的影响[J].生物多样性,2005,13(4):347-356.。