小飞蓬分泌的化感物质对伊犁河谷草原土壤养分及活性碳成分的影响

图文|可以鸭文史

?——【·引言·】——?

小飞蓬，又被称为小蓬草、加拿大蓬、飞蓬、小白酒草和祁州一枝蒿，属于菊目菊科的白酒草属植物。 作为一种世界性的杂草，小飞蓬最早起源于北美，然而在1860年被发现入侵到中国。 如今，小飞蓬已成为我国分布最广的入侵物种之一，并被列入中国外来物种侵入名单的第三批名单。

小飞蓬

因其繁殖能力强，扩散能力强，通过化感物质影响土著植物的正常生长，目前广泛分布于我国，其影响有破坏入侵地的生物多样性、土壤结构与肥力，影响农田作物生长，使农作物大量减产．

关于小飞蓬对当地土壤养分的研究很少，对土壤方面的的研究可以揭示小飞蓬入侵引起的土壤变化，包括土壤养分的变化、土壤有机质含量的变化、土壤微生物群落的变化等。

本文将通过小飞蓬对伊犁河谷托乎拉苏草原的入侵的影响，解读它对土壤养分和活性有机碳组分的影响，并且进一步的揭示小飞蓬入侵对当地土壤的影响机制。

1.研究区域概况

伊犁河谷位于新疆天山山脉西部的，是一个被山脉环绕的地区，呈喇叭口状向西张开。该地区气候属于温带大陆性气候，全年平均气温为10.4℃，日照充足。伊犁河谷是新疆地区降水最为丰富的地方，气候温和湿润。

因为该草原受到人类活动影响较少，伊犁河谷托乎拉苏草原的植物群落发育相对稳定。所以选择此地作为研究区域，并进行样地设置和土壤样品的采集。

2.研究采用野外样地实验方法：

为了研究小飞蓬入侵程度的不同对土壤的影响，将样地划分为不同群落类型。

这些类型包括本地植物猪毛蒿和糙叶矢车菊组成的群落，少量混有小飞蓬的轻度入侵群落，中度入侵群落以及小飞蓬占据优势的重度入侵群落，选择四个不同入侵程度的样地作为研究对象。 每个样地的大小为1米乘以1米，并设置了三个平行样方。 准备12个土壤剖面，并采集了72个土壤样品（具体采样点详见表1）。

采集的土样经过标记后，分为两份。 其中一份土样被冷藏保存备用，另一份则自然风干。 在去除植物残留和根系等残渣物质后，对土样进行磨碎处理，通过筛网进行筛选，得到待测样品，以便进行后续的实验分析。

通过这样的采样和处理过程，可以获取代表不同入侵程度小飞蓬群落土壤的样品，能更进一步的研究其对土壤性质和生态系统的影响。 这样的实验设计可以帮助了解小飞蓬入侵引起的土壤变化，并提供科学依据用于评估和管理该入侵物种的影响。

3.土壤理化性质测定

对土壤样品参数的测定采用了以下方法：土壤含水量采用烘干法进行测定；土壤容重使用环刀法进行测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量法进行测定；速效磷使用钼锑抗比色法进行测定；速效氮使用碱解扩散法进行测定；土壤铵态氮含量使用KCl浸提-蒸馏法进行测定等方法。

?——【·不同群落的实验结果与讨论·】——?

小飞蓬在不同入侵程度下对土壤的理化性质造成了显著影响。土壤是影响植物生长环境的主要因素之一，而植物群落组成结构和植物多样性与土壤性质密切相关。

学界一般认为，入侵植物通过其生物残体、根系结构和分泌物等形成的化感作用，影响本地植物的正常生长，从而塑造出对自身更有利的生长环境，导致其大规模扩张。

如图1所示，小飞蓬的入侵明显影响了土壤的容重。在10-20厘米土层中，三种不同入侵程度的群落相比土著群落均呈现出增加的趋势；而在20-30厘米土层中则呈现出降低的趋势。

值得注意的是，在0-10厘米土层中，轻度入侵群落与其他入侵群落表现出不同的趋势，其土壤容重降低了2%。而在30-40厘米土层中，中度入侵群落与其他入侵群落也表现出不同的趋势，其土壤容重增加了2%。

所以小飞蓬入侵对土壤的鲜重产生了显著影响，并且存在一定的差异性。在0-10厘米和10-20厘米土层中，轻度和中度入侵群落的土壤鲜重相对于土著群落呈上升趋势，平均变化幅度为2%和6%。

在20-30厘米和30-40厘米的各土层中，轻度、中度和重度入侵群落均呈现降低的趋势，三个群落的平均变化幅度分别为-11%、-1%和-5%。重度入侵群落的土壤鲜重在各土层上均低于土著群落。

综合考虑小飞蓬入侵对土壤容重的影响以及土壤颗粒间紧实度和土层间水分分布的变化，可能与小飞蓬的根系结构和其对水分需求较大有关。小飞蓬的入侵会导致土壤颗粒间的紧实度增加，影响土壤水分的分布。

小飞蓬入侵还会改变土地的PH值，在小飞蓬入侵群落的土壤pH值显著降低（P<0.01），其高低顺序为：土著群落>轻度入侵群落>中度入侵群落>重度入侵群落>7.0。

随着土层的加深，土壤pH值趋于中性，在10-20厘米和30-40厘米这两个土层中变化明显。轻度、中度和重度入侵群落在10-20厘米土层中的变化幅度最大，分别为-1.2%、-3.7%、-4.82%。

研究区的土壤呈偏碱性，而小飞蓬的入侵导致草原土壤的酸碱度发生变化，使土壤环境趋于中性。从变化程度上分析，小飞蓬轻度入侵后对土壤pH的影响随着土层的加深而增大，并且随着入侵程度的加深，影响较大的土层变为30-40厘米土层。

可能是因为小飞蓬的根系能够分泌改善碱性环境的物质，有利于土壤养分的转化和积累。这也说明随着入侵程度的加深，大部分土壤中的无机养分含量高于土著群落。

根据图2的数据显示，小飞蓬的入侵显著提高了土壤中的有机质含量（P<0.01）。在0-40厘米土层中，轻度、中度和重度入侵群落的土壤有机质含量不断增加，随着入侵程度的加深，增加的幅度也越来越大。

小飞蓬的入侵也显著地影响土壤中的速效氮含量。在各个土层中，轻度和中度入侵群落的速效氮含量低于土著群落，而重度入侵群落在0-10厘米和10-20厘米土层的速效氮含量仍然低于土著群落，但在20-30厘米和30-40厘米土层中的速效氮含量高于土著群落。

轻度、中度和重度入侵群落的速效氮含量变化幅度分别为-26%、-15%、2%。轻度和中度入侵群落在0-10厘米和10-20厘米两个土层中的速效氮含量变化幅度最大，而重度入侵群落的速效氮含量变化幅度最大的土层是20-30厘米。

小飞蓬的入侵对土壤中的硝态氮和铵态氮含量也有显著影响。轻度入侵群落在0-40厘米的四个土层中的硝态氮和铵态氮含量均显著低于相应土著群落，其平均减幅分别为-11%和-2%。

随着入侵程度的加深，中度和重度入侵群落的硝态氮和铵态氮含量会显著增加，其中中度入侵群落的平均增幅为9%和19%，重度入侵群落的平均增幅为33%和48%。中度和重度入侵群落的硝态氮含量增幅变化在0-10厘米土层最大，而轻度入侵群落的硝态氮和铵态氮含量变化幅度最大的土层是10-20厘米。

根据图3的结果可以看出，在本研究中，轻度入侵群落的微生物量碳降低幅度最大（相对于土著群落平均减幅为39%），这可能是因为小飞蓬入侵后的化感作用在一定程度上影响了微生物的活性，导致微生物量碳显著降低。

与此同时，可溶性有机碳得到积累（相对于土著群落平均增幅为180%），这也解释了为什么轻度入侵群落在各土壤土层中的无机养分均低于土著群落。

随着小飞蓬入侵程度的加深，它对土壤微生物活性的影响也会逐渐下降并最终消失，微生物量碳含量有所上升并高于土著群落，可溶性有机碳含量逐渐下降但仍高于土著群落。

?——【·结论·】——?

小飞蓬对托乎拉苏草原的入侵显著影响了土壤的无机养分。入侵后，小飞蓬提高了土壤的有机质含量。在轻度入侵群落中，土壤对无机养分的需求较大，这导致土壤中的速效氮、速效磷、速效钾、硝态氮和铵态氮含量明显降低。

而且随着入侵程度的加深，这些养分逐渐恢复，并且均高于土著群落的含量。其中，速效氮的增加并不明显，而重度入侵群落在0-10cm和10-20cm土层仍然呈现下降趋势。

小飞蓬的入侵对土壤的活性有机碳组分影响较大。在轻度入侵时，它降低了土壤的微生物活性，阻碍了易氧化有机碳的积累，导致可溶性有机碳的积累。随着入侵程度的加深，到达重度入侵群落时，对微生物量碳含量的影响逐渐消失，并且促进了土壤的微生物活性。虽然这些对易氧化有机碳含量的影响逐渐减弱，但仍然存在影响。

综合分析表明，与土著植物相比，小飞蓬植物能更有效地改善土壤的无机养分和活性有机碳组分，从而创造出有利于其生长的环境。因此，小飞蓬能够更快地获取养分并与土著植物竞争资源，使其成为优势群落。

参考文献：

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