从生态化学计量学的角度初探五爪金龙（Ipomoea cairica）的入侵机制

五爪金龙（Ipomoea cairica）是一种入侵性极强的外来杂草,在我国华南地区已造成严重危害。前人从传粉、种子萌发特性、再生能力、光能利用能力、土壤肥力利用等方面,对五爪金龙成功入侵华南地区进行研究,文本旨在从生态化学计量学的角度,进一步揭示五爪金龙成功入侵华南地区的机制。本研究通过对华南农业大学校园内10个五爪金龙严重入侵样地进行调查,收集样方中（0.5 m2）的全部植物样品,及植物所在样地20 cm表层土,调查五爪金龙的常见伴生种,测定五爪金龙及伴生种的含水率、叶绿素 SPAD 值,生物量、以及植物、土壤样品的 C、N、P、K 含量,并计算得出植株及土壤的化学计量学指标。结果表明,五爪金龙常与本地种鸡矢藤（Paederia scandens）形成共生群落,共生群落中五爪金龙和鸡矢藤的生物量比值稳定,在5？1~6？1间波动。共存群落中,五爪金龙植株的N、P、K质量分数显著高于鸡矢藤,但C质量分数、w（C）/w（N）、w（C）/w（P）则显著低于鸡矢藤。更有趣的是,共存群落中五爪金龙与鸡矢藤的生物量比值与土壤全量w（N）/w（P）、速效（N）/w（P）呈显著正相关关系,既在五爪金龙生物量在共生群落中的优势程度,随土壤 w（N）/w（P）在5？1~15？1这个范围内的提高而提高。此外,在五爪金龙严重入侵的样地中,五爪金龙植株w（C）/w（P）、w（C）/w（P）、w（N）/w（P）、w（N）/w（K）、w（P）/w（K）等化学计量学特征相比鸡矢藤,也与土壤对应化学计量学特征更为接近。以上4个结果暗示着,在五爪金龙可入侵新样地时,可能通过改变入侵地土壤矿质元素比例,使其更加适合自身吸收,从而促进其成功入侵。本研究将为解释五爪金龙入侵机制提供新的理论参考。     

土壤水分对外来入侵植物五爪金龙植株表型可塑性和化感作用的影响

外来入侵植物五爪金龙（Ipomoea cairica）对华南地区的生态环境造成严重危害,表型可塑性可增强外来物种的入侵能力。本文通过盆栽试验研究土壤含水量为10%、20%和30%对外来入侵植物五爪金龙种子萌发、植株表型可塑性和化感作用的影响,探讨五爪金龙对土壤水分变化的响应机理,为进一步了解五爪金龙的入侵机理和提高对入侵种的预警和控制能力提供理论依据。结果表明,（1）在土壤含水量为10%,20%和30%条件下,五爪金龙种子的萌发率分别为15.2%、36.4%和33.6%。五爪金龙种子的萌发率随土壤含水量的增加而增加,尤其是在土壤含水量为30%时,五爪金龙种子萌发率最高。（2）土壤含水量为10%、20%和30%时,五爪金龙植株的总生物量分别为0.88、2.26和2.42 g。与土壤含水量为10%相比,土壤含水量为20%和30%条件下五爪金龙的总生物量分别增加了156.8%和175.0%,表明土壤水分增加显著增加了五爪金龙的总生物量。土壤含水量增加显著增加了五爪金龙的叶面积、叶生物量比、比叶面积和茎长,同时减少了根生物量比和根冠比,而对茎生物量比无显著影响。（3）相同浓度的五爪金龙水浸提液对受体植物莴苣（Lactuca sativa）和萝卜（Raphanus sativus）根长和苗高生长的化感抑制作用随着土壤含水量的减少而增强。研究表明：五爪金龙通过改变生物量分配模式和化感潜力对土壤水分变化有一定的适应能力。     

外来植物紫茎泽兰入侵对根际土壤有益功能细菌群、酶活性和肥力的影响

通过对紫茎泽兰不同入侵阶段下的实地采样,分析了外来入侵植物紫茎泽兰对入侵地根际土壤有益微生物菌群和土壤酶活性以及肥力的影响。发现除了全磷、全钾以外,重度入侵土壤的功能菌数量、酶活性、土壤肥力都要显著高于其它土壤区系。根际土中有机磷细菌差异最显著,其重度入侵土中的含量是轻度入侵土中含量的3.0倍,是当地植物土中含量的1.8倍,是空白地区含量的22.2倍。同时,土壤微生物类群、土壤酶活与土壤肥力的相关分析表明,它们之间存在显著相关关系,自生固氮菌与全氮相关性最明显,为0.922。外来植物对入侵地的影响是其入侵力和生态系统可入侵性的重要组成部分,紫茎泽兰入侵提高了土壤功能菌种群和土壤酶活,从而使土壤肥力也发生了相应的变化,这可能促进其养分转化吸收,提高种群竞争力。本文为紫茎泽兰成功入侵的土壤微生物学机制提供理论依据。     

少花蒺藜草对科尔沁沙地土壤氮转化效应的研究

外来入侵植物会影响入侵地土壤氮库结构,研究外来植物与土壤氮转化的关系可以为揭示其入侵机制提供理论依据。以中国北方农牧交错带大面积发生的入侵植物少花蒺藜草为研究对象,选取裸地及本土植物鹅观草样地作为对照,研究少花蒺藜草入侵与外源氮对土壤氮转化速率的影响,以期从土壤氮转化速率的角度探讨少花蒺藜草的入侵机制。结果表明:与裸地及本地植物鹅观草样地相比,少花蒺藜草入侵地土壤氮净矿化速率增加;在分蘖期前(6-7月),土壤硝化速率增加、氨化速率降低;自分蘖开始至枯萎(8-10月),土壤硝化速率降低、氨化速率增加。添加NH_4~+-N或NO_3~--N对整体的氮转化速率水平有影响,并使分蘖期后少花蒺藜草入侵地的氮矿化速率降低,但不改变分蘖前后三样地间硝化和氨化速率的大小关系。与净硝化速率及净氨化速率的关联性大小顺序为:添加外源氮处理少花蒺藜草入侵交互效应。与净矿化速率的关联性大小顺序为:添加外源氮处理交互效应少花蒺藜草入侵。添加外源氮更有利于裸地及本地植物鹅观草样地的氮矿化作用。少花蒺藜草在低氮素含量环境中表现出的生长优越性揭示了其适应沙质草地生态系统的一种入侵机制。     

紫茎泽兰与不同植物群落土壤养分及酶活性差异

为了研究紫茎泽兰(Ageratina adenophora Sprengel)与不同植物群落土壤养分及酶活性间的差异,解析不同植物群落抵御紫茎泽兰入侵的生态机制,选取紫茎泽兰不同入侵程度(重度入侵群落、轻度入侵群落、未入侵群落)和不同功能型植物群落样地(禾本科植物群落、双子叶植物群落),测定其植物群落土壤养分和酶活性变化,并对土壤酶活性与土壤养分进行相关性分析。结果表明,紫茎泽兰入侵显著增加了土壤中全氮含量,降低了全磷、全钾含量,土壤中有效养分硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量显著增加,重度入侵群落的土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量显著大于未入侵群落的,是双子叶植物群落的2.29、2.28、8.13、4.01倍,禾本科植物群落的7.73、3.22、6.91、5.12倍。紫茎泽兰入侵显著提高了入侵区植物群落土壤中脲酶、磷酸酶和蛋白酶活性,重度入侵群落土壤脲酶活性是禾本科群落的3.49倍,磷酸酶活性是双子叶群落的1.65倍,蛋白酶活性是双子叶群落的2.31倍。土壤养分含量与酶活性密切相关,土壤脲酶活性与土壤全氮、硝态氮、铵态氮、全钾和速效钾显著正相关,与全磷显著负相关;土壤磷酸酶、蛋白酶活性与土壤全氮、硝态氮、铵态氮、速效钾和有效磷显著正相关,与全磷含量显著负相关。与不同植物群落相比,紫茎泽兰能更好改变土壤养分的供求平衡,这种改变可使紫茎泽兰在入侵过程中处于优势地位,植物群落间土壤酶活性差异可能是驱动土壤养分变化的重要因子。外来入侵植物紫茎泽兰通过影响土壤酶活性来改变入侵生境土壤养分的供求平衡可能是其成功入侵的生态机制之一。     

三江平原典型小叶章湿地土壤中硝态氮水平运移的模拟研究

选择三江平原小叶章湿地不同水分带上草甸沼泽土和腐殖质沼泽土2种土壤类型作为研究对象，以KNO3为示踪剂，模拟研究硝态氮在湿地土壤中的水平运移过程。结果表明，2种土壤各土层硝态氮水平运移浓度和速率均与运移距离呈极显著负相关（P〈0．01），并随运移距离增加呈一阶指数衰减曲线变化，各土层硝态氮水平运移速率主要受浓度梯度、水势梯度及土壤基质势的控制；土壤各土层中硝态氮水平运移速率与土壤含水量呈显著正相关（P〈0．05），并随土壤含水量增加呈指数增长曲线变化；土壤各土层中硝态氮水平运移浓度与土壤水分扩散率呈极显著正相关（P〈0．01），0—20cm土层硝态氮水平运移浓度随水分扩散率升高呈Boltzmann曲线变化，其他土层则呈指数增长曲线变化；草甸沼泽土比腐殖质沼泽土相应土层更利于硝态氮的水平运移，这主要与土层颗粒组成和孔隙度等物理性质的显著差异有关，而湿地水文条件可能对2种土壤物理性质的塑造有着重要影响。     

围封对荒漠草原土壤微生物数量及其酶活性的影响

以鄂尔多斯高原温性荒漠草原为对象,对比研究了放牧和围封条件对草原植物地下生物量、土壤有机质、土壤微生物数量及酶活性的影响,旨在为干旱区退化草地的恢复与重建提供科学依据。结果表明,(1)与放牧区相比,围封显著增加了表层土壤(0~10 cm)草地植物地下生物量23.81%,极显著增加了次表层土壤(10~20 cm)草地植物地下生物量37.21%,而对土壤有机质含量无显著影响。(2)围封极显著提高了表层土壤真菌种群数量71%,次表层土壤细菌种群数量147%,显著提高了底层土壤(20~40 cm)真菌164%和表层、次表层土壤放线菌种群数量56%和8.9%。(3)围封区的次表层土壤脲酶活性显著增加了31.13%,表层土壤蔗糖酶活性显著降低了24.14%,表层土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性分别显著提高了16.59%和11.76%。(4)围封与放牧条件下,各指标相关性表现不尽一致;放牧条件下,放线菌种群数量与各指标相关性均不显著(P0.05),而在围封下,放线菌与真菌种群数量及碱性磷酸酶活性无显著相关性(P0.05),与其他指标均表现出显著(P0.05)或极显著(P0.01)正相关关系,相关系数达68%以上;放牧条件下,真菌种群数量与4种土壤酶活性均呈极显著(P0.01)正相关关系,相关系数在84%以上,而围封条件下,其与4种酶活性均呈显著正相关关系(P0.05)。     

带状皆伐对长白落叶松林草本多样性和土壤养分的影响

以临江林业局的长白落叶松人工林带状皆伐迹地为研究对象,分别在皆伐带宽度为20 m、30 m、40 m的带状皆伐迹地设置样地,在附近未采伐林分设置对照样地,对样地进行林下草本层多样性调查和土壤化学性质测定.结果表明:(1)样地调查中记录到草本植物71种,隶属33科66属,皆伐后草本植物数量明显增多,其中20 m皆伐带最多达到38种.且对照样地与皆伐样地呈中等不相似,说明其生境不同,草本植物种类也不尽相同;(2)对于物种多样性来说,20 m皆伐带Pielou均匀度指数最高,Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和物种丰富度均是皆伐带样地高于对照样地,其中20 m皆伐带最高,并显著高于对照样地(P 0.05);(3)在土壤化学性质的对比分析中,土壤呈弱酸性,土壤全磷、全钾、全氮和有机质在0-10 cm土层含量显著高于10-20 cm和20-40 cm土层(P 0.05).同时,20 m皆伐带土壤全磷、全钾、全氮和有机质含量最高并显著高于对照样地(P 0.05);(4)土壤养分与草本植物物种多样性的相关分析显示物种丰富度与土壤全磷和土壤有机质呈显著正相关(P 0.05),与土壤pH值呈显著负相关(P 0.05),而Pielou均匀度指数与全氮呈显著负相关(P 0.05).综上所述,长白落叶松人工林带状皆伐后草本层物种数量增加,物种多样性提高,土壤养分显著增加. 3种皆伐带宽度以20 m物种多样性最丰富,并且最有利于土壤养分的提高.(表6参39)     

外来入侵植物紫茎泽兰对植物多样性的影响

采用样方法调查了云南省和四川省5个受紫茎泽兰入侵的样地中草本植物和灌木的种类和数量,分析了其物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数.结果表明,5个样地采得本地植物87种,其中常见本地植物32种,隶属19科31属.紫茎泽兰入侵造成5种生境条件下物种丰富度指数下降显著或极显著.除样地d外,其他样地紫茎泽兰入侵的样方Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数下降显著或极显著.而紫茎泽兰入侵对Pielou均匀度指数的影响则没有表现出明显的规律.不同生境条件下,植物群落的季节变化有所不同,以一年生草本植物为主的群落,其多样性指数和均匀度指数下降趋势较以多年生草本植物和灌木为主的群落更为明显.     

衡阳紫色土丘陵坡地自然恢复过程中微生物量碳动态变化

以典型的衡阳紫色土丘陵坡地植被不同恢复阶段为研究对象,采用空间代替时间序列方法,选用立地条件基本相似的裸荒地、草本群落、灌木群落和乔木群落等4类典型样地,分别代表群落演替进程中4个不同的演替阶段,通过调查取样和实验分析,探索不同演替阶段土壤微生物量碳（MBC）的大小与活性。结果表明：（1）土壤有机碳（SOC）与MBC呈先下降后增大的趋势,其差异在各演替阶段达显著水平（P〈0．05）,SOC与MBC呈现显著正相关关系（P〈0．05）;（2）微生物熵（MQ）与代谢熵（qC02）呈显著负相关关系（P〈0．05）,随着演替的进行,MQ整体上呈现出下降趋势,各演替阶段其值的差异达显著水平（P〈0．05）;（3）MQ与MBC呈极显著负相关（P〈0．01）,并随着演替的进行,呈现出先升后降的变化趋势,各演替阶段qCO2的差异达显著水平（P〈0．05）;（4）在演替初期,土壤有效基质逐渐降低,而在演替后期有效基质不断增加,此有利于SOC与MBC的提高,有利于土壤肥力的提高。研究结果将丰富该地区植物生态学与恢复生态学的内容,为衡阳紫色土丘陵坡地生态系统的恢复与重建提供了重要依据。     

五爪金龙凋落叶腐解物的化感潜力研究

采用莴苣种子为受体,测试了五爪金龙凋落叶早期腐解物的化感作用,并与其鲜叶及凋落叶的化感潜力进行了比较分析。结果如下:凋落叶40d的腐解物、鲜叶及凋落叶的水提取液均具有较强的化感潜力,并表现出低促高抑的浓度效应,在FW0.1g﹒mL-1高质量浓度下的综合化感抑制强度为凋落叶未能加土壤的腐解物>鲜叶>凋落叶加土壤的腐解物>凋落叶,而在FW0.005g﹒mL-1低质量浓度下的综合化感促进作用是凋落叶>鲜叶>凋落叶加土壤的腐解物>凋落叶未加土壤的腐解物。鲜叶的抑制强度较凋落叶的大,表明叶片在衰老过程中抑制作用减弱。凋落叶未加土壤仅在空气微生物作用下的腐解物抑制作用最强,促进作用最小,而加入土壤后在土壤微生物作用下的腐解物的抑制作用却有所减弱,抑制强度介于鲜叶和凋落叶的之间,促进作用却小于鲜叶和凋落叶,说明凋落叶腐解过程中微生物的参与对化感作用产生了复杂的影响。     

衡阳紫色土丘陵坡地土壤酶活性对植被恢复的响应

以典型的衡阳紫色土丘陵坡地植被不同恢复阶段为研究对象。采用空间代替时间序列的方法,选用立地条件基本相似的裸荒地、草本群落、灌木群落和乔木群落4种类型表示恢复的4个阶段,通过调查取样和实验分析,探索不同恢复条件下0-10、10-20、20-40 cm土层酶活性的分布特征,以及土壤酶活性对植被恢复的响应。结果表明：1）随着恢复的进行,脲酶、蔗糖酶与碱性磷酸酶活性显著增加（P＜0.05）,过氧化氢酶活性显著减小（P＜0.05）。2）随着土层的加深,脲酶、蔗糖酶与碱性磷酸酶活性显著减小（P＜0.05）,过氧化氢酶活性显著增加（P＜0.05）。3）脲酶、蔗糖酶与碱性磷酸酶之间呈极显著正相关（P＜0.01）,且均与土壤含水量、物理性黏粒、土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效钾、阳离子交换量呈极显著正相关（P＜0.01）,与容重及pH值呈显著或极显著负相关（P＜0.05或P＜0.01）。4）过氧化氢酶与脲酶呈极显著负相关（P＜0.01）,与蔗糖酶与碱性磷酸酶相关性不显著（P＞0.05）,与土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效钾及阳离子交换量呈显著或极显著负相关（P＜0.05或P＜0.01）,与 pH 值呈显著正相关（P＜0.05）。5）土壤脲酶、蔗糖酶与碱性磷酸酶可敏感地反映植被过程中土壤质量的变化,植被恢复可改善表层与深层土壤的生物学性质。     

长期施肥对旱地土壤杂草种子库生物多样性影响的研究

为探讨长期施肥对旱地土壤杂草种子库生物多样性的影响,我们在安徽蒙城地区的一个长期肥料试验定位监测点开展了相关研究。采用镜检法对旱地土壤表层（0～15 cm）中土壤杂草种子的种类进行鉴定并计数,记录杂草种子22种,隶属15科。不同施肥处理区杂草种子丰富度以NP1/2K区最高（14.7种）,PK区最低（10.7种）;其中陌上菜（Lindernia procumbens）、栗米草（Mollugo pentaphylla）、醴肠（Eclipta prostrata）、泽星宿菜（Lysimachia candida lindl）四种杂草的种子密度较大,分别在不同的处理区占据优势;从整个试验区来看,烟台飘拂草（Fimbristylis stauntoni）在所有处理中的密度都比较大,处于优势地位。长期不同施肥方式下,农田土壤杂草种子库的物种多样性有显著差异：PK区Shanon-Wiener指数大于其他处理区,但是Simpson优势度指数最低;NPK区Simpson优势度指数最高;PK、CK区Pielou均匀度指数大于其他处理区。田间杂草种子库的群落结构及其物种组成也发生了一定的变化,Whittaker指数表明,与不施肥处理相比较,半量的P和缺N的影响最显著,缺P次之,缺K和平衡施肥则没有显著影响。Sorenson群落相似性指数和Bray Curtis指数聚类分析结果表明,与不施肥相比较,长期施用N、P、K肥能显著改变旱地土壤杂草种子库的组成。本研究表明长期平衡施肥处理更有利于维持和保护旱地土壤杂草种子库的生物多样性。     

施肥模式对砂姜黑土区土壤种子库影响的研究

通过对砂浆黑土区小麦-大豆轮作制地不同施肥模式的杂草土壤种子库（0～15 cm）进行调查,分析种子库的大小、组成、多样性等特征,探讨施肥模式与群落演替速率之间的关系。结果表明,施肥模式显著影响着土壤种子库的大小、组成、多样性、群落演替速率。土壤样品中共检出杂草种子18种,隶属于11科,且各处理优势种组成差异明显。种子库密度按NPK〉NP〉NK〉CK〉PK顺序依次递减且差异极显著（P〈0.01）。各处理物种组成不同,种数按CK〉NPK〉PK=NK〉NP顺序依次递减,群落均匀度指数按NP〉CK〉NK〉PK〉NPK顺序依次递减且差异显著（P〈0.05）,物种多样性指数按CK〉NP〉NK〉PK〉NPK顺序依次递减,群落优势度指数按NPK〉PK=NK〉CK〉NP顺序依次递减。我们初步认为适应与竞争机制影响土壤种子库的物种组成、密度的差异;施肥模式间土壤种子库的优势种变化尤为突出,引起均匀度的改变,导致施肥模式下土壤种子库多样性的差异。Whittaker指数按CK〈NPK〈PK=NK〈NP顺序依次增大,表明土壤种子库的群落演替速率依次加快,说明长期平衡施肥模式（NPK）对土壤种子库群落的影响明显小于PK、NP、NK施肥处理,群落结构较PK、NP、NK施肥处理更稳定。气候、取样时间、除草剂等因素导致年际间、种植季间的杂草土壤种子库特征差异明显。本研究认为长期平衡施肥既有利于作物的优质高产,也有利于农田土壤种子库群落的稳定,是建立合理、高效、稳定的农业生态系统以及取得良好的经济效益和生态效益的重要施肥方式。     

紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum）入侵地的生物多样性

生物多样性演变是全球变化的重要组成部分,物种入侵对生物多样的影响已成为当前全球变化领域的研究热点之一。本文研究了西双版纳紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum）入侵地的植物、土壤动物与土壤微生物的多样性,结果表明：（1）不同程度入侵区的植物种类及其重要值差别较大,在重度入侵区,紫茎泽兰的重要值高达237.74%,但随着入侵程度的降低,植物种类有所增加且紫茎泽兰的重要值随之降低;丰富度指数、多样性指数、优势度指数与均匀度指数均表现为轻度入侵区〉中度入侵区〉重度入侵区。（2）三种入侵区的土壤动物隶属23目,其中弹尾目（Collembola）、蜱螨目（Acarina）和膜翅目（Hymenoptera）为优势种群,三者总量占捕获总数的61.77%;丰富度指数、多样性指数、优势度指数、均匀度指数与密度类群指数均表现为轻度入侵区〉中度入侵区〉重度入侵区。（3）土壤微生物可培养数量类群方面,细菌表现为中度入侵区〉重度入侵区〉轻度入侵区,放线菌、真菌、自生固氮菌与氨氧化细菌均表现为重度入侵区〉中度入侵区〉轻度入侵区;多样性指数表现为重度入侵区〉轻度入侵区〉中度入侵区,优势度指数表现为轻度入侵区=中度入侵区〉重度入侵区,均匀度指数表现为重度入侵区〉轻度入侵区=中度入侵区。可见,紫茎泽兰入侵地的植物与土壤动物多样性随入侵程度加重而降低,但土壤微生物多样性却随入侵程度加重反而呈上升趋势。今后,加强室内模拟与野外定点长期观测相结合试验是探究紫茎泽兰入侵对生物多样性影响机制的研究方向。     

冬季土地管理对稻季CH4产生、氧化和排放的影响

通过室内培养和田间试验测定了冬季休闲、种麦和淹水处理水稻生长期CH4的产生潜力、氧化潜力及其排放通量,以探讨冬季土地管理对后续稻季CH4产生、氧化和排放的影响。结果表明：休闲与种麦处理间CH4产生潜力无显著差异（P〉0．05）,但2者均显著低于淹水处理（P〈0．05）;各处理间CH4氧化潜力无显著差异（P〉0．05）,土壤中NH4^＋-N含量可能是较冬季土地管理更为重要的影响CH4氧化潜力的因素;休闲处理CH4平均排放通量显著高于种麦处理（P〈0．05）,但2者均显著低于淹水处理（P〈0．05）。冬季持续淹水稻田CH4产生潜力显著高于冬季排水稻田是其CH4排放量远高于冬季排水稻田的原因。冬季土地管理对稻季CH4排放的影响主要受CH4产生潜力而非CH4氧化潜力的限制。