劉 潮， 韓利紅， 宋培兵， 張亞萍

(曲靖師范學院云南高原生物資源保護與利用研究中心/生物資源與食品工程學院/云南省高校云貴高原動植物多樣性及生態(tài)適應性進化重點實驗室，云南曲靖 655011)

土壤微生物是土壤中生理、生化等各種反應的參與者和推動者，在植物凋落物的降解、養(yǎng)分循環(huán)與平衡、土壤理化性質改善中起重要作用。根際微生物的物質轉化作用，直接促進或抑制根的營養(yǎng)吸收和生長，也影響根際土壤中碳、氮、磷、硫等物質的轉化。不同植物根系分泌物的化學組成及根周轉速率的差異，導致土壤微生物多樣性的改變[1]；外來植物根系對土壤物質輸入的改變，影響土壤微生物的種類和數(shù)量[2-3]；外來植物凋落物構成的變化也會影響土壤微生物的結構和功能[4]。此外，外來植物可通過改變入侵地土壤的水分狀況及土壤團粒結構等物理特性，間接地影響土壤微生物的多樣性[2]。外來種的入侵改變了土壤肥力、群落結構和動態(tài)，這些因素的改變又會作用于依賴其生長的生物。因此，植物-土壤生物-土壤之間存在著相互依賴、相互作用的復雜關系。

紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophorum)是我國危害最嚴重的外來入侵植物之一，對入侵地的生態(tài)系統(tǒng)以及農、林、牧業(yè)造成嚴重危害。為了解紫莖澤蘭定植多年后，土壤中微生物對紫莖澤蘭生長及其與我國西南當?shù)刂参锔偁幍姆答佔饔?，本研究通過采集紫莖澤蘭入侵群落下土壤，分別對其進行滅菌處理、添加殺真菌劑處理并設對照處理，采用紫莖澤蘭單種與其他3種伴生西南當?shù)氐刂参锺R唐(Digitariasanguinalis)、拔毒散(Sidaszechuensis)和青蒿(Artemisiacarvifolia)分別混種的方式，來驗證不同土壤微生物類群在紫莖澤蘭入侵過程中的作用，以期為紫莖澤蘭的控制管理和入侵地生態(tài)恢復提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2005年6月從云南省瀾滄縣迷古嗎草場采集紫莖澤蘭群落下土壤，收集表層15 cm礦質土，去掉所有的凋落物和植被，過5 mm篩(不會影響微生物群落)。土壤的pH值為 5.37，有機質含量為118.37 g/kg，全氮含量為4.52 g/kg，全磷含量為1.73 g/kg，全鉀含量為8.45 g/kg，水解氮含量為345.6 mg/kg，有效磷含量為0.5 mg/kg，速效鉀含量為 95.2 mg/kg。選取紫莖澤蘭和3種伴生西南當?shù)刂参锺R唐、拔毒散和青蒿為植物材料。

1.2 試驗方法

試驗土壤分別設滅菌(Ⅰ)、對照(Ⅱ)、添加殺真菌劑(Ⅲ)3個處理。滅菌處理，土壤于121 ℃條件下高壓滅菌1 h；對照處理為2/3滅菌土壤和1/3對照土壤的混合物，以減少滅菌造成的肥力影響；添加殺真菌劑處理，土壤處理同對照，但定期向土壤中添加殺真菌劑。向所有處理土壤中添加活性炭以消除化感影響[5-6]。2005年7月，選取高度一致的單株實生幼苗，采用盆栽法栽培。為保持土壤濕潤，每3 d澆無菌水1次，所有處理定期加Hoagland’s營養(yǎng)液。在添加殺真菌劑處理的試驗中，每20 d加1次殺真菌劑苯菌靈(Benomyl)。

每15 d用直尺(精確度1 mm)測定1次株高，計算株高相對生長速率。4個月后分別收獲植株地上和地下部分，并于80 ℃條件下烘48 h，用電子天平(精確度0.000 1 g)分別稱根、莖、葉干質量。

1.3 統(tǒng)計方法

使用SPSS 12.0(SPSS Inc. Chicago，Illinois，USA)進行數(shù)據統(tǒng)計，使用Sigma Plot 8.0(SPSS Inc. Chicago，Illinois，USA)進行繪圖分析。采用One-way ANOVA對不同單種、混種處理下植株生長參數(shù)進行比較，使用S-N-K(Student Newman-Keuls)檢驗進行各均值的多重比較。

2 結果與分析

2.1 受試植物單種時株高相對生長率比較

由圖1可知，處理Ⅰ中紫莖澤蘭在各生長階段的相對生長率均較高，馬唐、拔毒散和青蒿生長緩慢，其中拔毒散有較嚴重的蟲咬現(xiàn)象，且在105 d后全部死亡。與處理Ⅱ和Ⅲ相比，處理Ⅰ中各植物(除馬唐)相對生長率均較低。與處理Ⅰ相比，處理Ⅱ和處理Ⅲ中青蒿的相對生長率更高，拔毒散的相對生長率也有所提高，處理Ⅱ、處理Ⅲ的青蒿生長至75 d時的相對生長率超過了紫莖澤蘭。馬唐在3種處理中的相對生長率增長得較慢。種植45 d后，處理Ⅱ的紫莖澤蘭表現(xiàn)出快速增長趨勢。各處理對拔毒散的影響明顯，處理Ⅱ和處理Ⅲ的拔毒散在種植60 d后，相對生長率高于處理Ⅰ，且處理Ⅲ在種植105 d后明顯高于處理Ⅱ。處理Ⅱ和處理Ⅲ中青蒿的相對生長率之間沒有明顯差異。

2.2 受試植物單種時生物量比較

由圖2可知，3種土壤處理方式對各植物根、莖、葉生物量影響不同。處理Ⅲ紫莖澤蘭的根、莖生物量顯著高于處理Ⅰ和處理Ⅱ，葉生物量顯著高于處理Ⅱ；處理Ⅲ馬唐的根、莖、葉生物量顯著高于處理Ⅰ和處理Ⅱ；處理Ⅲ拔毒散的莖生物量高于處理Ⅱ，而葉生物量卻相反，根生物量沒有明顯差別；處理Ⅱ和處理Ⅲ青蒿的根、莖生物量均顯著高于處理Ⅰ。

2.3 受試植物混種時株高相對生長率比較

由圖3可知，處理Ⅰ中與拔毒散和青蒿混種的紫莖澤蘭相對生長率在種植前90 d明顯高于與馬唐混種的紫莖澤蘭，而與馬唐混種的紫莖澤蘭在種植90 d后相對生長率快速增加，至收獲前其相對生長率達到最高值。處理Ⅱ中3種混種處理間紫莖澤蘭的相對生長率差別不大。處理Ⅲ中，各混種處理的紫莖澤蘭在前60 d沒有明顯差異，之后與青蒿混種的紫莖澤蘭株高相對生長率增加變緩，而與馬唐混種處理的明顯增加。

由圖4可知，混種種植60 d后處理Ⅲ中的青蒿和拔毒散快速生長，而馬唐的相對生長率仍較低。種植75 d后，3種土壤處理方式中混種條件下青蒿的相對生長率表現(xiàn)為處理Ⅲ明顯大于處理Ⅰ和處理Ⅱ，拔毒散表現(xiàn)為處理Ⅲ與處理Ⅱ差異不大，但均明顯高于處理Ⅰ，馬唐在3種土壤中差異不大。

2.4 受試植物混種時生物量比較

由圖5可知，處理Ⅰ紫莖澤蘭根、莖、葉生物量均是與馬唐混種時最低；處理Ⅱ紫莖澤蘭根、莖、葉生物量均為與馬唐混種時最高，與青蒿混種次之，與拔毒散混種時最低；處理Ⅲ紫莖澤蘭根、莖、葉生物量均較處理Ⅰ、處理Ⅱ高，紫莖澤蘭與青蒿混種的根、莖、葉生物量均低于其他2種混種處理。與馬唐混種的紫莖澤蘭根、莖、葉生物量均表現(xiàn)為處理Ⅲ>處理Ⅱ>處理Ⅰ；與拔毒散混種的紫莖澤蘭根、莖、葉生物量均表現(xiàn)為處理Ⅲ>處理Ⅰ>處理Ⅱ；與青蒿混種的紫莖澤蘭根、莖、葉生物量在3種土壤處理下沒有顯著差異。

由圖6可知，在與紫莖澤蘭混種時，處理Ⅰ和處理Ⅲ馬唐根、莖、葉生物量沒有顯著差異，但顯著高于處理Ⅱ；處理Ⅱ拔毒散莖生物量顯著高于處理Ⅰ和處理Ⅲ；處理Ⅰ和處理Ⅱ青蒿根、莖、葉生物量沒有顯著差異，但顯著低于處理Ⅲ。

3 討論

植物的形態(tài)和生長指標可能與入侵性有關，研究土壤微生物對植物生長速率的影響對探討植物入侵性具有重要的意義。在單種中，滅菌處理可明顯降低植物的相對生長率，其中對青蒿和拔毒散生長速率影響相對較大，對紫莖澤蘭和馬唐生長的影響相對較小，說明土壤中的微生物群落對植物的生長存在較大的反饋作用[7]。在混種中，滅菌處理下紫莖澤蘭早期生長較慢，后期與對照處理相當，添加殺真菌劑處理紫莖澤蘭相對生長率略低于對照處理，說明土壤微生物對紫莖澤蘭的生長有促進作用，且真菌可在一定程度上促進紫莖澤蘭的生長。紫莖澤蘭在入侵定植過程中，可改變土壤中真菌成分，影響當?shù)刂参锏纳L[3]。

研究表明，土壤微生物可提高外來植物的競爭優(yōu)勢，影響外來植物和本地植物的種間關系[8-10]。外來植物可通過改變入侵地土壤微生物群落來阻礙當?shù)刂参锏纳L和更新[3，8，11-12]，實現(xiàn)對土壤生態(tài)系統(tǒng)和地上植物群落組成的改變。在單種中，添加殺真菌劑處理下紫莖澤蘭根、莖生物量均顯著高于滅菌和對照處理；與滅菌處理相比，添加殺真菌劑處理的3種我國西南當?shù)刂参锏南鄬ιL速率及其根、莖、葉生物量整體上較高，說明土壤中的微生物對植物的生長有促進作用，但部分真菌類群可在一定程度上抑制我國西南當?shù)刂参锏纳L。土壤菌根真菌通過菌絲連接不同植物來促進寄主植物對營養(yǎng)物質的吸收，抑制伴生植物的生長，實現(xiàn)植物群落的演替[8-9]。添加殺真菌劑處理下，與馬唐混種的紫莖澤蘭生物量略高于與拔毒散和青蒿混種的紫莖澤蘭；對照處理下，與馬唐混種的紫莖澤蘭生物量高于滅菌處理，而對照處理下馬唐的生物量顯著低于滅菌處理，說明土壤微生物可促進紫莖澤蘭對馬唐的競爭作用，但土壤中的真菌類群可能對紫莖澤蘭和馬唐的生長有抑制作用。對照處理下，與拔毒散混種的紫莖澤蘭生物量明顯低于其他2種處理，拔毒散根生物量顯著高于滅菌處理，莖生物量顯著高于滅菌處理和添加殺真菌劑處理，說明土壤微生物抑制了紫莖澤蘭對拔毒散的競爭作用，可考慮將拔毒散選作紫莖澤蘭的替代植物。與對照處理相比，滅菌處理與青蒿混種的紫莖澤蘭生物量及青蒿生物量均無顯著差異，只是添加殺真菌劑處理下的青蒿生物量顯著高于滅菌和對照處理，說明土壤微生物在紫莖澤蘭與青蒿的競爭生長中作用不顯著，土壤中的真菌類群可抑制青蒿的生長。本研究認為，土壤中某些微生物類群可在紫莖澤蘭與我國西南當?shù)刂参锏母偁幧L中發(fā)揮了作用，但具體起作用的是哪些微生物，作用機制如何，還有待進一步研究。

多種機制參與了外來入侵植物的擴張過程[12-14]，紫莖澤蘭通過影響土壤化感物質積累、微生物群落組成[15-17]和土壤肥力水平[18]，創(chuàng)造有利于其入侵的土壤環(huán)境，促進了其快速占據生態(tài)位。紫莖澤蘭與土壤的正反饋作用可能是其成功入侵的重要原因。

致謝：中國科學院西雙版納熱帶植物園生物入侵生態(tài)學創(chuàng)新研究組為本研究提供了試驗條件，在此謹表謝忱。

參考文獻：

[1]Coleman M D，Dickson R E，Isebrands J G. Contrasting fine-root production，survival and soil CO2efflux in pine and poplar plantations[J]. Plant and Soil，2000，225(1/2)：129-139.

[2]Kourtev P S，Ehrenfeld J G，Huang W Z. Enzyme activities during litter decomposition of two exotic and two native plant species in hardwood forests of New Jersey[J]. Soil Biology & Biochemistry，2002，34(9)：1207-1218.

[3]Niu H B，Liu W X，Wan F H，et al. An invasive aster (Ageratinaadenophora) invades and dominates forest understories in China：altered soil microbial communities facilitate the invader and inhibit natives[J]. Plant and Soil，2007，294(1/2)：73-85.

[4]Saggar S，Mcintosh P D，Hedley C B，et al. Changes in soil microbial biomass，metabolic quotient，and organic matter turnover underHieracium(H.pilosellaL.)[J]. Biology and Fertility of Soils，1999，30(3)：232-238.

[5]Callaway R M，Aschehoug E T. Invasive plants versus their new and old neighbors：a mechanism for exotic invasion[J]. Science，2000，290(5491)：521-523.

[6]Ridenour W M，Callaway R M. The relative importance of allelopathy in interference：the effects of an invasive weed on a native bunchgrass[J]. Oecologia，2001，126(3)：444-450.

[7]肖 博，周 文，劉萬學，等. 紫莖澤蘭入侵地土壤微生物對紫莖澤蘭和本地植物的反饋[J]. 中國農業(yè)科技導報，2014，16(4)：151-158.

[8]Reinhart K O，Callaway R M. Soil biota facilitate exoticAcerinvasions in Europe and North America[J]. Ecological Applications，2004，14(6)：1737-1745.

[9]Callaway R M，Thelen G C，Rodriguez A，et al. Soil biota and exotic plant invasion[J]. Nature，2004，427(6976)：731-733.

[10]Klironomos J N. Feedback with soil biota contributes to plant rarity and invasiveness in communities[J]. Nature，2002，417(6884)：67-70.

[11]Marler M J，Zabinski C A，Callaway R M. Mycorrhizae indirectly enhance competitive effects of an invasive forb on a native bunchgrass[J]. Ecology，1999，80(4)：1180-1186.

[12]鐘軍弟，周宏彬，劉鍇棟，等. 3種菊科入侵植物白花鬼針草、勝紅薊和假臭草的種子生物學特性比較研究[J]. 雜草學報，2016，34(2)：7-11.

[13]丁 丹，陳 超. 紅毛草(Rhynchelytrumrepens)入侵特性、地理分布和風險評估[J]. 雜草學報，2016，34(2)：29-33.

[14]張衛(wèi)華，陳 超，孫 寅. 斑地錦(Euphorbiamaculata)入侵特征、地理分布和風險評估[J]. 雜草學報，2017，35(1)：42-47.

[15]楊 瓊，梁 羽，楊 劍，等. 入侵植物薇甘菊的根際土壤微生物特征[J]. 生態(tài)科學，2015，34(2)：148-155.

[16]趙曉紅，楊殿林，王 慧，等. 黃頂菊入侵對不同地區(qū)土壤氮循環(huán)及微生物量的影響[J]. 草業(yè)學報，2015，24(2)：62-69.

[17]張麗娜，王桔紅，陳 文，等. 紅毛草不同程度入侵區(qū)土壤微生物群落結構和部分理化指標的比較及其相關性分析[J]. 植物資源與環(huán)境學報，2016，25(2)：33-40.

[18]劉 潮，馮玉龍，田耀華. 紫莖澤蘭入侵對土壤酶活性和理化因子的影響[J]. 植物研究，2007，27(6)：729-735.