入侵植物紫莖澤蘭葉片凋落物的化感作用及其降解動(dòng)態(tài)

1、入侵植物紫莖澤蘭葉片凋落物的化感作用及其降解動(dòng)態(tài) 外來植物入侵不僅造成入侵地嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失 , 而且因其競爭排斥本地物種 而迅速形成單優(yōu)群落更是造成對入侵地的生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞和生物多樣性的 嚴(yán)重喪失 , 其生態(tài)影響更為深遠(yuǎn)。外來植物入侵的生態(tài)過程和導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的深 層次變化也必然影響外來植物與本地植物的互作。目前, 外來入侵植物的化感作用已經(jīng)成為解釋其入侵機(jī)制的重要因素之一,并以假說的形式提出。外來入侵植物化感作用產(chǎn)生的途徑有多種 , 其中葉片凋落 物在土壤中降解釋放化感物質(zhì)是產(chǎn)生化感作用的一種重要方式。揭示外來入侵植物葉片凋落物化感作用對本地植物和土壤生態(tài)過程的影響 , 以及由此帶來的對入

2、侵植物入侵力的反饋 , 不僅有助于支持和豐富外來入侵植物 的化感作用假說 , 還可為入侵地生境的生態(tài)修復(fù)策略提供理論指導(dǎo)。紫莖澤蘭 (Ageratina adenophora (Sprengel) R. King & H. Robinson (Synonym: Eupatorium adenophorum) 是一種典型的世界性惡性入侵雜草 , 已對我國西南地 區(qū)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)環(huán)境的“綠色”災(zāi)難。在綜述國內(nèi)外外來植物入侵的化感作用機(jī)制和紫莖澤蘭種群擴(kuò)張研究的基 礎(chǔ)上, 本研究以入侵植物的化感作用為主線 ,基于化感作用影響與土壤生態(tài)調(diào)節(jié) 互作的理論 , 以紫莖澤蘭為研究對象 ,

3、以葉片凋落物做為切入點(diǎn) ,在前期研究的基 礎(chǔ)上, 進(jìn)一步研究外來植物化感作用 -土壤生態(tài)變化 -本地植物之間的互作及響應(yīng)。 一方面, 通過室內(nèi)化感生測和溫室盆栽模擬 ,以驗(yàn)證紫莖澤蘭葉片凋落物的化感 作用; 另一方面 , 通過溫室盆栽模擬結(jié)合室內(nèi)分析測定 , 研究了葉片凋落物對入侵 地土壤微生物、酶活性和化學(xué)性質(zhì)的影響及反饋 ; 最后,通過室內(nèi)降解模擬實(shí)驗(yàn)研 究了紫莖澤蘭和本地植物根際土壤微生物對凋落物水提液的化感作用降解影響 旨在明確紫莖澤蘭葉片凋落物的化感作用 , 闡明其對入侵地生態(tài)過程的影響 , 及 這種影響引起的對紫莖澤蘭入侵力和本地植物生長的反饋 , 對土壤中凋落物化感 作用降解的調(diào)

4、控 , 最終探究葉片凋落物化感作用對外來植物入侵的反饋及其機(jī)制。主要結(jié)果如下 :1. 澤紫莖蘭葉片凋落物的化感作用驗(yàn)證采用室內(nèi)化感生測結(jié) 合向土壤中添加凋落物的溫室盆栽模擬實(shí)驗(yàn) , 研究了 4 種不同濃度的凋落物水提 液對紫花苜蓿、白三葉、多年生黑麥草和辣子草的化感作用影響 , 發(fā)現(xiàn)不同濃度 的水提液對 4 種受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用存在種特異性。 除多年 生黑麥草外 , 水提液對其它 3 種受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長產(chǎn)生了顯著的化感 抑制作用 , 水提液的濃度越大抑制效果越強(qiáng) , 其中紫花苜蓿對化感作用較不敏感 , 白三葉最為敏感。溫室盆栽實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明葉片凋落物在入侵地土壤中對敏

5、感植物白三葉存在 顯著化感抑制作用 : 土壤中添加 5%的葉片凋落物后顯著降低了白三葉的單株生 物量, 而添加活性炭后 , 其單株生物量增加了 71.3%。結(jié)果表明紫莖澤蘭通過其葉 片凋落物的化感作用 , 抑制了本地植物種子庫的積累和幼苗的生長 , 促進(jìn)自身競 爭排擠本地植物 , 形成單優(yōu)群落 , 揭示了葉片凋落物化感在紫莖澤蘭成功入侵中 的直接作用機(jī)制。2. 葉片凋落物降解對入侵地土壤生態(tài)過程的化感影響及反饋通過溫室盆栽 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合室內(nèi)培養(yǎng)檢測分析方法 , 發(fā)現(xiàn)葉片凋落物在入侵地土壤中降解 , 產(chǎn) 生化感作用 , 改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu) , 影響了土壤的酶活性和化學(xué)性質(zhì) , 這種 改變和

6、影響反過來又影響了紫莖澤蘭的資源競爭能力 :1) 土壤微生物的傳統(tǒng)培養(yǎng) 平板計(jì)數(shù)和PLFAs分析結(jié)果表明：葉片凋落物在土壤中降解后，顯著增加了土壤 細(xì)菌、真菌、放線菌、自身固氮菌、無機(jī)磷細(xì)菌和解鉀菌的菌落數(shù)量 , 和對照相 比,添加 5%凋落物后,六種土壤微生物類群的菌落數(shù)量依次增加了 8.4 、6.5 、4.0 、5.4、3.8和6.1倍;PLFAs的結(jié)果顯示不同濃度凋落物處理中各功能微生物類群 之間脂肪酸含量差異顯著 , 其中真菌的脂肪酸含量在 5%凋落物處理中是對照的 1.8倍。Gram(-)/Gram(+)以及真菌/細(xì)菌比率隨凋落物濃度的提高而上升；聚類 分析和主成分分析的結(jié)果表明 ,

7、 高濃度凋落物處理、中低濃度凋落物處理、對照 之間土壤微生物群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異 ,而低、中濃度凋落物處理間差異較小 , 二者存在交叉現(xiàn)象。2) 土壤酶活性和化學(xué)性質(zhì)的室內(nèi)化學(xué)分析結(jié)果顯示 :葉片凋落物在土壤中降 解后, 土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶的活性得到顯著提高 , 凋落物添加的濃度越 大,各種酶活性提高的程度越大 ,其中蔗糖酶在 1.6%凋落物處理中是對照的 1.5 倍,酸性磷酸酶和脲酶在 5%凋落物的處理中分別是對照的 1.9和3.3 倍。土壤有 效氮、磷和鉀的含量都顯著增加 ,土壤未滅菌時(shí) , 添加凋落物的處理和對照相比 , 三者的含量最高分別增加了 1.4、 2.8、 2.0 倍

8、。3) 土壤微生物、酶活性和化學(xué)性質(zhì)的改變存在相關(guān)性 , 三者的相互作用反饋 調(diào)節(jié)紫莖澤蘭的入侵力。溫室盆栽模擬反饋實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 , 葉片凋落物在土壤中 降解后, 顯著增加了紫莖澤蘭的單株生物量 ,卻顯著降低了伴生植物白三葉的單 株生物量。土壤未滅菌時(shí),紫莖澤蘭的單株生物量在 1.6%凋落物處理中是對照的 2.5倍, 而白三葉在 5%凋落物處理中僅為對照的 0.3 倍。紫莖澤蘭分別與白三葉和多年 生黑麥草混種時(shí) ,在添加 1.6%凋落物的處理中 , 其相對優(yōu)勢度都顯著提高 , 分別 是對照的 1.21 和 1.16 倍。以上結(jié)果表明葉片凋落物對土壤生態(tài)過程的化感影響為紫莖澤蘭創(chuàng)造了有 利的土壤

9、微生態(tài)環(huán)境 , 增強(qiáng)了它的相對競爭能力和入侵力 , 從葉片凋落物化感與 土壤生態(tài)互作的層面揭示了凋落物化感在紫莖澤蘭成功入侵中的間接作用。 3. 凋落物水提液化感作用隨時(shí)間的降解動(dòng)態(tài)在有氧和無氧的條件下 , 分別接種紫莖 澤蘭和本地植物的根際土壤溶液 , 采用敏感植物白三葉的種子相對萌發(fā)率和幼苗 相對長度作為評價(jià)指標(biāo) , 研究了凋落物水提液隨時(shí)間的化感作用降解動(dòng)態(tài)。三因素方差分析的結(jié)果表明 ,降解條件（有氧和無氧 ）和降解時(shí)間以及二者的 交互效應(yīng)顯著影響水提液化感作用的降解效果 , 當(dāng)選用種子相對萌發(fā)率做指標(biāo)時(shí) 土壤溶液來源分別和降解條件與降解時(shí)間的交互效應(yīng) , 以及三者的交互效應(yīng)顯著 影響水

10、提液化感作用的降解效果。采用幼苗相對長度作為指標(biāo)時(shí) , 水提液的化感 作用在第 1 d 得到增強(qiáng),隨后逐漸減弱 ,在第 10 d 時(shí)化感作用最弱。有氧條件相對于無氧對化感作用降解更快 ;無氧條件下 ,水提液的化感作用 更持久,而接種紫莖澤蘭根際土壤溶液對其降解相對更快。 水提液的pH值有隨降 解時(shí)間延長而升高的趨勢。結(jié)果暗示紫莖澤蘭可能擁有自身特定的根際土壤功能微生物 , 它們幫助紫莖 澤蘭在貧瘠和供氧不良的土壤環(huán)境中迅速降解其凋落物產(chǎn)生的化感作用 , 為其順 利入侵不同的脅迫環(huán)境奠定了基礎(chǔ)。 4. 總結(jié)紫莖澤蘭通過其葉片凋落物在入侵地 土壤中降解 , 產(chǎn)生化感作用 , 直接抑制伴生植物的生長。化感作用還間接改變了土壤微生物群落 , 顯著增加了自身固氮菌等功能微生 物類群的數(shù)量 , 從而提高了土壤蔗糖酶、 酸性磷酸酶和脲酶的活性 , 增加礦化并提 高了土壤有效氮、 磷、鉀的含量, 為自身創(chuàng)造了有利的土壤微環(huán)境 , 增強(qiáng)了其入侵 力, 實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)張。紫莖澤蘭根際土壤特有的某些功能微生物使得紫莖澤蘭能 在無氧的條件下更快