三裂葉蟛蜞菊入侵對土壤微生物和PH的影響

摘要：為了探究三裂葉蟛蜞菊（Wedelia trilobata）入侵對土壤微生物和pH的影響，比較了三裂葉蟛蜞菊群落內和群落外土壤細菌、放線菌和真菌的數量以及土壤pH。結果表明，與三裂葉蟛蜞菊群落外相比，群落內土壤中細菌數量、放線菌數量、細菌/真菌（B/F值）及放線菌/真菌（A/F值）均顯著降低，真菌數量卻顯著升高。三裂葉蟛蜞菊群落內土壤放線菌數量、B/F值及A/F值與土壤pH呈顯著正相關，細菌總數與土壤pH呈極顯著正相關，真菌數量卻與土壤pH呈極顯著負相關。三裂葉蟛蜞菊的入侵導致土壤發生“真菌化”，顯示土壤質量下降，可能是三裂葉蟛蜞菊形成單優群落的原因之一。

關鍵詞：三裂葉蟛蜞菊（Wedelia trilobata）；土壤；微生物；pH

中圖分類號：S154 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）11-2543-04

目前，入侵我國的外來植物共計188種，種數最多的為菊科植物，約50種[1]。入侵菊科植物中，危害較大的有紫莖澤蘭（Ageratina adenophora）、黃頂菊（Flaveri abidentis）、薇甘菊（Mikania micrantha）以及三裂葉蟛蜞菊（Wedelia trilobata）等。外來植物到達新的環境后，通過與本地植物競爭各種資源，抑制本地植物生長，并逐漸發展為單優種群落，嚴重影響原有地區的物種多樣性[2]。三裂葉蟛蜞菊原產于南美洲及中美洲地區，其環境適應性強，繁殖快，最初是以綠化環境、恢復裸地為目的引進我國，入侵后迅速侵占草地和路邊空地，影響當地植物生長，形成單優群落，表現出極強的競爭能力，給當地農、林、牧、漁等產業造成了嚴重的經濟損失及破壞[3]。到目前為止，關于三裂葉蟛蜞菊的研究主要集中在其對雜草和作物化感作用方面[4-9]。

近年來，已有學者開始關注外來入侵植物對土壤微生態環境的影響。李偉華等[10]研究認為薇甘菊的入侵使土壤pH升高，而且土壤pH和土壤微生物生物量呈顯著正相關。牛紅榜等[11]研究證實紫莖澤蘭的入侵導致土壤微生態結構出現明顯變化，細菌、放線菌含量降低；真菌含量顯著增高，微生物群落數量與土壤pH之間存在明顯相關性，并且土壤微生物類群的變化與植物可吸收養分的變化顯著相關。這些研究表明，外來入侵植物對土壤微生態環境造成了很大的影響。但三裂葉蟛蜞菊作為華南地區主要外來入侵的菊科植物，其對土壤微生物群落結構和土壤pH有何影響尚未見報道。

本研究通過研究三裂葉蟛蜞菊群落內與群落外土壤細菌、真菌、放線菌菌落數量和土壤pH等指標，旨在確定三裂葉蟛蜞菊入侵對土壤的影響程度，并對三裂葉蟛蜞菊的治理工作提供了一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域自然情況

研究區域位于廣東省珠海市北京師范大學珠海分校校園內，屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，氣候宜人。年平均氣溫22.3 ℃，最低氣溫2.5 ℃，年降雨量為1 770～2 300 mm，年平均相對濕度79%。校園綠化率較高，土壤類型為紅壤，土質相對均勻，生境差異較小。三裂葉蟛蜞菊生長呈單優種群落特征，而當地植物區植物主要以混生生長，主要以當地植物中華蕨葉（Sinopteris albofusca）、扶桑（Hibiscus rosa-sinensis）、勒杜鵑（Bougainvillea spectabilis）、百喜草（Paspalum notatum）等為主。在研究區域內，包括三裂葉蟛蜞菊群落內和三裂葉蟛蜞菊群落外兩個區。群落內以三裂葉蟛蜞菊為優勢種群，覆蓋度達95%以上；群落外無三裂葉蟛蜞菊生長，為當地植物混合生長，地表植被蓋度40%～50%。

1.2 土壤采集與保存

2012年2月16日，在北京師范大學珠海分校校園內選取三裂葉蟛蜞菊群落內和三裂葉蟛蜞菊群落外兩個樣地，每個樣地面積約為15 m×15 m，兩個樣地間距離約為2 m，光照、溫度、土壤質地等條件基本相同。在每個樣地內選取3個小樣方，面積均為1.5 m×1.5 m，3個小樣方呈“品”字形排列。在每個小樣方內采用五點取樣法用打孔器鉆取0～5 cm土層土壤，將5個土樣混勻作為一個土樣，即三裂葉蟛蜞菊群落內與群落外均得到3個混合土樣。除去土樣中的植物殘根、碎石等雜物，裝入塑料袋，封口，并作好標記帶回校工程技術學院微生物實驗室。取部分土壤樣品測定土壤含水量，土壤鮮樣用于測定微生物數量，風干過篩后的土樣用于測定土壤pH。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤中微生物類群的分析 采用稀釋平板法測定微生物數量。細菌培養采用牛肉膏蛋白胨培養基，培養溫度為31 ℃，培養時間2 d；放線菌采用高氏1號培養基，培養溫度為28 ℃，培養時間7 d；真菌培養采用馬鈴薯葡萄糖培養基，培養溫度為31 ℃，培養時間4 d。微生物計數以每克土壤中菌落數量（CFU/g）表示。

1.3.2 土壤pH的測定 土壤pH的測定選用PH6308型pH計，用1∶3水土比溶液測定。

1.4 數據分析

測定結果采用SPSS18.0統計軟件進行One-way ANVOA方差分析，并進行Duncan’s多重比較。pH與土壤微生物相關指標相關性采用Pearson法分析。顯著性水平設置為0.05，圖表中數據均用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 三裂葉蟛蜞菊入侵對土壤pH的影響

三裂葉蟛蜞菊群落內土壤pH為5.95，顯著低于三裂葉蟛蜞菊群落外的土壤pH（6.68）（圖1），表明三裂葉蟛蜞菊根系分泌物中含有大量的酸性物質，使土壤pH降低。

2.2 三裂葉蟛蜞菊入侵對土壤微生物數量的影響

三裂葉蟛蜞菊群落內與群落外之間微生物結構組成存在明顯差異（圖2）。在三裂葉蟛蜞菊群落內，細菌數量和放線菌數量顯著低于三裂葉蟛蜞菊群落外；真菌數量變化趨勢相反，表現為顯著升高。表明三裂葉蟛蜞菊的入侵不利于土壤中細菌和放線菌生長，但有利于真菌生長。

細菌數量/真菌數量（B/F值）和放線菌數量/真菌數量（A/F值）的大小能夠反映微生物群落組成結構。三裂葉蟛蜞菊群落內土壤B/F值和A/F值顯著低于三裂葉蟛蜞菊群落外（圖3），表明三裂葉蟛蜞菊的入侵對本地土壤微生物群落組成與結構造成了巨大影響。

2.3 土壤微生物數量、B/F和A/F與pH之間的相關性

由表1可知，土壤中放線菌數量、B/F和A/F指標與pH呈顯著正相關，細菌數量與pH呈極顯著正相關，而真菌數量與pH呈極顯著負相關。表明三裂葉蟛蜞菊入侵后，根部的分泌物降低了土壤pH，從而影響土壤中微生物種群數量以及種群結構。

3 小結與討論

隨著對土壤微生態系統的深入研究，外來植物入侵對土壤環境的影響越來越得到中外學者的重視[12]。土壤pH作為評價土壤質地的一個重要化學指標，它的變化直接影響土壤礦物質溶解、土壤中酶的有效活性、微生物活動強度以及植物對土壤養分的吸收[13，14]。本研究中三裂葉蟛蜞菊群落內土壤pH降低，表明三裂葉蟛蜞菊根系分泌的化感物質為酸性。而酸性物質能夠增強土壤磷的活化效應[15]，三裂葉蟛蜞菊可能就是通過這種適應性反應，以這種吸收機制促進土壤中某些難吸收成分轉化為自身容易吸收的成分，使其在生態系統中處于有利地位。

三裂葉蟛蜞菊的入侵不但改變了土壤pH，同時也影響了土壤中微生物的組成。土壤微生物參與土壤中生物化學反應，在土壤能量流動和物質循環中發揮著重要的作用[16]。三裂葉蟛蜞菊入侵本地后，土壤細菌、放線菌數量降低，而真菌數量增加，使土壤呈現“真菌化”。一般認為，土壤中細菌、放線菌數量的減少，真菌數量的增加是土壤質量降低的表現。土壤質量降低不利于其他植物在三裂葉蟛蜞菊群落內生長，但蟛蜞菊具有耐土壤貧瘠的特性，這可能是除了化感作用以外，三裂葉蟛蜞菊形成單優種群落的另一重要原因。另外，真菌具有耐酸性特點，土壤真菌菌絲體粗大，可形成網狀物，通常能專一性結合植物根系。研究表明，植物與入侵地菌根真菌結合形成共生體，使寄主植物獲得更多的土壤養分，增加入侵力，有利于自身生長，因此逐漸演替為單優種群落[5]。

外來植物的入侵會在一定程度上改變本地原有的生態平衡。有研究證實，外來入侵植物可以改變入侵地土壤的pH，進而影響植物根系周圍微生物群落的組成[11，17，18]，并且土壤pH與土壤中微生物種群數量存在明顯的相關關系。三裂葉蟛蜞菊群落內，土壤中細菌數量、放線菌數量、B/F和A/F指數均降低，而真菌數量顯著增加。通過相關性分析，土壤pH與土壤微生物種群數量之間存在明顯的相關性。放線菌數量、B/F和A/F指數與土壤pH呈顯著正相關（P<0.05），細菌總數與土壤pH呈極顯著正相關（P<0.01），表明酸性環境不利于細菌和放線菌的生長；真菌數量與土壤pH呈極顯著負相關（P<0.01），表明酸性環境有利于真菌生長，這與以往的研究相吻合[19，20]。

外來入侵物種可以通過根部分泌化感物質進入土壤，通過直接或間接的方式改變土壤微生態環境，進而改變土壤微生物群落組成和功能，提高競爭優勢[5，6]。目前，國內外通過氣象色譜-質譜連用等方法對三裂葉蟛蜞菊根系揮發油成分進行測定，分離鑒定其化感物質含有苯甲酸等有機酸，這些物質可能導致三裂葉蟛蜞菊群落內土壤pH降低[21]。而且鑒定的化感物質還含有D-檸檬烯、2，6，6-三甲基[3，1，1]-2-庚烯等，這些物質具有較強抑菌作用。三裂葉蟛蜞菊正是借助這種化感作用，不但可以抑制本地植物生長，而且通過其具有抗本地病原菌的作用，成功入侵并形成單優種群落[22，23]。

本研究采用微生物傳統的平板計數法，這種方法在分析土壤微生物結構變化方面存在一定的局限性，因為土壤中一大部分微生物種類無法通過傳統方法進行培養與分離，今后需從試驗方法上加以改進。同時，土壤酶活性和養分狀況與微生物的活動存在緊密的聯系。要全面認識三裂葉蟛蜞菊對土壤微生態環境的影響及其入侵機制，還需將土壤酶和養分作為研究的重點之一。

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