金鐘藤與掌葉魚黃草水浸液對土壤養(yǎng)分和酶活性的影響

縱熠等

摘 要 近年來金鐘藤在海南地區(qū)擴(kuò)散蔓延成災(zāi)，已嚴(yán)重威脅著生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能。為揭示本地有害植物金鐘藤對土壤生態(tài)的影響機(jī)制，比較研究金鐘藤與同屬本地植物掌葉魚黃草鮮枝葉不同濃度（0.5、0.25 、0.125、0 g/mL）的水浸液對土壤理化性質(zhì)及3大類酶活性的影響。結(jié)果表明：隨濃度的增加，金鐘藤水浸液顯著提高了土壤pH和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀的含量以及蔗糖酶、尿酶和磷酸酶的活性，但對土壤全鉀含量沒有顯著影響；隨濃度的增加，掌葉魚黃草水浸液也顯著提高了土壤有效養(yǎng)分的含量以及蔗糖酶和磷酸酶的活性，但對土壤全鉀含量和尿酶活性影響不顯著。與掌葉魚黃草水浸液相比，金鐘藤水浸液對土壤pH值、全磷、銨態(tài)氮、有效磷的含量和尿酶活性的影響更為顯著，在最高濃度0.5 g/mL下，經(jīng)金鐘藤水浸液處理的土壤全磷、銨態(tài)氮、有效磷和尿酶含量分別是掌葉魚黃草水浸液處理的1.13、1.52、1.31、2.19倍；在0.25 g/mL濃度下，分別是掌葉魚黃草水浸液處理的1.06、1.51、1.26、1.88倍；在0.125 g/mL濃度下，分別是掌葉魚黃草水浸液處理的1.07、1.64、1.23、1.39倍。土壤養(yǎng)分和酶活性的改善可能為金鐘藤的生長提供有利條件，使得其在與本地植物的競爭中獲得優(yōu)勢，這可能是其能夠成功入侵新區(qū)域和快速擴(kuò)散蔓延的生態(tài)機(jī)制之一。

關(guān)鍵詞 金鐘藤；化感作用；土壤理化性質(zhì)；土壤酶活性；成災(zāi)機(jī)理

中圖分類號 S45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

Effects of Aqueous Extracts of Merremia boisiana and Merremia vitifolia on Soil Nutrient Contents and Enzyme Activity

ZONG Yi1，2， HUANG Qiaoqiao1， LI Xiaoxia1， FAN Zhiwei1*， SHEN Yide1*

1 Environment and Plant Protection Institute，Chinese Academy of Topical Agricultural Sciences/Key

Laboratory of Integrated Pest Management on Tropical Crops，Ministry of Agriculture/Danzhou

Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment，Ministry of Agriculture/Hainan

Key Laboratory for Monitoring and Control of Tropical Agricultural Pests/Hainan Engineering Research

Center for Biological Control of Tropical Crops Diseases and Insect Pests，Haikou，Hainan 571101，China

2 College of Environment and Plant Protection，Hainan University，Haikou，Hainan 570228，China

Abstract In recent years， the spread and explosion of Merremia boisiana in Hainan has significantly threatened biodiversity and ecosystem functioning. The influence of different concentration of aqueous extracts of M. boisiana and M. avitifolia on soil chemical properties and three categories of enzyme activities was analyzed and compared for exploring the impacts of native harmful plant M. boisiana on soil ecology. The results showed that with the increase in the concentration，the aqueous extracts of M. boisiana increased the soil pH，soil organic matter，total nitrogen，total phosphorus，ammonium nitrogen，nitrate nitrogen，available phosphorus，available potassium content and the activities of sucrase，urease and phosphatase，but did not affect total potassium content. With the increase in the concentration，the aqueous extracts of M. vitifolia also increased the content of soil available nutrients and the activities of sucrase and phosphatase，but had no significant effect on soil total potassium content and the activity of urease. Compared with the aqueous extracts of M. vitifolia，the aqueous extracts of M.boisiana had more significant effects on soil pH，total phosphorus，ammonium nitrogen，available phosphorus content and the activities of urease. At the highest concentration（0.5 g/mL），total phosphorus，ammonium nitrogen，available phosphorus， and urease content in soil with the aqueous extracts of Merremia boisiana were 1.13，1.52，1.31 and 2.19 times of those in soil with the aqueous extracts of Merremia vitifolia. At the concentration of 0.25 g/mL，total phosphorus ammonium nitrogen，available phosphorus， and urease content in soil with the aqueous extracts of Merremia boisiana were 1.06，1.51，1.26 and 1.88 times of those in soil with the aqueous extracts of Merremia vitifolia. At the concentration of 0.125 g/mL total phosphorus，ammonium nitrogen，available phosphorus，and urease content in soil with the aqueous extracts of Merremia boisiana were 1.07，1.64，1.23 and 1.39 times of those in soil with the aqueous extracts of Merremia vitifolia. The improvement of soil nutrients may provide favorable conditions for the growth of M. boisiana and it could also promote its advantage when competing with native plants. This may be one of the ecological mechanisms underlying its

invasion success and rapid expansion.

Key words Merremia boisiana；Allelopathy；Soil physical and chemical properties；Activity of soil enzyme；Mechanism of explosion

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.012

金鐘藤[Merremia boisiana（Gagnep.）Oostr.]為旋花科魚黃草屬多年生木質(zhì)大型藤本植物，又名多花山豬菜[1]。金鐘藤原產(chǎn)于中國的海南、云南、廣西及越南、印尼等國。在海南，金鐘藤幾乎遍布整個島嶼，其地上莖通過伸長和分枝生長可迅速覆蓋生境，危害較大的連片面積可達(dá)10 hm2以上[2]。金鐘藤擴(kuò)散到廣州地區(qū)已造成了嚴(yán)重的生態(tài)危害，毀滅了大面積的森林植被[3]。金鐘藤在海南蔓延擴(kuò)散遍及全島無疑是有別于“金鐘藤在原產(chǎn)地生態(tài)系統(tǒng)中由于存在天敵因素而不會蔓延擴(kuò)散”的論點(diǎn)，這或許是因?yàn)槠湓a(chǎn)地尚無致死天敵出現(xiàn)。由此可見，金鐘藤無論是在其原產(chǎn)地或原分布中心，抑或是新的分布地，都會蔓延擴(kuò)散成災(zāi)，顯然是一個惡性物種，并且在原產(chǎn)地也表現(xiàn)出入侵性[4]。

植物通過淋溶、揮發(fā)、凋落物及殘體分解、根系分泌等方式向環(huán)境中釋放化感物質(zhì)，而入侵植物多具有較強(qiáng)的化感作用。金鐘藤的水提取物能抑制菜苔（Brassica parachinensis）種子萌發(fā)，其濃度越高，抑制作用越強(qiáng)；其不同器官水提取物的抑制強(qiáng)弱表現(xiàn)為葉>莖>根，這顯示金鐘藤可能會有更為豐富的化感物質(zhì)[5]。李曉霞等[6]也證實(shí)金鐘藤葉脂溶性成分中確實(shí)含有化感作用的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)絕大多數(shù)最終都要進(jìn)入土壤，并通過改變?nèi)肭值赝寥郎鷳B(tài)環(huán)境[7-10]，創(chuàng)造對自身有利的土壤環(huán)境，同時妨礙本地植物的正常生長，達(dá)到入侵?jǐn)U散的目的。本研究以本地植物金鐘藤與其同屬非災(zāi)變植物掌葉魚黃草[Merremia vitifolia（Burm. f.）Hall. f.]為研究對象，揭示其化感作用對土壤生態(tài)環(huán)境的影響，為該物種蔓延成災(zāi)的評估提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時為其成功入侵機(jī)制的探索提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料采集 于2013年7月在海南大學(xué)儋州校區(qū)周圍采集金鐘藤和掌葉魚黃草鮮枝葉，用自來水快速沖洗2～3次；土壤采集于無植物生長的裸土，供試土壤基本特征：有機(jī)質(zhì)11.79 g/kg，全氮0.65 g/kg，全磷0.12 g/kg，全鉀25.36 g/kg。

1.1.2 水浸液制備 分別稱取2 500 g金鐘藤新鮮莖葉和2 500 g掌葉魚黃草新鮮莖葉，用剪刀分別將2種植物的莖葉剪碎（<2 cm），再分別用5 L超純水浸泡24 h后過濾，以濾液為母液制作3種濃度（0.5、0.25、0.125 g/mL）的金鐘藤水浸液和掌葉魚黃草水浸液。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計 去除土壤中的大顆粒礫石等雜質(zhì)，過2 mm篩，分裝于28個花盆中（上口直徑13 cm，下口直徑10 cm，高11 cm）。于2013年8月分別用由金鐘藤和掌葉魚黃草鮮枝葉各自制備好的水浸液（3種濃度）處理土壤，以噴施等量超純水為對照，每4個花盆噴灑同一濃度的水浸液（100 mL/盆），共7個處理4個重復(fù)，每周處理一次，所有花盆均置于溫室大棚中。30 d后，采集土壤樣品進(jìn)行測定。將采集的土壤分為2部分，第一部分約5 g，先分別稱重，然后放入105 ℃烘箱中，用于土壤含水量的測定；將第二部分風(fēng)干，過60目篩，稱取約500 g于室溫保存，用于土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性測定分析。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法 （1）土壤養(yǎng)分含量測定。土壤pH值用電極法；土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法；土壤總氮用開氏法；土壤銨態(tài)氮含量采用氯化鉀浸提-靛藍(lán)吸光光度法；土壤硝態(tài)氮含量采用氯化鉀浸提-紫外分光光度法；土壤全磷和有效磷采用鉬銻抗比色法；土壤全鉀和速效鉀采用火焰光度法[11]。

（2）土壤酶測定。各土壤酶活性測定均參照關(guān)松蔭[12]的方法，土壤蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法，酶活性以24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克數(shù)表示；土壤脲酶活性測定采用檸檬酸鹽比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示；土壤磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法，使用pH為7.0的檸檬酸鹽緩沖溶液，酶活性以24 h后1 g土壤中P2O5的毫克數(shù)表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析均采用統(tǒng)計軟件SPSS16.0，將土壤養(yǎng)分、土壤酶活性數(shù)據(jù)作單因素方差分析及Duncans多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 金鐘藤和掌葉魚黃草水浸液對土壤養(yǎng)分的影響

金鐘藤和掌葉魚黃草不同濃度水浸液對土壤養(yǎng)分含量的影響見圖1。隨濃度的增加，金鐘藤水浸液顯著提高了土壤pH和土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的含量，其中在最高濃度0.5 g/mL處理下，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量分別是對照組的1.68、1.22、1.5倍；金鐘藤水浸液處理對全鉀含量沒有顯著影響。在掌葉魚黃草水浸液最高濃度0.5 g/mL處理下，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量分別是對照組的1.57、1.18、1.33倍，對全鉀含量沒有顯著影響，但中低濃度水浸液處理下的全鉀含量要高于高濃度處理下的全鉀含量，并且在中濃度0.25 g/mL處理下，全鉀的含量達(dá)到最大值，顯著高于對照組。在最高濃度0.5 g/mL處理下，金鐘藤水浸液處理的土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量都高于掌葉魚黃草水浸液處理的土壤，且兩者pH值和全磷含量差異顯著。

2.2 金鐘藤和掌葉魚黃草水浸液對土壤有效養(yǎng)分的影響

金鐘藤和掌葉魚黃草不同濃度水浸液對土壤有效養(yǎng)分含量的影響見圖2。隨濃度的增加，金鐘藤水浸液顯著提高了土壤銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀的含量，其中在最高濃度0.5 g/mL處理下，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量分別是對照組的3.90、1.15、3.25、4.41倍。在掌葉魚黃草水浸液最高濃度0.5 g/mL處理下，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量分別是對照組的2.57、1.10、2.48、4.19倍。在最高濃度0.5 g/mL處理下，金鐘藤水浸液處理的土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量都高于掌葉魚黃草水浸液處理的土壤，且兩者銨態(tài)氮和有效磷含量差異顯著；而速效鉀含量差異并不顯著，但是在中、低濃度下掌葉魚黃草水浸液處理的土壤速效鉀含量明顯比金鐘藤水浸液處理的土壤高。

2.3 金鐘藤和掌葉魚黃草水浸液對土壤酶活性的影響

金鐘藤和掌葉魚黃草不同濃度水浸液對土壤酶活性的影響見圖3。金鐘藤水浸液對所測的3種土壤酶活性產(chǎn)生了不同程度的影響；隨著水浸液濃度的增加，蔗糖酶、尿酶和磷酸酶含量均呈增大的趨勢，其中，在水浸液濃度分別是0.5、0.25、0.125 g/mL時，蔗糖酶較對照分別提高了170%、75%、34%，尿酶較對照分別提高了94%、67%、39%，磷酸酶較對照分別提高了35%、26%、13%。掌葉魚黃草水浸液對所測的3種土壤酶活性也產(chǎn)生了不同程度的影響；在掌葉魚黃草水浸液濃度分別是0.5、0.25、0.125 g/mL時，蔗糖酶較對照分別提高了148%、108%、29%，磷酸酶較對照分別提高了39%、38%、10%，而對尿酶活性的影響不明顯。可見金鐘藤3個濃度水浸液處理的土壤尿酶含量與掌葉魚黃草3個濃度水浸液處理的土壤差異顯著。

3 討論與結(jié)論

土壤養(yǎng)分是影響植物生長的關(guān)鍵因素，探討入侵植物對其入侵地土壤養(yǎng)分循環(huán)是否有影響，對全面評估入侵植物對自然生態(tài)系統(tǒng)造成的影響有重要指導(dǎo)作用[13]。入侵植物對土壤養(yǎng)分循環(huán)過程的影響有3種不同的格局，分別是增加、減少和無影響3種效應(yīng)[14]。研究表明，很多植物都具有改變土壤微生態(tài)系統(tǒng)的功能，如入侵美國的鹽生草（Halogeton glomeratus）顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮和全磷含量[15]；Paul等[16]研究發(fā)現(xiàn)斑點(diǎn)矢車菊（Centaurea maculosa）的入侵顯著改變了土壤C、N庫；牛紅榜等[17]研究表明，紫莖澤蘭顯著提高了土壤養(yǎng)分含量，為自身的生長創(chuàng)造了有利的土壤環(huán)境。陸建忠等[18]將野外調(diào)查和移栽實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)加拿大一枝黃花的入侵提高了土壤總碳庫、總氮庫和有機(jī)質(zhì)庫，卻降低了土壤銨氮庫和硝氮庫，為自身創(chuàng)造了更有利于生長的條件。本研究表明，金鐘藤水浸液顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀的含量；且同樣條件下，金鐘藤水浸液對土壤部分指標(biāo)影響較掌葉魚黃草水浸液更顯著，土壤養(yǎng)分的改善可能為金鐘藤的生長提供有利條件，使得其在與本地植物的競爭中獲得優(yōu)勢。隨著濃度的增大，2種浸提液也使土壤pH值增大，pH值越高，表明其凋落物分解所產(chǎn)生的酸性物質(zhì)越少，有利于土壤酶的作用及土壤養(yǎng)分的保存和積累[19]。隨濃度的增加，2種水浸液并沒有明顯增加土壤全鉀含量，但卻增加了速效鉀的含量，這可能與土壤本身具有較高含量的全鉀有關(guān)；隨著水浸液濃度的增大，土壤中較多的全鉀被轉(zhuǎn)換成了速效鉀。

土壤中一切的生化反應(yīng)都是在土壤酶的參與下完成的，土壤酶活性是反映土壤生物活性和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[20]。在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，土壤酶積極參與土壤中各物質(zhì)的形成與轉(zhuǎn)化，土壤酶對土壤養(yǎng)分的循環(huán)代謝起著十分重要的作用[21]。相關(guān)研究表明，土壤脲酶是催化土壤有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)氮的酶類，它往往與土壤氮素具有正相關(guān)關(guān)系[11]；蔗糖酶對土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化具有很重要的作用[22]；土壤磷酸酶能夠酶促酯-磷酸鹽鏈的水解性裂解，與土壤磷素養(yǎng)分之間往往具有正相關(guān)關(guān)系[23-24]。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤蔗糖酶、尿酶和磷酸酶的活性均隨著金鐘藤水浸液濃度的提高而增大，這與他人研究結(jié)果相一致[25-26]，且其變化趨勢與土壤養(yǎng)分含量變化趨勢一致。隨著濃度的增大，掌葉魚黃草水浸液也顯著提高了土壤蔗糖酶和磷酸酶的活性，但對尿酶活性并沒有顯著的影響，這可能是由掌葉魚黃草本身的化感物質(zhì)造成的；而由金鐘藤3個濃度水浸液處理的土壤尿酶含量與掌葉魚黃草3個濃度水浸液處理的土壤差異顯著?？梢娡寥鲤B(yǎng)分和土壤酶通過互作形成了適合入侵植物自身生長的土壤微環(huán)境。

土壤酶活性及有效氮、磷、鉀含量的變化表明，金鐘藤較掌葉魚黃草改變土壤酶的活性更顯著，其通過提高土壤有效養(yǎng)分含量及其循環(huán)利用率，為自身創(chuàng)造良好的根際營養(yǎng)環(huán)境，這可能正是金鐘藤得以擴(kuò)散蔓延的主要原因之一。今后可以研究當(dāng)金鐘藤和掌葉魚黃草改變土壤性狀之后對其自身和其他植物生長及它們之間競爭能力的影響，這樣可以更全面地了解入侵植物與非入侵植物生長對土壤特性影響的差異，以及土壤在植物入侵過程中所扮演的角色，為有效控制入侵植物擴(kuò)散蔓延提供理論依據(jù)。

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