紫莖澤蘭和本地兩種伴生植物對(duì)氮沉降的響應(yīng)

匡婭竹 潘耕耘 王睿芳

摘要：通過(guò)對(duì)入侵植物和當(dāng)?shù)匕樯参锬M氮沉降，研究了土壤氮含量的增加是否會(huì)加劇外來(lái)植物的入侵。結(jié)果表明：三種植物單種時(shí)對(duì)氮營(yíng)養(yǎng)變化表現(xiàn)出很高的可塑性，適量氮素增加會(huì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)。植物的葉生物量在較少的氮添加范圍內(nèi)會(huì)隨氮的增加而下降。紫莖澤蘭和佩蘭的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系小，和山螞蝗的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系激烈。氮沉降對(duì)紫莖澤蘭的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，表現(xiàn)在植株總生物量上。土壤氮含量的增加會(huì)加劇外來(lái)植物紫莖澤蘭的入侵，同時(shí)，紫莖澤蘭和山螞蝗混種時(shí)紫莖澤蘭的生長(zhǎng)受到競(jìng)爭(zhēng)抑制作用，此試驗(yàn)的研究，為入侵植物紫莖澤蘭的治理提供了一定理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：紫莖澤蘭;入侵植物;氮沉降;生物量分配

中圖分類號(hào)：Xl71.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（ 2019） 24-0062-03

1 引言

在全球范圍內(nèi)，生物入侵已成為21世紀(jì)最棘手的環(huán)境問(wèn)題之一。生物入侵會(huì)造成生物多樣性的破壞，會(huì)對(duì)土著生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，改變生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)[1，2]。植物入侵從來(lái)沒有一種植物像紫莖澤蘭這樣令人感到極大的恐慌，且紫莖澤蘭的入侵使我國(guó)西南地區(qū)遭受了巨大損失。

氮素生物地球化學(xué)循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)之一是大氣氮沉降。氮肥施用等人為活動(dòng)會(huì)致使活性氮的排放量增加，導(dǎo)致氮素最終以氮沉降的方式返回到地球表面，而過(guò)量的氮沉降會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及空氣環(huán)境產(chǎn)生諸多消極作用[3-7]。研究表明：過(guò)量的氮沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康存在消極影響。我國(guó)一些地區(qū)存在高氮沉降現(xiàn)象，并且目前我國(guó)已成為世界三大高氮沉降區(qū)之一[8]。

云南素有“植物王國(guó)”的美譽(yù)，生物物種居全國(guó)之首。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在入侵植物的危害、傳播等方面開展了大量工作，像李德軍、樊后保等對(duì)氮沉降和植物營(yíng)養(yǎng)狀況已進(jìn)行了相關(guān)研究[9-11]。但對(duì)入侵物種以及本地物種的協(xié)同效應(yīng)與互作效應(yīng)研究較少[12.13]。本研究通過(guò)選取紫莖澤蘭、佩蘭和山螞蝗，研究不同植物種間競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和不同氮沉降對(duì)其生長(zhǎng)形態(tài)、生物量等生理生態(tài)學(xué)特征的影響。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于云南省西南部普洱市（北緯22°46′47″，東經(jīng)101°0′7″之間）。該區(qū)具有高溫低緯、多雨濕潤(rùn)的特點(diǎn)，常年無(wú)霜，光熱條件好。

2.2 方法

于2018年3月在溫室大棚內(nèi)用腐殖土（丹麥品氏）和紅壤土按4：6比例混勻播種。2018年6月兩批移栽，將大小一致的紫莖澤蘭、佩蘭、山螞蝗（8 cm）移栽到容積為1.5 kg的營(yíng)養(yǎng)袋里，單栽每盆一株，以及紫莖澤蘭、佩蘭和山螞蝗混栽到同一營(yíng)養(yǎng)袋里，每種植物各一株，全部植株放在室外生長(zhǎng)適應(yīng)20 d到植株恢復(fù)生長(zhǎng)后，于7月6日分3次用尿素進(jìn)行氮素處理，含有效氮46%，每次間隔時(shí)間為10天。設(shè)4個(gè)供氮水平，分別為N0（O g/kg土）、N1（0.2 g/kg土）、N2（0.4 g/kg土）、N3（0.6 g/kg土），設(shè)置6個(gè)重復(fù)。為了排除其它營(yíng)養(yǎng)元素的影響，各處理均施肥（P2O5和K2O）O.2 g/kg土，微量元素0.005 g/kg土。所選肥料為：磷酸二氫鉀（含34%P205，52%K2O）和高麗德意大利微量元素水溶肥料（含Cu+Fe+Mo+Mu+Zn+B≥10. 0%）。9月收獲后，放入烘箱用105℃度的溫度殺青30 min，然后用65℃烘干至恒重（48 h）后用電子天平（精確度0.0001g）稱重。

2.3 數(shù)據(jù)處理

SPSS22.O軟件的單因素方差分析法（one - wayANOVA）進(jìn)行差異顯著性分析（p=0.05）。

3 結(jié)果與分析

不同植物單栽時(shí)對(duì)同一氮水平的響應(yīng)，見圖1～圖3。

不同氮添加下混栽植物種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，見圖4—圖6。

紫莖澤蘭和佩蘭混種時(shí)，紫莖澤蘭的總生物量、總?cè)~面積顯著高于佩蘭，葉面積比顯低于佩蘭。紫莖澤蘭和山螞蝗混種時(shí)，山螞蝗的總生物量、總?cè)~面積顯著高于紫莖澤蘭，葉面積比顯低于紫莖澤蘭。

同一植物在單種、混種時(shí)對(duì)不同氮水平的響應(yīng)，見圖7。

單種時(shí)紫莖澤蘭的總生物量最高，和山螞蝗混種的紫莖澤蘭總生物量最低。氮添加在0～0.2 g/kg之間，三種情況下的紫莖澤蘭總生物量隨氮素的增加而上升，之后混種的紫莖澤蘭總生物量隨氮素的增加而下降，單種的紫莖澤蘭總生物量隨氮肥的增加而上升，峰值出現(xiàn)在氮添加為0.4 g/kg時(shí)。

4 討論

氮沉降能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，3種植物單種時(shí)的生物量對(duì)氮營(yíng)養(yǎng)變化表現(xiàn)出很高的可塑性，植株生物量在低氮時(shí)隨氮的增加而上升，這和杜樂山、黃玉梓[14，15]等人的研究結(jié)果一致。

有研究表明，隨著土壤氮的過(guò)剩，氮沉降增加不會(huì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)[16.17]。紫莖澤蘭的總生物量隨氮增加而上升，紫莖澤蘭的葉面積比隨氮沉降的增加而下降。這和彭?yè)P(yáng)、蔣琦清、黃棟[18-21]等的研究結(jié)果一致，表現(xiàn)在植物的總生物量增加趨勢(shì)。紫莖澤蘭并不是在所有的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系中都能取勝。雷桂生、彭恒、桂富榮[22.23]等的研究表明：在混種時(shí)，紫莖澤蘭的植株生物量顯著比小藜的高，表明在混種中小藜的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用，而白茅與紫莖澤蘭之間呈現(xiàn)很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)作用，可用作紫莖澤蘭的替代控制植物。在本研究中，紫莖澤蘭和佩蘭混種時(shí)，發(fā)現(xiàn)佩蘭的生長(zhǎng)受到紫莖澤蘭的競(jìng)爭(zhēng)抑制作用，而與山螞蝗混種時(shí)，紫莖澤蘭的生長(zhǎng)受到抑制作用。山螞蝗在氮添加量少的情況下其生長(zhǎng)速度不如紫莖澤蘭，隨著氮含量增加，植株生物量能趕超紫莖澤蘭。山螞蝗屬于本地優(yōu)勢(shì)種。在一定氮添加下，山螞蝗體積較大，生物量較高，占有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，故而有能力和入侵物種紫莖澤蘭競(jìng)爭(zhēng)。

5 結(jié)語(yǔ)

氮素對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，氮沉降能加劇紫莖澤蘭的入侵。紫莖澤蘭和普洱本地物種山螞蝗之間存在較強(qiáng)的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。本研究模擬了氮沉降下入侵植物紫莖澤蘭和本地伴生植物佩蘭、山螞蝗的生理生態(tài)響應(yīng)，為入侵植物紫莖澤蘭和本地伴生植物的種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系研究提供了一定的理論基礎(chǔ)，有助于預(yù)測(cè)氮沉降下普洱本地入侵植物紫莖澤蘭的入侵風(fēng)險(xiǎn)，為西南地區(qū)入侵植物紫莖澤蘭的治理提供一定的理論依據(jù)。

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收稿日期：2019-11-26

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31660170）

作者簡(jiǎn)介：匡婭竹（1995-），女，普洱學(xué)院農(nóng)林學(xué)院學(xué)生。

通訊作者：王睿芳（1982-），女，副教授，博士，研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)。