紫莖澤蘭入侵土壤對桉樹苗的化感作用研究

李子光，王有兵

(1.昆明市海口林場，云南 昆明 650114；2.云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院大理分院，云南 大理 671000)

紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophorum)為菊科澤蘭屬多年生草本植物，原產(chǎn)于墨西哥和哥斯達黎加一帶，19世紀40年代從中緬邊境自然擴散傳入我國，現(xiàn)廣泛分布于我國南方地區(qū)，傳播速度極快，是外來物種中危害最為嚴重的入侵植物之一[1-4]。

紫莖澤蘭的入侵會導致農(nóng)作物減產(chǎn)，且可快速入侵人工林，成為林下優(yōu)勢草本層，形成林—紫莖澤蘭復合系統(tǒng)[5-6]，對入侵地土壤理化性質(zhì)及生物多樣性產(chǎn)生較大影響[5,7-12]。我國于1890年開始從意大利引種桉樹(Eucalyptus)，由于桉樹的速生性及適應性較強，在我國南方地區(qū)得到了快速發(fā)展，至2014年我國桉樹人工造林面積已達445萬hm2，成為保障國內(nèi)木材安全的重要樹種之一[13]。筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭在昆明地區(qū)較為常見，已成功入侵桉樹林。在1986年昆明市海口林場引種的桉樹試驗基地中，紫莖澤蘭在部分試驗小區(qū)中已成為草本層絕對優(yōu)勢種，對桉樹的生長和存活造成一定影響[14]。本文以紫莖澤蘭重度入侵桉樹林地土壤及桉樹苗為試驗材料，研究紫莖澤蘭入侵區(qū)域土壤對桉樹苗期生長的影響，以期為研究桉樹—紫莖澤蘭復合系統(tǒng)提供一定理論依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地點位于昆明市海口林場苗圃溫室大棚，東經(jīng)102°36′34″，北緯24°48′05″，海拔 1 943 m。年均溫14.6℃，極端低、高溫分別為-5.4℃和31.5℃，霜期138 d左右，有少量降雪，年降雨量909.7 mm，干濕季分明，5—10月雨季降雨量占全年雨量的80%，旱季為11—4月，土壤為紅壤，pH值6.6。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

試驗土樣采自海口林場1986年桉樹引種第五小區(qū)，桉樹保存率僅3.8%，紫莖澤蘭蓋度達97%[14-15]。間隔15 m選擇5個土樣采集點，在紫莖澤蘭根際周圍分0～2 cm、3～10 cm、11～30 cm、31～50 cm 4個深度采土，將各樣點同一層土樣混合均勻后去除枝葉、大土塊及石頭，裝填入直徑為10 cm的黑色育苗袋中，以附近無紫莖澤蘭入侵的空曠地塊的同一層土壤作為對照(CK)，移苗前將所有備用袋土浸透水。

桉樹種子來源于國家桉樹研究中心，2014年3月在海口林場苗圃播種育苗，試驗時苗齡為50 d。樹種為溪谷桉(E.badjensis)、岡尼桉(E.gunii)、史密斯桉(E.smithii)3種，每種桉樹選擇苗高及健康狀況基本一致的樹苗用于試驗，試驗前測量苗高，計算平均值。

2.2 試驗方法

試驗設3個小區(qū)，每種桉樹每個小區(qū)5株一個重復，共4次重復，每袋移栽1株，株行距為10 cm× 20 cm。移栽后僅進行定期澆水，不施任何肥料，培育50 d時測量苗高，起苗洗凈根系上泥土，用濾紙吸干表面水分后稱量整株鮮重，計算平均單株鮮重。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

計算3種桉樹苗高綜合增量。根據(jù)化感效應敏感指數(shù)(RI)評估紫莖澤蘭對桉樹幼苗生長的化感效應，計算公式為：

RI=1-C/T(T≥C)

RI=T/C-1(T

式中，C為對照值，T為處理值，RI>0表示促進，RI<0表示抑制。所測數(shù)據(jù)均采用Excel進行統(tǒng)計分析。

3 結果與分析

3.1 不同深度土樣對桉樹苗高生長的影響

處理50 d時對3種桉樹苗高進行測量(表1)。

表1 不同深度土樣中的苗高生長情況

從表1可見，3種桉樹苗高在不同深度土樣中的表現(xiàn)差異較明顯，隨著深度增加，苗高生長減慢，3種桉樹的所有處理組及對照組表現(xiàn)規(guī)律是一致的。溪谷桉試驗初苗高不如岡尼桉和史密斯桉，但對照組及處理組在0 ～ 2 cm深土樣中苗高生長均較快，岡尼桉相對生長較慢，3種桉樹在其它土層中的生長無明顯規(guī)律。在處理組中，除史密斯桉在3 ～ 10 cm深土樣中苗高生長低于對照外，其余處理在各深度土樣中苗高生長均優(yōu)于對照。綜合3種桉樹在不同深度土樣中的苗高增量，除3 ～ 10 cm深土樣中處理組苗高增量低于對照組外，其余土樣中均表現(xiàn)為處理組明顯高于對照組，0 ～ 2 cm深土樣中苗高增量最高(表2)。

表2 不同深度土樣中3種桉樹的平均苗高增長量

3.2 不同深度土樣對桉樹單株鮮重生長的影響

對3種桉樹平均單株鮮重進行測量(表3)。

表3 不同深度土樣中的平均單株鮮重變化情況

從表3可知，3種桉樹單株鮮重變化趨勢在不同深度土樣中與苗高變化趨勢一致。相對于對照，3種桉樹的處理組在0～2 cm深土樣中增幅較明顯，特別是岡尼桉的增幅達2倍以上。在其余土樣中的增幅無規(guī)律，溪谷桉和史密斯桉的單株鮮重在3～10 cm深土樣中反而低于對照，岡尼桉則無增量；3種桉樹的平均單株鮮重在11～30 cm和31～50 cm 土樣中均低于1 g，生長表現(xiàn)較弱。

3.3 桉樹苗生長對紫莖澤蘭化感物質(zhì)的響應

統(tǒng)計顯示,溪谷桉、岡尼桉、史密斯桉的重量生長及史密斯桉的苗高生長在3 ～ 10 cm深土樣中受紫莖澤蘭化感物質(zhì)的抑制，化感效應敏感指數(shù)為-0.002 ～ -0.360，對溪谷桉和岡尼桉的抑制作用均較弱，對史密斯桉的生長抑制作用更強。其余土樣對3種桉樹的生長均表現(xiàn)為促進作用，但促進作用強弱在不同土樣中并無規(guī)律，但總體上0 ～ 3 cm深土樣更利于3種桉樹的生長(表4)。

表4 化感效應敏感指數(shù)

4 結論

試驗得出3種桉樹在不同深度土樣中的生長表現(xiàn)差異較明顯，隨著深度增加苗高及鮮重生長明顯減慢。從生長情況來看，處理優(yōu)于對照。紫莖澤蘭化感物質(zhì)對3種桉樹的抑制作用并不明顯，僅在3～10 cm深土樣中對史密斯桉的生長抑制作用表現(xiàn)較強，其余土樣對3種桉樹的生長有微弱抑制或不同程度的促進作用。總體上表現(xiàn)為紫莖澤蘭入侵區(qū)域土壤更有利于桉樹苗的生長，特別是0 ～ 3 cm深土樣。

紫莖澤蘭是目前公認的有害入侵物種之一，有關其化感抑制作用已有大量研究報道，其水提液對藍桉種子、三葉鬼針草種子萌發(fā)及滇楊插穗生根等有隨濃度增加抑制作用增強的表現(xiàn)，紫莖澤蘭地上部分所釋放的氣態(tài)物質(zhì)隨濃度的增加也會對杉木種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制[16-19]。但采用堆漚7 d后的紫莖澤蘭粉碎物做基質(zhì)培育冬櫻花實生苗，對種子萌發(fā)無影響[20]，通過生物堆肥發(fā)酵腐熟后的紫莖澤蘭有機物可改善土壤營養(yǎng)成分，降解其毒性，目前可用作桉樹育苗基質(zhì)[21-23]。

紫莖澤蘭入侵降低了土壤pH，有機碳、全氮和速效鉀含量分別增加83.0%、106.9%和111.0%[24]，顯著提高了根際土壤NH4+-N、NO3--N、全鉀和有效鉀的含量[9]。紫莖澤蘭入侵后還可提高有效磷、有效鉀、土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的含量，重度入侵生境中銨態(tài)氮含量最高達 53.00 mg/kg，分別是空白對照土、混生當?shù)刂参锿梁蛦我划數(shù)刂参锿恋?4.1、9.9和5.9倍，重度入侵地有機質(zhì)含量高達88.96 g/kg，是裸地的11.1倍[8]。王有兵等[14]研究了紫莖澤蘭枯落物對直桿桉生長的影響，結果表明枯落物基質(zhì)能夠促進根系的發(fā)育。

氮素形態(tài)不同，植物對其吸收量也會有所不同。有研究報道在相同氮素濃度處理下，桉樹幼苗對硝態(tài)氮的吸收量顯著大于對銨態(tài)氮的吸收量，在銨態(tài)氮處理下，尾赤桉對銨態(tài)氮的吸收量顯著高于巨尾桉[25]。本試驗中同一深度土樣對不同桉樹的促進或抑制作用能力有所不同，不同深度土樣對3個桉樹生長影響效果也有差異，這可能與樹種的遺傳特性、土樣中抑制物質(zhì)含量及氮素形態(tài)不同有關。從以上研究報道來看，紫莖澤蘭入侵后可增加土壤中營養(yǎng)成分含量，有利于部分植物的生長。但目前的研究大部分是從單方面切入的，考慮的影響因素不夠徹底，現(xiàn)實中紫莖澤蘭對其他物種的影響機制是長效、宏觀、微觀的，是一個復雜的綜合體，還需更深入研究。

目前在昆明部分地區(qū)已出現(xiàn)桉樹—紫莖澤蘭復合系統(tǒng)，該系統(tǒng)物種豐富度一般較低，植物層次結構簡單，一旦該系統(tǒng)的上層結構解除，毫無疑問，紫莖澤蘭將會在短時間內(nèi)搶占有利空間，成為下層絕對優(yōu)勢種。王有兵等[26]對紫莖澤蘭入侵地及附近非入侵地土壤種子庫進行了研究，結果表明，紫莖澤蘭具有長久性土壤種子庫，其種子數(shù)量在土壤種子庫中處于絕對優(yōu)勢，無紫莖澤蘭入侵的林地也能檢測到紫莖澤蘭的種子。另外，紫莖澤蘭在受到凍害、火災等自然災害損傷后，來年春天可以靠根部萌蘗進行快速更新[15]。營造鄉(xiāng)土闊葉混交林，降低林下光照強度，提高群落物種多樣性，可在一定程度上控制紫莖澤蘭的發(fā)生及促進紫莖澤蘭跡地植被恢復[27-28]。因此，在實施該復合系統(tǒng)桉樹替換時，要有相應清除或控制紫莖澤蘭過度發(fā)生的應急預案，避免引起不必要的生態(tài)安全事件及經(jīng)濟損失。今后應加強對紫莖澤蘭利用方面的研究，變被動為主動，以利用的方式阻止其進一步擴散。