紫茎泽兰入侵土壤对桉树苗的化感作用研究

李子光，王有兵

(1.昆明市海口林场，云南 昆明 650114；2.云南省林业调查规划院大理分院，云南 大理 671000)

紫茎泽兰(Eupatoriumadenophorum)为菊科泽兰属多年生草本植物，原产于墨西哥和哥斯达黎加一带，19世纪40年代从中缅边境自然扩散传入我国，现广泛分布于我国南方地区，传播速度极快，是外来物种中危害最为严重的入侵植物之一[1-4]。

紫茎泽兰的入侵会导致农作物减产，且可快速入侵人工林，成为林下优势草本层，形成林—紫茎泽兰复合系统[5-6]，对入侵地土壤理化性质及生物多样性产生较大影响[5,7-12]。我国于1890年开始从意大利引种桉树(Eucalyptus)，由于桉树的速生性及适应性较强，在我国南方地区得到了快速发展，至2014年我国桉树人工造林面积已达445万hm2，成为保障国内木材安全的重要树种之一[13]。笔者调查发现，紫茎泽兰在昆明地区较为常见，已成功入侵桉树林。在1986年昆明市海口林场引种的桉树试验基地中，紫茎泽兰在部分试验小区中已成为草本层绝对优势种，对桉树的生长和存活造成一定影响[14]。本文以紫茎泽兰重度入侵桉树林地土壤及桉树苗为试验材料，研究紫茎泽兰入侵区域土壤对桉树苗期生长的影响，以期为研究桉树—紫茎泽兰复合系统提供一定理论依据。

1 试验地概况

试验地点位于昆明市海口林场苗圃温室大棚，东经102°36′34″，北纬24°48′05″，海拔 1 943 m。年均温14.6℃，极端低、高温分别为-5.4℃和31.5℃，霜期138 d左右，有少量降雪，年降雨量909.7 mm，干湿季分明，5—10月雨季降雨量占全年雨量的80%，旱季为11—4月，土壤为红壤，pH值6.6。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验土样采自海口林场1986年桉树引种第五小区，桉树保存率仅3.8%，紫茎泽兰盖度达97%[14-15]。间隔15 m选择5个土样采集点，在紫茎泽兰根际周围分0～2 cm、3～10 cm、11～30 cm、31～50 cm 4个深度采土，将各样点同一层土样混合均匀后去除枝叶、大土块及石头，装填入直径为10 cm的黑色育苗袋中，以附近无紫茎泽兰入侵的空旷地块的同一层土壤作为对照(CK)，移苗前将所有备用袋土浸透水。

桉树种子来源于国家桉树研究中心，2014年3月在海口林场苗圃播种育苗，试验时苗龄为50 d。树种为溪谷桉(E.badjensis)、冈尼桉(E.gunii)、史密斯桉(E.smithii)3种，每种桉树选择苗高及健康状况基本一致的树苗用于试验，试验前测量苗高，计算平均值。

2.2 试验方法

试验设3个小区，每种桉树每个小区5株一个重复，共4次重复，每袋移栽1株，株行距为10 cm× 20 cm。移栽后仅进行定期浇水，不施任何肥料，培育50 d时测量苗高，起苗洗净根系上泥土，用滤纸吸干表面水分后称量整株鲜重，计算平均单株鲜重。

2.3 数据统计分析

计算3种桉树苗高综合增量。根据化感效应敏感指数(RI)评估紫茎泽兰对桉树幼苗生长的化感效应，计算公式为：

RI=1-C/T(T≥C)

RI=T/C-1(T

式中，C为对照值，T为处理值，RI>0表示促进，RI<0表示抑制。所测数据均采用Excel进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同深度土样对桉树苗高生长的影响

处理50 d时对3种桉树苗高进行测量(表1)。

表1 不同深度土样中的苗高生长情况

从表1可见，3种桉树苗高在不同深度土样中的表现差异较明显，随着深度增加，苗高生长减慢，3种桉树的所有处理组及对照组表现规律是一致的。溪谷桉试验初苗高不如冈尼桉和史密斯桉，但对照组及处理组在0 ～ 2 cm深土样中苗高生长均较快，冈尼桉相对生长较慢，3种桉树在其它土层中的生长无明显规律。在处理组中，除史密斯桉在3 ～ 10 cm深土样中苗高生长低于对照外，其余处理在各深度土样中苗高生长均优于对照。综合3种桉树在不同深度土样中的苗高增量，除3 ～ 10 cm深土样中处理组苗高增量低于对照组外，其余土样中均表现为处理组明显高于对照组，0 ～ 2 cm深土样中苗高增量最高(表2)。

表2 不同深度土样中3种桉树的平均苗高增长量

3.2 不同深度土样对桉树单株鲜重生长的影响

对3种桉树平均单株鲜重进行测量(表3)。

表3 不同深度土样中的平均单株鲜重变化情况

从表3可知，3种桉树单株鲜重变化趋势在不同深度土样中与苗高变化趋势一致。相对于对照，3种桉树的处理组在0～2 cm深土样中增幅较明显，特别是冈尼桉的增幅达2倍以上。在其余土样中的增幅无规律，溪谷桉和史密斯桉的单株鲜重在3～10 cm深土样中反而低于对照，冈尼桉则无增量；3种桉树的平均单株鲜重在11～30 cm和31～50 cm 土样中均低于1 g，生长表现较弱。

3.3 桉树苗生长对紫茎泽兰化感物质的响应

统计显示,溪谷桉、冈尼桉、史密斯桉的重量生长及史密斯桉的苗高生长在3 ～ 10 cm深土样中受紫茎泽兰化感物质的抑制，化感效应敏感指数为-0.002 ～ -0.360，对溪谷桉和冈尼桉的抑制作用均较弱，对史密斯桉的生长抑制作用更强。其余土样对3种桉树的生长均表现为促进作用，但促进作用强弱在不同土样中并无规律，但总体上0 ～ 3 cm深土样更利于3种桉树的生长(表4)。

表4 化感效应敏感指数

4 结论

试验得出3种桉树在不同深度土样中的生长表现差异较明显，随着深度增加苗高及鲜重生长明显减慢。从生长情况来看，处理优于对照。紫茎泽兰化感物质对3种桉树的抑制作用并不明显，仅在3～10 cm深土样中对史密斯桉的生长抑制作用表现较强，其余土样对3种桉树的生长有微弱抑制或不同程度的促进作用。总体上表现为紫茎泽兰入侵区域土壤更有利于桉树苗的生长，特别是0 ～ 3 cm深土样。

紫茎泽兰是目前公认的有害入侵物种之一，有关其化感抑制作用已有大量研究报道，其水提液对蓝桉种子、三叶鬼针草种子萌发及滇杨插穗生根等有随浓度增加抑制作用增强的表现，紫茎泽兰地上部分所释放的气态物质随浓度的增加也会对杉木种子萌发产生抑制[16-19]。但采用堆沤7 d后的紫茎泽兰粉碎物做基质培育冬樱花实生苗，对种子萌发无影响[20]，通过生物堆肥发酵腐熟后的紫茎泽兰有机物可改善土壤营养成分，降解其毒性，目前可用作桉树育苗基质[21-23]。

紫茎泽兰入侵降低了土壤pH，有机碳、全氮和速效钾含量分别增加83.0%、106.9%和111.0%[24]，显著提高了根际土壤NH4+-N、NO3--N、全钾和有效钾的含量[9]。紫茎泽兰入侵后还可提高有效磷、有效钾、土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的含量，重度入侵生境中铵态氮含量最高达 53.00 mg/kg，分别是空白对照土、混生当地植物土和单一当地植物土的14.1、9.9和5.9倍，重度入侵地有机质含量高达88.96 g/kg，是裸地的11.1倍[8]。王有兵等[14]研究了紫茎泽兰枯落物对直杆桉生长的影响，结果表明枯落物基质能够促进根系的发育。

氮素形态不同，植物对其吸收量也会有所不同。有研究报道在相同氮素浓度处理下，桉树幼苗对硝态氮的吸收量显著大于对铵态氮的吸收量，在铵态氮处理下，尾赤桉对铵态氮的吸收量显著高于巨尾桉[25]。本试验中同一深度土样对不同桉树的促进或抑制作用能力有所不同，不同深度土样对3个桉树生长影响效果也有差异，这可能与树种的遗传特性、土样中抑制物质含量及氮素形态不同有关。从以上研究报道来看，紫茎泽兰入侵后可增加土壤中营养成分含量，有利于部分植物的生长。但目前的研究大部分是从单方面切入的，考虑的影响因素不够彻底，现实中紫茎泽兰对其他物种的影响机制是长效、宏观、微观的，是一个复杂的综合体，还需更深入研究。

目前在昆明部分地区已出现桉树—紫茎泽兰复合系统，该系统物种丰富度一般较低，植物层次结构简单，一旦该系统的上层结构解除，毫无疑问，紫茎泽兰将会在短时间内抢占有利空间，成为下层绝对优势种。王有兵等[26]对紫茎泽兰入侵地及附近非入侵地土壤种子库进行了研究，结果表明，紫茎泽兰具有长久性土壤种子库，其种子数量在土壤种子库中处于绝对优势，无紫茎泽兰入侵的林地也能检测到紫茎泽兰的种子。另外，紫茎泽兰在受到冻害、火灾等自然灾害损伤后，来年春天可以靠根部萌蘖进行快速更新[15]。营造乡土阔叶混交林，降低林下光照强度，提高群落物种多样性，可在一定程度上控制紫茎泽兰的发生及促进紫茎泽兰迹地植被恢复[27-28]。因此，在实施该复合系统桉树替换时，要有相应清除或控制紫茎泽兰过度发生的应急预案，避免引起不必要的生态安全事件及经济损失。今后应加强对紫茎泽兰利用方面的研究，变被动为主动，以利用的方式阻止其进一步扩散。