许 华，黄嘉仪，朱敏杰，杨 飘，余松夏，李志鹏，陈 超
（北京师范大学珠海分校工程技术学院，广东 珠海 519087）
摘要：比较三裂叶蟛蜞菊（Wedelia trilobata）群落内土壤与群落外土壤的全氮、全磷、pH及自生固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌情况。结果表明，相对于群落外土壤，群落内土壤全氮、全磷、自生固氮菌和硝化细菌数量显著降低，但土壤pH和反硝化细菌数量显著升高；土壤全氮、全磷均与土壤自生固氮菌、硝化细菌数量呈显著正相关，与土壤反硝化细菌数量和pH呈显著负相关；土壤pH与土壤自生固氮菌、硝化细菌数量呈显著负相关，与土壤反硝化细菌数量呈显著正相关。三裂叶蟛蜞菊入侵引起土壤功能微生物群落和土壤pH发生变化，直接或间接地降低了土壤全氮和全磷，使土壤质量下降。
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关键词 ：三裂叶蟛蜞菊（Wedelia trilobata）；根际土壤；全氮；全磷；pH；土壤微生物
中图分类号：S154；Q945．79 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2015）06－1365－03
DOI：10．14088/j．cnki．issn0439－8114．2015．06．021
Effects of Wedelia trilobata L． on Nutrient and Microoganism in Soil
XU Hua， HUANG Jia－yi， ZHU Min－jie， YANG Piao， YU Song－xia， LI Zhi－peng， CHEN Chao
（College of Engineering Technology， Beijing Normal University Zhuhai Campus， Zhuhai 519087， Guangdong， China）
Abstract： Several characteristics of soil including total nitrogen content， total phosphorus content， pH， number of nitrogen fixing bacteria， nitrifying bacteria and denitrifying bacteria inside and outside Wedelia trilobata community were compared． The results showed that compared with soil outside Wedelia trilobata community， total nitrogen content， total phosphorus content， number of nitrogen fixing bacteria and nitrifying bacteria of soil inside Wedelia trilobata community decreased significantly. Number of denitrifying bacteria and pH of soil inside Wedelia trilobata community increased significantly． As for the soil， total nitrogen and total phosphorus content were significantly positive correlatied with number of nitrogen fixing bacteria and nitrifying bacteria， but significantly negative correlatied with pH and number of denitrifying bacteria． Soil pH was significantly negative correlated with number of soil nitrogen fixing bacteria and nitrifying bacteria， but significantly positive correlated with number of soil denitrifying bacteria． Invasion of Wedelia trilobata apparently led to the changes in number of soil functional microbial community and soil pH， and thus directly or indirectly led to reduction of total nitrogen and total phosphorus content of soil， and further led to degradation of soil quality．
Key words： Wedelia trilobata； total nitrogen； total phosphorus；pH； soil microorganism
收稿日期：2014－06－16
基金项目：广东省大学生创新创业训练计划项目（2013027）；北京师范大学珠海分校青年教师科研项目（201353016）；北京师范大学珠海分校质
量工程项目（201262）
作者简介：许 华（1981－），男，湖北仙桃人，副教授，硕士，主要从事植物生理生态学研究，（电话）13726295364（电子信箱）xuhua04@mail．nankai．edu．cn；
通信作者，陈 超，副教授，博士，（电话）13750054386（电子信箱）chenchaobnu@126．com。
外来植物的入侵已经成为一个全球性的生态问题，受到广泛关注［1－5］。已有研究表明，薇甘菊（Mikania micrantha）、黄顶菊（Flaveri abidentis）和五爪金龙（Ipomoea cairica）入侵后，土壤全氮与土壤有效磷升高，有可能是根系分泌的化感物质改变了土壤中磷酸酶、尿酶、硝酸还原酶等的活性，或者改变了土壤中自生固氮菌、氨氧化细菌与反硝化细菌这些功能微生物的数量，加快了土壤氮磷的转化速度；加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）能够通过促进土壤微生物的生命活动，提高氮的转化速率，进而提高土壤氮［6］。这些研究证明外来入侵植物可通过不同的途径提高土壤氮、有效磷含量，优化土壤质量，从而创造了有利于自身生长的环境。
研究［6，7］表明，紫茎泽兰（Ageratina adenophora）的入侵对土壤全氮没有明显影响，但降低了土壤全磷和有效磷含量，使土壤磷素营养贫瘠化，这可能是紫茎泽兰限制其他植物生长的一种特殊的资源吸收利用策略。部分外来入侵植物是通过降低土壤质量来降低其他植物生存的可能性，使得自身获得有利的生存条件。
Ehrenfeld等［8］对上述两种情况研究认为，入侵植物对入侵地的生态过程有显著的改变，但是对入侵地土壤的营养元素可能有增加、减少或没有影响，不同的入侵植物对当地土壤的影响不同，同一种入侵植物对不同的入侵地土壤的影响也不同，不同外来植物在不同环境可以用不同的入侵机制创造有利于自身的土壤环境。
三裂叶蟛蜞菊（Wedelia trilobata）又名南美蟛蜞菊，为菊科（Cmpositae）蟛蜞菊属（Ageratina）植物，被列为世界上最有害的100种外来入侵物种之一，原产于热带美洲，20世纪70年代作为地被植物引人中国，现广泛分布于华南地区，是华南地区重要的有害杂草和园林绿化植物。该植物具有超强的繁殖能力，群落中很少有其他杂草出现，很少有病虫害的发生，自然天敌少。有关三裂叶蟛蜞菊的文献报道集中在三裂叶蟛蜞菊的化学成分作用、对植物的化感作用及危害研究等方面，关于三裂叶蟛蜞菊入侵后对土壤养分及微生物影响的研究较少，其入侵机制尚待进一步揭示。本研究比较了三裂叶蟛蜞菊群落内外的土壤全氮和全磷、pH、自生固氮菌、硝化细菌以及反硝化细菌数量，分析这些指标之间的相关性，探究三裂叶蟛蜞菊对土壤生态系统的影响，揭示其入侵机制，为制定三裂叶蟛蜞菊的防控措施提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 试验概况
三裂叶蟛蜞菊群落内外土壤样品采自北京师范大学珠海分校校园，室内试验于2012年12月在北京师范大学珠海分校工程技术学院植物学实验室进行。
1．2 土壤取样
在三裂叶蟛蜞菊群落内按五点取样法设置取土样点，清除地面植被和地表凋落物，用土壤取样器收集0～10 cm土层土壤，之后将所取的5个土样混合均匀。在三裂叶蟛蜞菊群落四周均匀设置7个取样点，按上述方法采集土壤并将7个土样混合，装入塑料封口袋，做好标记带回实验室，拣去细根和石块等杂质，自然风干、过筛（2 mm）后装入塑料封口袋保存在4 ℃冰箱中。
1．3 土壤测定
参照胡子峰［9］的方法，使用凯氏定氮仪测定土壤全氮；参照陆杏英［10］的方法测定土壤的全磷；参照刘芬［11］的方法，用酸度计测定土壤pH；参照陈晶等［12］的方法，测定土壤的自生固氮菌数量；参照谢冰等［13］，张玉芹等［14］的方法，测定土壤的硝化细菌及反硝化细菌。以上所有指标测定均设5次重复。
1．4 数据处理
用 spss 16．0统计软件进行One－way ANVOA方差分析，并进行Duncan’s多重比较；对土壤全氮和全磷、微生物数量、pH进行Pearson相关分析。
2 结果与分析
2．1 三裂叶蟛蜞菊入侵对土壤测定指标的影响
三裂叶蟛蜞菊群落外、群落内土壤指标检测结果见表1。由表1可见，相对于三裂叶蟛蜞菊群落外土壤，群落内土壤全氮和全磷显著降低（P＜0．05），说明三裂叶蟛蜞菊的入侵使得土壤肥力下降。群落内土壤pH显著升高（P＜0．05），说明三裂叶蟛蜞菊根系分泌物可以影响或改变原有土壤的酸碱度。三裂叶蟛蜞菊对土壤氮代谢微生物种群产生较大影响，与群落外土壤相比，群落内土壤自生固氮菌数量和硝化细菌数量显著降低（P＜0．05），而反硝化细菌数量显著升高（P＜0．05）；群落内土壤自生固氮菌数量为15．6×103 CFU/g，比群落外土壤降低了32．2％；群落内土壤硝化细菌数量为11．7×102 CFU/g，比群落外土壤降低了23．5％；群落外土壤反硝化细菌数量为17．7×102 CFU/g，群落内土壤反硝化细菌数量为20．7×102 CFU/g，比群落外提高了3．0×102 CFU/g。可见，三裂叶蟛蜞菊的入侵对土壤中参与氮素循环的微生物种群影响较大。
2．2 土壤测定指标的相关性
分析土壤的全氮、全磷、pH及自生固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌的相互关系（表2）可见，土壤全氮、全磷均与土壤自生固氮菌、硝化细菌数量呈显著正相关（P＜0．05），与土壤反硝化细菌数量呈显著负相关（P＜0．05），与土壤pH呈极显著负相关（P＜0．01）；土壤pH与土壤自生固氮菌、硝化细菌数量呈显著负相关（P＜0．05），与土壤反硝化细菌数量呈显著正相关（P＜0．05）；硝化细菌数量与反硝化细菌数量呈显著负相关（P＜0．05），与土壤全氮与全磷呈显著正相关（P＜0．05）。
3 小结与讨论
相对于三裂叶蟛蜞菊群落外土壤，群落内土壤全氮和全磷显著降低，群落内土壤质量显著下降。土壤自生固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌参与土壤氮素循环，自生固氮菌能将空气中氮气还原成氨，硝化细菌将土壤中的氨或铵盐氧化为硝态氮，这两种细菌对土壤氮素的固定起着重要的作用；反硝化细菌将土壤中的硝态氮转化为N2，降低土壤氮素含量。本研究中，土壤自生固氮菌和硝化细菌数量显著降低且与土壤全氮呈显著正相关，而反硝化细菌数量显著增加且与土壤全氮呈显著负相关，表明三裂叶蟛蜞菊入侵后改变了与土壤氮素循环有关的微生物群落的结构，是造成土壤全氮降低的重要原因。
Ehrenfeld等［8］和Kourtev等［15］发现，土壤pH的升高是由于外来入侵植物对硝态氮的吸收要强于对铵态氮的吸收。本研究中三裂叶蟛蜞菊群落内土壤pH显著高于群落外，可能也是这个原因。土壤pH对于土壤中的微生物群落结构影响相当复杂，因为pH对于营养的利用、微生物吸附、胞外酶的产生和分泌都会产生不同的影响，不同微生物适合生长的pH也有差别［16］。本研究发现自生固氮菌、硝化细菌数量与土壤pH呈显著负相关，而反硝化细菌与土壤pH呈显著正相关，这说明在三裂叶蟛蜞菊入侵后，不利于土壤自生固氮菌和硝化细菌的生长，有利于反硝化细菌的生长，减少了氮素固定，增加了氮素散失，间接地降低了土壤全氮。
戴莲等［17］研究发现，紫茎泽兰入侵地土壤全磷显著低于裸地和本土植物土壤，认为紫茎泽兰与本土植物相比，对磷素吸收的能力更强，进而对共生植物生长产生不利影响。本研究表明，三裂叶蟛蜞菊入侵后群落内土壤全磷相较群落外显著降低，与上述研究结果一致，可能是因为三裂叶蟛蜞菊对土壤磷素具有较强的吸收能力，具体情况还有待进一步研究。
植物根系分泌物中的化感物质也可能是导致土壤全氮降低的原因，其影响方式可能有两种，一是根系分泌物中的化感物质抑制了土壤微生物的生长或抑制了土壤中酶的活性。黄益宗等［18］的研究表明化感物质对土壤硝化作用产生抑制作用，推测化感物质可能是通过抑制与土壤硝化作用相关微生物的生长或相关酶的活性，进而抑制土壤硝化作用。本研究中三裂叶蟛蜞菊根系可能产生某些化感物质抑制硝化细菌的生长，导致其数量下降，进而降低土壤全氮。二是细菌通过鞭毛运动对不同的土壤化学条件做出反应，表现出趋向或趋避行为［19］。三裂叶蟛蜞菊入侵后可能产生化感物质，使土壤自生固氮菌和硝化细菌表现出趋避行为，使反硝化细菌表现出趋向行为，进而导致土壤全氮降低。
本研究表明，三裂叶蟛蜞菊入侵后，群落内土壤pH升高，土壤自生固氮菌、硝化细菌数量减少，反硝化细菌数量增加，土壤全氮、全磷降低，群落内土壤肥力下降，使得土壤环境不利于本土植物的生长，这可能是三裂叶蟛蜞菊具有强入侵能力的机制。有研究表明［20］，在较贫瘠的土壤中入侵物种具有更高的相对竞争能力，只有当土壤肥力水平较高时，部分本土物种才能积累较大的生物量，具备与外来入侵物种抗衡的能力。改善土壤条件可能是保障本土物种正常生长、防控三裂叶蟛蜞菊入侵的一种有效手段。
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