金钟藤与掌叶鱼黄草水浸液对土壤养分和酶活性的影响

纵熠等

摘 要 近年来金钟藤在海南地区扩散蔓延成灾，已严重威胁着生物多样性和生态系统功能。为揭示本地有害植物金钟藤对土壤生态的影响机制，比较研究金钟藤与同属本地植物掌叶鱼黄草鲜枝叶不同浓度（0.5、0.25 、0.125、0 g/mL）的水浸液对土壤理化性质及3大类酶活性的影响。结果表明：随浓度的增加，金钟藤水浸液显著提高了土壤pH和土壤有机质、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾的含量以及蔗糖酶、尿酶和磷酸酶的活性，但对土壤全钾含量没有显著影响；随浓度的增加，掌叶鱼黄草水浸液也显著提高了土壤有效养分的含量以及蔗糖酶和磷酸酶的活性，但对土壤全钾含量和尿酶活性影响不显著。与掌叶鱼黄草水浸液相比，金钟藤水浸液对土壤pH值、全磷、铵态氮、有效磷的含量和尿酶活性的影响更为显著，在最高浓度0.5 g/mL下，经金钟藤水浸液处理的土壤全磷、铵态氮、有效磷和尿酶含量分别是掌叶鱼黄草水浸液处理的1.13、1.52、1.31、2.19倍；在0.25 g/mL浓度下，分别是掌叶鱼黄草水浸液处理的1.06、1.51、1.26、1.88倍；在0.125 g/mL浓度下，分别是掌叶鱼黄草水浸液处理的1.07、1.64、1.23、1.39倍。土壤养分和酶活性的改善可能为金钟藤的生长提供有利条件，使得其在与本地植物的竞争中获得优势，这可能是其能够成功入侵新区域和快速扩散蔓延的生态机制之一。

关键词 金钟藤；化感作用；土壤理化性质；土壤酶活性；成灾机理

中图分类号 S45 文献标识码 A

Effects of Aqueous Extracts of Merremia boisiana and Merremia vitifolia on Soil Nutrient Contents and Enzyme Activity

ZONG Yi1，2， HUANG Qiaoqiao1， LI Xiaoxia1， FAN Zhiwei1*， SHEN Yide1*

1 Environment and Plant Protection Institute，Chinese Academy of Topical Agricultural Sciences/Key

Laboratory of Integrated Pest Management on Tropical Crops，Ministry of Agriculture/Danzhou

Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment，Ministry of Agriculture/Hainan

Key Laboratory for Monitoring and Control of Tropical Agricultural Pests/Hainan Engineering Research

Center for Biological Control of Tropical Crops Diseases and Insect Pests，Haikou，Hainan 571101，China

2 College of Environment and Plant Protection，Hainan University，Haikou，Hainan 570228，China

Abstract In recent years， the spread and explosion of Merremia boisiana in Hainan has significantly threatened biodiversity and ecosystem functioning. The influence of different concentration of aqueous extracts of M. boisiana and M. avitifolia on soil chemical properties and three categories of enzyme activities was analyzed and compared for exploring the impacts of native harmful plant M. boisiana on soil ecology. The results showed that with the increase in the concentration，the aqueous extracts of M. boisiana increased the soil pH，soil organic matter，total nitrogen，total phosphorus，ammonium nitrogen，nitrate nitrogen，available phosphorus，available potassium content and the activities of sucrase，urease and phosphatase，but did not affect total potassium content. With the increase in the concentration，the aqueous extracts of M. vitifolia also increased the content of soil available nutrients and the activities of sucrase and phosphatase，but had no significant effect on soil total potassium content and the activity of urease. Compared with the aqueous extracts of M. vitifolia，the aqueous extracts of M.boisiana had more significant effects on soil pH，total phosphorus，ammonium nitrogen，available phosphorus content and the activities of urease. At the highest concentration（0.5 g/mL），total phosphorus，ammonium nitrogen，available phosphorus， and urease content in soil with the aqueous extracts of Merremia boisiana were 1.13，1.52，1.31 and 2.19 times of those in soil with the aqueous extracts of Merremia vitifolia. At the concentration of 0.25 g/mL，total phosphorus ammonium nitrogen，available phosphorus， and urease content in soil with the aqueous extracts of Merremia boisiana were 1.06，1.51，1.26 and 1.88 times of those in soil with the aqueous extracts of Merremia vitifolia. At the concentration of 0.125 g/mL total phosphorus，ammonium nitrogen，available phosphorus，and urease content in soil with the aqueous extracts of Merremia boisiana were 1.07，1.64，1.23 and 1.39 times of those in soil with the aqueous extracts of Merremia vitifolia. The improvement of soil nutrients may provide favorable conditions for the growth of M. boisiana and it could also promote its advantage when competing with native plants. This may be one of the ecological mechanisms underlying its

invasion success and rapid expansion.

Key words Merremia boisiana；Allelopathy；Soil physical and chemical properties；Activity of soil enzyme；Mechanism of explosion

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.012

金钟藤[Merremia boisiana（Gagnep.）Oostr.]为旋花科鱼黄草属多年生木质大型藤本植物，又名多花山猪菜[1]。金钟藤原产于中国的海南、云南、广西及越南、印尼等国。在海南，金钟藤几乎遍布整个岛屿，其地上茎通过伸长和分枝生长可迅速覆盖生境，危害较大的连片面积可达10 hm2以上[2]。金钟藤扩散到广州地区已造成了严重的生态危害，毁灭了大面积的森林植被[3]。金钟藤在海南蔓延扩散遍及全岛无疑是有别于“金钟藤在原产地生态系统中由于存在天敌因素而不会蔓延扩散”的论点，这或许是因为其原产地尚无致死天敌出现。由此可见，金钟藤无论是在其原产地或原分布中心，抑或是新的分布地，都会蔓延扩散成灾，显然是一个恶性物种，并且在原产地也表现出入侵性[4]。

植物通过淋溶、挥发、凋落物及残体分解、根系分泌等方式向环境中释放化感物质，而入侵植物多具有较强的化感作用。金钟藤的水提取物能抑制菜苔（Brassica parachinensis）种子萌发，其浓度越高，抑制作用越强；其不同器官水提取物的抑制强弱表现为叶>茎>根，这显示金钟藤可能会有更为丰富的化感物质[5]。李晓霞等[6]也证实金钟藤叶脂溶性成分中确实含有化感作用的化学物质，这些物质绝大多数最终都要进入土壤，并通过改变入侵地土壤生态环境[7-10]，创造对自身有利的土壤环境，同时妨碍本地植物的正常生长，达到入侵扩散的目的。本研究以本地植物金钟藤与其同属非灾变植物掌叶鱼黄草[Merremia vitifolia（Burm. f.）Hall. f.]为研究对象，揭示其化感作用对土壤生态环境的影响，为该物种蔓延成灾的评估提供实验依据，同时为其成功入侵机制的探索提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料采集 于2013年7月在海南大学儋州校区周围采集金钟藤和掌叶鱼黄草鲜枝叶，用自来水快速冲洗2～3次；土壤采集于无植物生长的裸土，供试土壤基本特征：有机质11.79 g/kg，全氮0.65 g/kg，全磷0.12 g/kg，全钾25.36 g/kg。

1.1.2 水浸液制备 分别称取2 500 g金钟藤新鲜茎叶和2 500 g掌叶鱼黄草新鲜茎叶，用剪刀分别将2种植物的茎叶剪碎（<2 cm），再分别用5 L超纯水浸泡24 h后过滤，以滤液为母液制作3种浓度（0.5、0.25、0.125 g/mL）的金钟藤水浸液和掌叶鱼黄草水浸液。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 去除土壤中的大颗粒砾石等杂质，过2 mm筛，分装于28个花盆中（上口直径13 cm，下口直径10 cm，高11 cm）。于2013年8月分别用由金钟藤和掌叶鱼黄草鲜枝叶各自制备好的水浸液（3种浓度）处理土壤，以喷施等量超纯水为对照，每4个花盆喷洒同一浓度的水浸液（100 mL/盆），共7个处理4个重复，每周处理一次，所有花盆均置于温室大棚中。30 d后，采集土壤样品进行测定。将采集的土壤分为2部分，第一部分约5 g，先分别称重，然后放入105 ℃烘箱中，用于土壤含水量的测定；将第二部分风干，过60目筛，称取约500 g于室温保存，用于土壤养分含量和土壤酶活性测定分析。

1.2.2 测定指标及方法 （1）土壤养分含量测定。土壤pH值用电极法；土壤有机质用重铬酸钾容量法；土壤总氮用开氏法；土壤铵态氮含量采用氯化钾浸提-靛蓝吸光光度法；土壤硝态氮含量采用氯化钾浸提-紫外分光光度法；土壤全磷和有效磷采用钼锑抗比色法；土壤全钾和速效钾采用火焰光度法[11]。

（2）土壤酶测定。各土壤酶活性测定均参照关松荫[12]的方法，土壤蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法，酶活性以24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克数表示；土壤脲酶活性测定采用柠檬酸盐比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克数表示；土壤磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法，使用pH为7.0的柠檬酸盐缓冲溶液，酶活性以24 h后1 g土壤中P2O5的毫克数表示。

1.3 数据处理

数据分析均采用统计软件SPSS16.0，将土壤养分、土壤酶活性数据作单因素方差分析及Duncans多重比较。

2 结果与分析

2.1 金钟藤和掌叶鱼黄草水浸液对土壤养分的影响

金钟藤和掌叶鱼黄草不同浓度水浸液对土壤养分含量的影响见图1。随浓度的增加，金钟藤水浸液显著提高了土壤pH和土壤有机质、全氮、全磷的含量，其中在最高浓度0.5 g/mL处理下，土壤有机质、全氮和全磷含量分别是对照组的1.68、1.22、1.5倍；金钟藤水浸液处理对全钾含量没有显著影响。在掌叶鱼黄草水浸液最高浓度0.5 g/mL处理下，土壤有机质、全氮、全磷含量分别是对照组的1.57、1.18、1.33倍，对全钾含量没有显著影响，但中低浓度水浸液处理下的全钾含量要高于高浓度处理下的全钾含量，并且在中浓度0.25 g/mL处理下，全钾的含量达到最大值，显著高于对照组。在最高浓度0.5 g/mL处理下，金钟藤水浸液处理的土壤pH值、有机质、全氮、全磷和全钾含量都高于掌叶鱼黄草水浸液处理的土壤，且两者pH值和全磷含量差异显著。

2.2 金钟藤和掌叶鱼黄草水浸液对土壤有效养分的影响

金钟藤和掌叶鱼黄草不同浓度水浸液对土壤有效养分含量的影响见图2。随浓度的增加，金钟藤水浸液显著提高了土壤铵态氮、有效磷和速效钾的含量，其中在最高浓度0.5 g/mL处理下，土壤铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量分别是对照组的3.90、1.15、3.25、4.41倍。在掌叶鱼黄草水浸液最高浓度0.5 g/mL处理下，土壤铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量分别是对照组的2.57、1.10、2.48、4.19倍。在最高浓度0.5 g/mL处理下，金钟藤水浸液处理的土壤铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾含量都高于掌叶鱼黄草水浸液处理的土壤，且两者铵态氮和有效磷含量差异显著；而速效钾含量差异并不显著，但是在中、低浓度下掌叶鱼黄草水浸液处理的土壤速效钾含量明显比金钟藤水浸液处理的土壤高。

2.3 金钟藤和掌叶鱼黄草水浸液对土壤酶活性的影响

金钟藤和掌叶鱼黄草不同浓度水浸液对土壤酶活性的影响见图3。金钟藤水浸液对所测的3种土壤酶活性产生了不同程度的影响；随着水浸液浓度的增加，蔗糖酶、尿酶和磷酸酶含量均呈增大的趋势，其中，在水浸液浓度分别是0.5、0.25、0.125 g/mL时，蔗糖酶较对照分别提高了170%、75%、34%，尿酶较对照分别提高了94%、67%、39%，磷酸酶较对照分别提高了35%、26%、13%。掌叶鱼黄草水浸液对所测的3种土壤酶活性也产生了不同程度的影响；在掌叶鱼黄草水浸液浓度分别是0.5、0.25、0.125 g/mL时，蔗糖酶较对照分别提高了148%、108%、29%，磷酸酶较对照分别提高了39%、38%、10%，而对尿酶活性的影响不明显。可见金钟藤3个浓度水浸液处理的土壤尿酶含量与掌叶鱼黄草3个浓度水浸液处理的土壤差异显著。

3 讨论与结论

土壤养分是影响植物生长的关键因素，探讨入侵植物对其入侵地土壤养分循环是否有影响，对全面评估入侵植物对自然生态系统造成的影响有重要指导作用[13]。入侵植物对土壤养分循环过程的影响有3种不同的格局，分别是增加、减少和无影响3种效应[14]。研究表明，很多植物都具有改变土壤微生态系统的功能，如入侵美国的盐生草（Halogeton glomeratus）显著提高了土壤有机质、全氮、速效氮和全磷含量[15]；Paul等[16]研究发现斑点矢车菊（Centaurea maculosa）的入侵显著改变了土壤C、N库；牛红榜等[17]研究表明，紫茎泽兰显著提高了土壤养分含量，为自身的生长创造了有利的土壤环境。陆建忠等[18]将野外调查和移栽实验相结合，发现加拿大一枝黄花的入侵提高了土壤总碳库、总氮库和有机质库，却降低了土壤铵氮库和硝氮库，为自身创造了更有利于生长的条件。本研究表明，金钟藤水浸液显著提高了土壤有机质、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾的含量；且同样条件下，金钟藤水浸液对土壤部分指标影响较掌叶鱼黄草水浸液更显著，土壤养分的改善可能为金钟藤的生长提供有利条件，使得其在与本地植物的竞争中获得优势。随着浓度的增大，2种浸提液也使土壤pH值增大，pH值越高，表明其凋落物分解所产生的酸性物质越少，有利于土壤酶的作用及土壤养分的保存和积累[19]。随浓度的增加，2种水浸液并没有明显增加土壤全钾含量，但却增加了速效钾的含量，这可能与土壤本身具有较高含量的全钾有关；随着水浸液浓度的增大，土壤中较多的全钾被转换成了速效钾。

土壤中一切的生化反应都是在土壤酶的参与下完成的，土壤酶活性是反映土壤生物活性和土壤质量的重要指标[20]。在土壤生态系统中，土壤酶积极参与土壤中各物质的形成与转化，土壤酶对土壤养分的循环代谢起着十分重要的作用[21]。相关研究表明，土壤脲酶是催化土壤有机态氮转化为无机态氮的酶类，它往往与土壤氮素具有正相关关系[11]；蔗糖酶对土壤有机质的转化具有很重要的作用[22]；土壤磷酸酶能够酶促酯-磷酸盐链的水解性裂解，与土壤磷素养分之间往往具有正相关关系[23-24]。本研究发现，土壤蔗糖酶、尿酶和磷酸酶的活性均随着金钟藤水浸液浓度的提高而增大，这与他人研究结果相一致[25-26]，且其变化趋势与土壤养分含量变化趋势一致。随着浓度的增大，掌叶鱼黄草水浸液也显著提高了土壤蔗糖酶和磷酸酶的活性，但对尿酶活性并没有显著的影响，这可能是由掌叶鱼黄草本身的化感物质造成的；而由金钟藤3个浓度水浸液处理的土壤尿酶含量与掌叶鱼黄草3个浓度水浸液处理的土壤差异显著。可见土壤养分和土壤酶通过互作形成了适合入侵植物自身生长的土壤微环境。

土壤酶活性及有效氮、磷、钾含量的变化表明，金钟藤较掌叶鱼黄草改变土壤酶的活性更显著，其通过提高土壤有效养分含量及其循环利用率，为自身创造良好的根际营养环境，这可能正是金钟藤得以扩散蔓延的主要原因之一。今后可以研究当金钟藤和掌叶鱼黄草改变土壤性状之后对其自身和其他植物生长及它们之间竞争能力的影响，这样可以更全面地了解入侵植物与非入侵植物生长对土壤特性影响的差异，以及土壤在植物入侵过程中所扮演的角色，为有效控制入侵植物扩散蔓延提供理论依据。

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