环境因子对三叶鬼针草与鬼针草种子萌发的影响

三叶鬼针草(Bidens pilosa)是一种入侵性较强的外来杂草,现已在我国华南地区广泛蔓延。采取野外调查与室内实验相结合的方法,研究了三叶鬼针草与土著种鬼针草(Bidens bipinnata)的繁殖特征与种子萌发特性。结果表明:与土著种鬼针草相比,三叶鬼针草的分枝能力强,分枝数量多,并能够产生数量更高、质量更轻的种子。三叶鬼针草、鬼针草的最适萌发温度分别为20～30℃、10～25℃,其萌发率均高达92.00%以上,高温(30～40℃)不利于两种杂草种子的萌发,但土著种受到的抑制作用更强。两种杂草种子均在全光处理下获得最高萌发率,除全黑暗处理外,环境光强变化对三叶鬼针草的种子萌发影响不明显,但25%弱光导致鬼针草的萌发率显著下降。轻度干旱(ρ(PEG)≤0.10 g.mL-1)对两种杂草种子的萌发影响不大,中度干旱(ρ(PEG)=0.15 g.mL-1)能够降低其种子萌发率,但相对而言,三叶鬼针草的萌发率降幅较小。两种杂草种子的萌发对pH的适应范围较广,只有pH 2.0的强酸性溶液才造成其种子萌发率显著下降。外界过高的N、P养分对两种杂草种子的萌发均产生不利影响,尤其是N素过高对土著种鬼针草种子萌发的抑制作用更强。掩埋处理能够抑制两种杂草种子的萌发,当埋藏深度达3.0 cm时,所有的种子均不能正常萌发与出苗,但在土壤表面,三叶鬼针草的萌发势要显著高于鬼针草。

五爪金龙、南美蟛蜞菊入侵对土壤化学和微生物学性质的影响

【目的】五爪金龙(Ipomoea cairica)、南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)已入侵我国华南地区并造成严重危害。本文研究了五爪金龙入侵群落、南美蟛蜞菊入侵群落与土著植物类芦(Neyraudia reynaudiana)群落内的土壤养分、土壤微生物量、土壤酶活性以及微生物群落代谢活性、碳源利用特征与功能多样性的变化规律,探讨两种外来植物入侵对土壤生态系统的影响,为揭示其野外入侵机制提供科学依据。【方法】采用野外样方法于2010年1月在广州市东郊的火炉山森林公园设置五爪金龙入侵区、南美蟛蜞菊入侵区和土著植物类芦区3类样地,测定土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物量与微生物功能多样性。【结果】1)与土著植物区相比,五爪金龙入侵区土壤有机碳、全氮、全磷以及速效氮、速效磷、速效钾含量显著提高,增幅达到60.38%230.01%;南美蟛蜞菊入侵区土壤有机碳、全氮、速效氮、速效磷含量亦显著提高,增幅达到50.54%145.52%;两种外来植物入侵区土壤C/N比显著降低,但对全钾含量的影响不明显。2)两种外来植物能够显著提高入侵地的土壤微生物量,其中五爪金龙、南美蟛蜞菊入侵区的土壤微生物量碳(Cmic)、氮(Nmic)、磷(Pmic)含量分别比土著植物区增加105.00%152.15%和61.51%138.27%,但土壤微生物量在两个入侵区之间的差异不明显;对于土壤微生物熵,南美蟛蜞菊入侵区的Cmic/Corg值显著高于土著植物区,但Nmic/Nt、Pmic/Pt值3类样地之间差异不显著。3)两种外来植物入侵显著提高土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶和纤维素酶的活性,其中南美蟛蜞菊入侵区的土壤脲酶、蛋白酶和纤维素酶活性最高,分别比土著植物区增加70.35%、21.51%和227.86%;对于蔗糖酶活性,五爪金龙、南美蟛蜞菊入侵区的增幅则分别达到322.58%和157.14%;过氧化氢酶活性各处理间的差异较小,差异均不显著。4)两种外来植物入侵能够提高土壤微生物群落的代谢活性,平均孔颜色变化率(AWCD)在整个培育周期内均表现为五爪金龙入侵区>南美蟛蜞菊入侵区>土著植物区,其中72 h的AWCD值分别为1.18、0.88和0.56,差异显著。与土著植物区相比,五爪金龙入侵区6种类型碳源的利用效率显著提高,其增幅高达75.00%162.86%;南美蟛蜞菊入侵区碳水化合物类、羧酸类和聚合物类碳源的利用率亦显著提高,其增幅分别为87.72%、41.18%和83.72%;两种入侵植物对不同类型碳源的利用程度存在一定差异,五爪金龙对羧酸类、胺类碳源的利用率显著高于南美蟛蜞菊。主成分分析显示,PC1与PC2能够解释不同入侵区土壤微生物群落碳源利用数据71.89%的总体变异,其中PC1主要受碳水化合物类、氨基酸类与聚合物类碳源的影响,PC2则主要受碳水化合物类与羧酸类碳源的制约。两种外来植物入侵对土壤微生物群落的功能多样性产生重要影响,其中入侵地土壤微生物群落的Shannon-Wiener指数(H')、Mc Intosh指数(U)、丰富度指数(S)和Simpson优势度指数(Ds)显著高于土著植物区,但两个入侵区之间的差异较小;三个处理区的Pielou均匀度指数(E)差异不明显。【结论】五爪金龙、南美蟛蜞菊两种外来植物能够改善入侵地的土壤营养环境,提高土壤肥力水平,形成对自身生长、竞争有利的微环境,从而加快入侵扩散。