意大利苍耳入侵对土壤酶活与土壤肥力的影响

李 乔，王 月，张玉曼，贾月月，张风娟*

(1河北科技师范学院生命科技学院，河北秦皇岛，066600;2河北大学生命科学学院)

意大利苍耳(Xanthium italicum Moretti)是双子叶植物纲菊科苍耳属植物。原产地为北美洲，现主要分布在加拿大南部、美国、墨西哥、澳大利亚、乌克兰、地中海等地区，1991年首次发现北京有分布［1，2］，现已扩散至河北、山东、深圳等地。该植物根系发达，入土较深，不易清除。一旦侵入农作物地区，不仅与当地植物争夺生存资源，大肆排挤本地植物，影响当地植物生长;而且其果实易混入粮食作物中，影响产量及质量，且种子会随农产品传播，尤其棉田、豆类作物受害较为严重，现已被列为我国3类检疫性杂草之一。

目前，有关意大利苍耳入侵对土壤生态的影响方面的研究还未见报道，因此，笔者对入侵杂草意大利苍耳与本地草本植物群落根际土壤酶活性和土壤肥力进行比较研究，旨在揭示可能影响土壤肥力变化的主导因素，为进一步了解意大利苍耳的入侵机理和科学管理生态环境提供理论依据。

1 试验方法

1．1 试验样地与土壤采集

研究地区位于中国农业科学院植物保护研究所廊坊实验基地。在实验区分别设置外来入侵植物意大利苍耳单种小区、苍耳狗尾草混种小区、狗尾草单种小区和空白对照区。其中，意大利苍耳单种小区中意大利苍耳的盖度为95%;苍耳狗尾草混种区意大利苍耳和狗尾草处于竞争生长，其中意大利苍耳的盖度为80%，本地植物狗尾草的盖度为20%;狗尾草单种区狗尾草盖度为100%;同时设置没有任何植物的空白对照区。

清除地面凋落物后，在每个小区采用对角线采样法采集土样，每个小区对角采集5至10个点。意大利苍耳单种区在主根周围向下垂直取5～20 cm土壤混合，混种区选取对角线上距两种植物的中心部位土壤混合，同时需要去除石块、植物根系和土壤动物等，取好土样装袋并立即放入冰盒内，带回实验室过0．83 mm筛(国家标准筛)，保存于－80℃冰箱备用。

1．2 试验方法

1．2．1 土壤酶活的测定 根际土壤酶活的测定采用分光光度计进行比色法测定。蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法，酶活性以37℃培养24 h，以单位质量土壤(g)生成的葡萄糖质量(mg)表示;脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，酶活性以38℃培养3 h后，单位质量土壤(g)中氨态氮(NH3-N)的质量(mg)表示;蛋白酶采用茚三酮比色法，以30℃培养24 h后以单位质量土壤(g)中的氨基氮(NH2-N)的质量(mg)表示酶活;酸性磷酸酶和碱性磷酸酶都采用磷酸苯二钠比色法，酶活以37℃培养24 h后，单位质量土壤(g)中磷(P)的质量(mg)表示;多酚氧化酶和过氧化物酶均采用邻苯三酚比色法，酶活均以30℃培养2 h后，单位质量土壤(g)中生成紫色没食子素的质量(mg)表示。

1．2．2 土壤肥力的测定 土壤有机质测定采用重铬酸钾法;以单位质量土壤(kg)中有机质的质量(g)表示;水解性氮采用碱解扩散法测定，结果以单位质量土壤(g)中水解氮(N)的质量(μg)表示;速效钾采用1 mol·L－1中性醋酸铵(NH4OAC)浸提，浸提剂用量10 mL/g，用原子分光光度计测定，结果以单位质量土壤(g)中速效钾(K)的质量(μg)表示;有效磷采用0．5 mol·L－1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，结果以单位质量土壤(g)中有效磷(P)的质量(μg)表示。

1．3 数据处理与分析

数据的统计分析均运用SPSS 13．0软件。对土壤酶活、土壤肥力采用单因素方差分析;然后对土壤作酶活与肥力相关性分析。

2 结果与分析

2．1 意大利苍耳入侵对土壤肥力的影响

与狗尾草单种相比，意大利苍耳入侵显著提高了土壤中速效钾、有效磷、有机质和水解性氮的含量(表1)。与苍耳狗尾草混种相比，意大利苍耳单种小区中土壤中速效钾、水解性氮、有机质和有效磷的含量显著降低。

表1 意大利苍耳入侵对土壤肥力的影响 μg·g－1

2．2 意大利苍耳入侵对土壤酶活的影响

与狗尾草单种相比，意大利苍耳入侵提高了其入侵域土壤脲酶和蔗糖酶的活性，降低了土壤蛋白酶的活性(表2);苍耳狗尾草混种小区土壤中酸性磷酸酶、多酚氧化酶和过氧化物酶的活性均显著高于意大利苍耳单种和狗尾草单种小区的土壤酶活;意大利苍耳入侵对碱性磷酸酶活性没有影响。

表2 意大利苍耳入侵对土壤酶活的影响 mg·g－1

2．3 土壤酶活与土壤肥力之间的相关性

意大利苍耳入侵过程中，土壤酶活性与土壤养分的相关性分析结果表明，蔗糖酶与速效钾、水解性氮的相关性分别达到显著正相关，相关系数分别为0．966，0．950(表3);与有机质、有效磷也呈不同程度的相关性，但相关性不明显，说明蔗糖酶活性高时，速效钾和水解性氮的含量也高;脲酶与速效钾、有机质、水解性氮呈不同程度的正相关，与有效磷呈负相关，说明脲酶活性增高时速效钾、有机质、水解氮含量增高，而有效磷含量降低;蛋白酶与4种养分均呈不同程度负相关，说明蛋白酶活性的提高会导致4种养分含量的降低;碱性磷酸酶、酸性磷酸酶均与有效磷呈不同程度负相关;多酚氧化酶与有效磷呈显著正相关，相关系数为0．972，与有机质呈不太显著的负相关;过氧化物酶与有机质、有效磷均呈一定负相关，但相关性不大，与速效钾、水解氮无显著相关性。

表3 意大利苍耳入侵对土壤酶活与土壤肥力的相关性影响

3 结论与讨论

土壤养分的提高通常有利于植物的生长竞争［3，4］，微环境土壤养分的高低与植物间的竞争和演替有着非常紧密的关系［5］。本次试验通过对意大利苍耳入侵区、苍耳狗尾草混种区、本地植物狗尾草单种区、裸土对照区等4个区域的土壤性质比较，发现意大利苍耳入侵打破了土壤中不同养分之间原有的平衡，除有效磷外，有机质、速效钾、水解性氮含量均较裸土对照区和狗尾草单种区高，推测有机质、速效钾、水解性氮含量的增加有利于意大利苍耳的快速生长，从而提高其在植物间竞争力;土壤磷素养分的降低可能是意大利苍耳植株对磷素的强吸收作用所引起的［6］，对周围植物生长可能产生不利影响。相关研究表明，入侵植物紫茎泽兰(Ageratina adenophora)、加拿大一枝黄花(Solidago canadens)［7］、小檗(Berberis thunbergii)［8］和糖蜜草(Melinis minutiflora)［9］等通过提高根际土壤无机氮的供给而大大增加其对本地植物的相对竞争力;而土壤磷素养分含量的降低也将抑制其他需磷植物的生长，使其在竞争中逐步被淘汰［10］。可见，意大利苍耳与本地植物狗尾草对群落根际土壤养分影响的巨大差异可能是意大利苍耳排挤狗尾草的原因，由此可推测意大利苍耳可能通过改变入侵域土壤养分来促进自身的快速生长并降低本地物种的竞争力，但此结论尚需进一步试验证明。

土壤酶是土壤的重要组成成分，主要来源于土壤微生物代谢过程，土壤中动物、植物残体分解和微生物的细胞分泌物。土壤酶参与土壤发生、发育以及土壤肥力的形成和演化的全过程，与土壤中的一切生物化学反应相关［11］。土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反应强度。土壤具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力，这种代谢与同化功能反过来会影响土壤的理化性质，而土壤的理化性质决定了土壤的质地及肥力状况［12］。本次试验结果表明，除蛋白酶和碱性磷酸酶外，与狗尾草单种相比，意大利苍耳入侵显著增强了土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和过氧化物酶的活性。由土壤酶活与肥力相关性分析结果知:蔗糖酶与速效钾、水解性氮分别达到显著正相关，蛋白酶与4种养分均呈不同程度负相关，脲酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶均与有效磷呈不同程度负相关，多酚氧化酶与有效磷达到显著正相关，本次试验结果说明不同植物群落根际土壤酶活性在土壤养分的变化中发挥着重要的作用，土壤酶活性可能是导致不同种群根际土壤养分变化的重要动力机制之一。蔗糖酶酶活的强弱反映了土壤熟化程度，脲酶与土壤中可利用的氮素含量有关，相对于空白小区和狗尾草单种小区，意大利苍耳入侵明显增强了土壤蔗糖酶和脲酶的酶活，脲酶活性的增强加快了土壤中氮素的转化，这可能是意大利苍耳入侵域意大利苍耳疯狂生长而本地植物狗尾草逐步衰落的间接原因。

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