全 文 ：中国生态农业学报 2009年 9月 第 17卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sept. 2009, 17(5): 847−850


* 国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目(2009CB119200)、国家自然科学基金项目(30871654)、“十一五”国家科技支撑计划课题
(2006BAD08A17)资助
** 通讯作者, E-mail: wanfangh@public3.bta.net.cn
李会娜(1980~), 女, 博士研究生, 主要从事外来植物入侵生态学研究。E-mail: lihuina0807@163.com
收稿日期: 2009-04-03 接受日期: 2009-05-13
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00847
入侵植物豚草与本地植物马唐对土壤肥力
与酶活性影响的比较*
李会娜 1,2 刘万学 2 万方浩 2** 曹远银 1
(1. 沈阳农业大学植物保护学院 沈阳 110161;
2. 中国农业科学院植物保护研究所 植物病虫害生物学国家重点实验室 北京 100094)
摘 要 通过同质园试验比较研究了外来入侵植物豚草与本地植物马唐对土壤肥力及 3 大类酶活性的影响。
结果表明: 与本地植物及空白对照相比, 豚草显著提高了入侵地的土壤有效养分含量, 特别是有效钾含量是
空白对照区和本地植物马唐区的 3.6倍和 1.3倍。与空白对照区和本地植物马唐种植区相比, 豚草种植区的土
壤酶活性亦显著提高。外来入侵植物豚草在入侵地形成新的关系过程中, 比本地植物马唐能更快地提高土壤
有效养分含量及酶活性, 从而实现较短时间内通过提高土壤肥力, 形成对自身生长有利的土壤环境来帮助其
竞争入侵。
关键词 生物入侵 外来植物 本土植物 豚草 马唐 土壤肥力 土壤酶活性
中图分类号: S562 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)05-0847-04
Comparison of impacts of invasive weed, Ambrosia artemisiifolia, and native
weed, Digitaria chinensis, on soil enzyme activity and fertility
LI Hui-Na1,2, LIU Wan-Xue2, WAN Fang-Hao2, CAO Yuan-Yin1
( 1. College of Plant Protection, Shenyang Agriculture University, Shenyang 110161, China; 2. State Key Laboratory
for Biology of Plant Diseases and Insect Pests, Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences,
Beijing 100094, China)
Abstract The soil enzyme activity and soil fertility in the invasive ragweed (Ambrosia artemisiifolia) and native weed (Digitaria
chinensis) growing-plots were analyzed and compared by the same experimental garden methods. The results show that compared to
non-vegetation and native-weed, the invasive ragweed significantly increases soil nutrient availability, especially, available K content
in the invasive ragweed plots is 3.6 and 1.3 times of those in the non-vegetation and native weed plots, respectively. Compared to
non-vegetation and native weed plots, the invasive ragweed plot has significantly higher activity of soil enzymes. In a conclusion, the
invasive ragweed (A. artemisiifolia), has a more strong capacity to improve soil available fertility and activity of soil enzyme than the
native weed (D. chinensis), which benefits its competition with native species.
Key words Biological invasion, Alien invasive plant, Native plant, Ambrosia artemisiifolia, Digitaria chinensis, Soil fertility,
Activity of soil enzyme
(Received April 3, 2009; accepted May 13, 2009)
豚草(Ambrosia artemisiifolia L.)是菊科豚草属
一年生恶性杂草, 别名艾叶破布草, 原产美国西南
部和墨西哥北部的索诺兰沙漠地区, 现已分布于美
洲、亚洲、澳洲和大西洋群岛的许多国家和地区。 大
约 20 世纪 30 年代初传入我国东南沿海, 现已扩散
到 23 个省(市), 并呈继续蔓延之势, 成为不可忽视
的世界性入侵植物[1]。由于其具有入侵和适应能力
极强的特点, 通常侵入撂荒地、住宅四周、路边以
848 中国生态农业学报 2009 第 17卷


及农田等, 并迅速排挤当地植物, 发展形成稳定的
单优势种群, 对农牧业生产造成严重危害。豚草所
产生的花粉是引起人类感染“枯草热”秋季花粉症的
主要致病原[2]。豚草的成功入侵, 与其适应能力强、
传播途径多、繁殖系数大、吸水及吸肥能力强和生
命力旺盛有关[1]。也有研究者认为豚草逃离了原产
地的天敌, 因而有许多地区从原产地引入天敌豚草
卷蛾进行控制[1,3]。此外, 豚草具有化感作用, 释放
出的多种有害物质, 对禾本科等多种植物有抑制、
排斥作用。其茎叶水浸提液对萝卜、绿豆、番茄
和大白菜等经济作物的生长也均有不同程度的抑制
作用[4]。
外来入侵植物一旦成功定居, 会通过各种途径
影响入侵地生态系统的结构与功能, 并通过改变入
侵地土壤微生态环境[5-8], 创造对自身有利的土壤环
境, 同时妨碍本地植物的正常生长, 达到入侵扩张
的目的[9,10]。外来植物燕麦(Avena barbata L.)和雀麦
(Bromus secalinus L.)入侵贫瘠土壤两年后, 与氮代
谢相关的土壤氨氧化细菌群落发生改变, 且对氮的
矿化作用和硝化作用产生显著影响[11]。然而, 关于
豚草对土壤生态的影响国内尚少见相关报道, 且之
前关于外来入侵植物的研究都是通过直接在外来植
物的入侵地采样, 野外调查不同植物土壤特性的差
异来推断入侵植物的影响[12,13]。这类研究结论的可
靠性是以不同植物土壤的初始状态一致为前提的 ,
而这一点在野外取样中通常很难保证, 因此成为该
类研究的主要缺陷。而将入侵种和土著种移栽到已
知背景的土壤中, 监测不同植物土壤特性的改变则
可以很好地解决这一问题[14]。因此, 本试验在能保
证试验初始条件一致的实验基地(同质园)进行, 并
同时种植入侵植物豚草和本地植物马唐 (Digitaria
chinensis Hornem.), 比较两者对土壤影响的差异 ,
从入侵地土壤生态环境的变化来揭示外来植物豚草
的入侵机制。
1 材料与方法
1.1 供试土壤及预处理
试验于 2007年 5月在中国农业科学院廊坊科研
中试基地进行 , 供试土壤基本特征 : 有机质 14.40
g·kg−1, 全氮 0.69 g·kg−1, 全磷 0.77 g·kg−1, 全钾
19.1 g·kg−1。分别种植外来入侵植物豚草和本地植
物马唐 , 同时 , 设置没有任何植物的空白对照区 ,
每个小区面积为 2.2 m ×2.2 m, 每个处理 5个重复,
共 15个小区, 随机区组排列。挑选大小一致、均匀
饱满的豚草和马唐种子, 4月底于温室统一育苗, 待
出苗后, 5月中旬挑选长势均匀一致健壮的幼苗移栽,
每个小区移栽 16 株, 株行距均为 55 cm。期间, 每
半月除草 1 次, 保证各小区无其他杂草生长, 适时
浇水保证土壤湿度适中。9 月下旬豚草和马唐均处
于结实后期, 进行根际土壤采样。采样深度 0~15 cm,
每个小区随机选取 3 个采样点, 每个采样点取 2 个
植株的根际土, 每小区的 6 个根际土样混为 1 个土
样。采集土样时遮荫, 避免阳光照射。挑去土样中
的根系等杂物, 将土壤带回实验室风干、粉碎, 过
20 目筛 , 装入灭菌的封口聚乙烯袋中 , 室温保存 ,
并在 1个月内测定土样养分含量和酶活性。
1.2 测定指标和测定方法
土壤 pH用电极法(WTW pH 340)测定, 水∶土
=1∶2.5(质量比); 土壤有机质用重铬酸钾法测定 ;
土壤全氮用凯氏定氮法测定; 土壤硝态氮和铵态氮
用 2 mol·L−1 KCl(土液比 1∶4)浸提, 流动分析仪测
定; 全磷和有效磷采用钼锑抗比色法测定; 全钾和
速效钾用火焰光度法测定[15]。
脲酶活性用靛酚蓝比色法测定, 酶活性以 24 h
后 1 g土中 NO3-N 的毫克数表示; 磷酸酶用磷酸苯
二钠比色法测定, 酶活性以 24 h后 1 g土中 P2O5的
毫克数表示; 蔗糖酶采用 3,5-二硝基水杨酸比色法
测定, 酶活性以 24 h后 1 g土中葡萄糖的毫克数表
示[16]。
1.3 数据分析
试验数据用 SPSS13.0 进行单因素方差分析
(Fisher’s PLSD test )和两组数据相关性分析(Pearson
2-tailed test)。
2 结果与分析
2.1 土壤肥力变化比较分析
不同处理区土壤 pH、有机质、全氮及全磷含量
无明显差异, 但入侵植物区土壤全钾含量显著低于
空白对照区和本地植物区。土壤有效养分的分析结
果表明, 豚草种植区硝态氮、铵态氮、有效磷、速
效钾含量均显著(P≤0.05)高于本地植物区及空白土
壤; 马唐种植区的铵态氮、有效钾显著高于空白土
壤, 而硝态氮显著低于空白土壤。豚草种植区的铵
态氮含量分别是空白对照区和本地植物马唐区的
1.3 倍和 1.2 倍, 有效磷含量是空白对照区和本地植
物马唐区的 1.2 倍, 有效钾含量显著高于空白对照
区和本地植物马唐区(P<0.05), 分别是二者的 3.6 倍
和 1.3倍(表 1)。
2.2 土壤酶活性比较分析
对土壤酶活性的研究(表 2)表明, 外来植物豚草
与本地植物马唐在一年内均对土壤酶活性有一定的
影响。外来植物豚草种植区土壤脲酶活性分别是本
第 5期 李会娜等: 入侵植物豚草与本地植物马唐对土壤肥力与酶活性影响的比较 849


表 1 不同处理区土壤 pH、有机质及养分含量比较
Tab. 1 Comparison of soil pH, organic matter, and nutrients contents in different treatment soils
处理
Treatment
pH
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
全氮
Total N
(g·kg−1)
全磷
Total P
(g·kg−1)
全钾
Total K
(g·kg−1)
铵态氮
NH4+-N
(mg·kg−1)
硝态氮
NO3−-N
(mg·kg−1)
有效磷
Available P
(mg·kg−1)
有效钾
Available K
(mg·kg−1)
空白对照
Non-vegetation plot
8.5±0.17a 14.40±0.60a 0.69±0.02a 0.77±0.01a 19.1±0.14a 9.3±0.80c 15.3±0.94b 7.4±0.24b 66.7±1.10c
豚草种植区
Alien-plant plot
8.3±0.12a 13.83±0.35a 0.66±0.02a 0.73±0.01a 18.5±0.04b 12.3±1.14a 19.0±1.13a 8.8±0.28a 240.7±17.95a
马唐种植区
Native-plant plot
8.5±0.06a 13.92±0.64a 0.68±0.01a 0.71±0.01a 18.9±0.03a 10.0±0.72b 9.5±0.45c 7.1±0.21b 190.7±1.63b
同列不同字母表示 5%水平差异显著 (Fisher,s LSD test), 下同。 Different letters in the same column mean significant difference at P<0.05
(Fisher,s LSD test). The same below.

表 2 不同处理区土壤酶活性比较
Tab. 2 Activities of enzymes in the different treatment soils
mg·kg−1
处理
Treatment
脲酶
Urase
磷酸酶
Phosphatase
蔗糖酶
Invertase
空白对照
Non-vegetation plot
1.96±0.02c 68.39±6.25b 2.45±0.09b
豚草种植区
Alien-plant plot
3.28±0.03a 90.08±2.15a 2.97±0.04a
马唐种植区
Native-plant plot
2.97±0.03b 71.52±5.42b 2.88±0.06a

地植物马唐种植区和空白对照区的 1.1 倍和 1.7 倍,
呈显著差异(P<0.05); 豚草种植区土壤磷酸酶活性
是马唐种植区和空白对照区的 1.3 倍; 豚草种植区
土壤蔗糖酶活性是空白对照区的 1.2 倍, 且差异显
著(P<0.05)。马唐种植区的脲酶和蔗糖酶活性也显著
高于空白对照区。
2.3 土壤有效养分和酶活性的关系
表 3 表明, 土壤有效养分含量与酶活性密切相
关。其中, 脲酶分别与硝态氮、铵态氮和速效钾呈
极显著相关 ; 磷酸酶活性与有效磷呈极显著相关 ,
说明磷酸酶活性与土壤有效磷含量关系密切; 蔗糖
酶活性与土壤硝态氮呈极显著负相关, 而与铵态氮
和速效钾呈极显著正相关。

表 3 土壤有效养分与酶活性的相关系数
Tab. 3 Correlations between soil available N, P, K and
enzyme activity
脲酶
Urase
磷酸酶
Phosphatase
蔗糖酶
Invertase
硝态氮 NO3−-N 0.925** −0.377 −0.817**
铵态氮 NH4+-N 0.724** 0.633 0.716**
有效磷 Available P 0.496 0.738** 0.407
速效钾 Available K 0.980** 0.636 0.924**
**P=0.01 水平显著相关 Significant correlations at P=0.01
(2-tailed).

3 讨论
外来入侵植物在入侵地能改变土壤微生态, 进
而形成有利于自身生长的微环境 [9,17], 而外来植物
与土著植物凋落物的质与量、根系特征、物候等生
理生态特性的差异, 可能是形成格局多样性和影响
机制复杂性的原因[18]。本研究发现, 外来入侵植物
豚草和本地植物马唐种植 1 年后均改变了土壤微生
态环境, 且同样条件下豚草对土壤的影响较马唐更
显著, 对土壤肥力尤其是有效养分的影响更大。本
地植物马唐在长期进化过程中, 已适应当地的物候
条件, 对土壤特性的影响程度和速度均较小。很多
研究表明, 外来植物入侵会提高或降低入侵地的土
壤肥力[19−21]。本试验中豚草入侵的土壤与空白土壤
相比, 硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾含量均较
高, 说明豚草可改善土壤肥力状况, 为自身生长创
造良好的环境, 以更快更多地吸收养分快速生长。
但对有机质、全氮、全磷含量无显著影响, 可能因
为试验时间较短, 仅 1 个生长季, 且整个生长期未
施加任何营养。
土壤酶活性反映了土壤各种生物化学过程的强
度和方向, 受多种因素控制。土壤酶活性的变化只
能间接表明某些营养物质的转化情况。对豚草和马
唐 1 个生长季的研究发现, 豚草种植区土壤脲酶、
磷酸酶活性均高于马唐种植区和空白对照区, 且变
化趋势与土壤有效养分含量变化趋势一致。
土壤酶活性与有效氮、磷、钾含量的变化表明,
豚草能够比马唐更快地改变种植区土壤的酶活性 ,
调节碳、氮、磷等营养元素的周转, 有利于土壤有
效养分循环利用, 创造良好的根际营养环境。虽然,
本试验只是 1 年的试验结果, 但这与作者野外调查
长沙豚草入侵地的结果基本一致(未发表), 即豚草
入侵对土壤的多种特性产生了影响。且与前人认为
豚草在入侵地有较强的吸水吸肥能力来帮助其入侵
扩张[1]的结果一致。
以上结果表明, 外来植物豚草对土壤微环境的
改变较本地植物马唐速度要快, 这可能正是该外来
种得以成功入侵的主要原因之一。今后的研究可考
虑在同质园条件下, 延长植物种植年限, 因同质园
850 中国生态农业学报 2009 第 17卷


比野外调查研究更可以保证不同植物土壤的初始状
态一致, 同时也可通过动态监测土壤特性进行纵向
比较, 并量化一定时间内不同植物引起的土壤特性
差异。这可以更全面了解外来植物与本地植物生长
对土壤特性影响的差异以及土壤在外来物种入侵过
程中扮演的角色, 为有效控制外来入侵植物提供科
学依据。
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