生化他感效应对土壤氮素影响的研究杜昱光白雪芳（中国科学院大连化学物理研究所，大连１１６０ １２）张宝琛（中国科学院西北高原生物研究所）摘要通过细叶亚菊挥发油及其组分对土壤反硝化 作用影响的研究，表明细叶亚菊挥发油及其组分中的樟脑精对土壤的氮素损失有明显的促进作用， 说明细叶亚菊入侵垂穗披碱草人工草场，加速了土壤的氮素损失。关键词：生化他感效应细叶亚菊 挥发油反硝化作用高寒草甸生态系统中，
垂穗披碱草（Ｅｌｙ－ｍｕｓｎｕｔａｎｓ）人工草场常 常在３年后开始退化，５年后几乎完全被杂草所取代，因此研究退化、治理退化已成为当务之急。 近年来许多研究表明植物间生化他感效应中的克生作用是退化的原因之一〔１，２〕。研究者发现 一种名为细叶亚菊（Ｊａｎｉａｔｅｎｕｉｆｏｌｉａ）的杂草产生的挥发油明显地抑制了垂穗披 碱草的生长〔３〕，进而取而代之迅速繁殖，加速了草场的退化、破坏了土壤结构。对于这种克生 作用与土壤氮素之间关系的研究，国内外未见报道。因此本文试图分析二者间的作用，进一步阐明 垂穗披碱草人工草场快速退化的原因。１材料和方法１．１材料细叶亚菊挥发油是１９８６年７月 在垂穗披碱草人工草场上采集的细叶亚菊鲜草，利用蒸汽蒸馏法提取，提取率３‰。挥发油主要成 分α－蒎烯、樟脑精、桉叶油精均由中科院昆明植物所提供。１．２土样采集及处理土样取自中科 院高寒草甸生态系统海北定位站试验草场。分别用细叶亚菊挥发油及其组分处理土壤，分析其对土 壤氮素的不同影响，同时对比测定退化垂穗披碱草人工草场与未退化并具代表性的矮嵩草草场土壤 中反硝化作用的季节性变化。１．３测定方法采用土柱循环法，用气相色谱进行分析测定土壤反硝 化作用强度〔４〕。２结果与讨论２．１细叶亚菊挥发油及其组分对土壤氮素损失的影响从表１、 表２、表３、表４中可以看出挥发油对土壤反硝化作用有明显的促进作用。其部分组分中，樟脑精 有促进土壤氮素损失的作用，而α－蒎烯和桉叶油精的作用不明显。细叶亚菊挥发油的组分共４１ 种，而樟脑精占３１．７％，桉叶油精占１２．８％，α－蒎烯占４．９％〔５〕。此研究表明占 挥发油主要成分的樟脑精，对土壤反硝化细菌起重要作用，它促进土壤反硝化作用强度，加速土壤 的氮素损失，进而造成土壤贫脊、草场退化。表１细叶亚菊挥发油对土壤反硝化作用氮素损失的 影响处理浓度μｌ／１００ｇ·土峰面积ｃｍ２相对比ＣＫ＝１．０Ｔ检验ｎ＝６－１对照（ＣＫ ）２．５２＋０．０１６１．００—２９．１０＋０．１７３３．１６差异极显著（ｔ＝１７．５ ＞ｔ０．００１＝８．６）４８３．８＋１．６０７３３．１０差异极显著（ｔ＝８１＞＞＞ｔ０ ．００１＝８．６）２．２退化垂穗披碱草草场与未退化矮嵩草草甸中土壤反硝化作用的季节性变 化比较从１９８９年６～８月在退化垂穗披碱草人工草场、矮嵩草草甸及金露梅灌丛土壤中分别取 样，在保持土壤原结构不被破坏的情况下进行分析测定。表２挥发油组分中α－蒎烯对土壤反硝化 作用氮素损失的影响处理浓度μｌ／１００ｇ·土峰面积ｃｍ２相对比ＣＫ＝１．０Ｔ检验ｎ＝６ －１对照（ＣＫ）２．９６＋０．１５６１．０００—２２．９７＋０．１２６１．００４差异不 显著（ｔ＝０．０４＜ｔ０．５＝０．７４）４３．０２＋０．００３１．０２１差异不显著（ｔ ＝０．２７＜ｔ０．５＝０．７４）表３挥发油组分中樟脑精对土壤反硝化作用氮素损失的影响处 理浓度μｌ／１００ｇ·土峰面积ｃｍ２相对比ＣＫ＝１．００Ｔ检验ｎ＝６－１对照（ＣＫ）３ ．１６＋０．０６１１．０—５９．４０＋３．４９１２．９７差异显著（ｔ＝３．８２＞ｔ０． ０２５＝３．５）１０１２．１７＋０．０３０３．８５差异极显著（ｔ＝３５．８＞ｔ０．００ １＝８．６）表４挥发油组分中桉叶油精对土壤反硝化作用氮素损失的影响处理浓度μｌ／１００ ｇ·土峰面积ｃｍ２相对比ＣＫ＝１．００Ｔ检验ｎ＝６－１对照（ＣＫ）２．０１＋０．２４２ １．０—１１．８９＋０．３６１０．９４差异不显著（ｔ＝０．４８＜ｔ０．５＝０．７４）２ ２．０２＋０．１２５１．００４差异不极显著（ｔ＝０．０６＜ｔ０．５＝０．７４）附图表明 退化的垂穗披碱草人工草场土壤中，反硝化作用氮素损失明显高于其它两种植被类型土壤，说明细 叶亚菊入侵后加速了土壤氮素损失。据报道，该退化草场土壤中的氨化作用、硝化作用及固氮作用 强度比未退化的草甸土壤低〔６〕。细叶亚菊的入侵抑制了垂穗披碱草的生长、繁殖，破坏了土壤 结构，降低了土壤肥力，加速了草场的退化。然而草原退化是一个复杂的植物演替过程，细叶亚菊 入侵造成的垂穗披碱草人工草场退化，只是加速这种自然演替的因素之一。应从多方面入手，了解 退化草场的内在机理，采取有效措施改造退化草场，延缓退化时间，进而改善草场生态系统。附图 不同植被类型中土壤反硝化作用比较３结论３．１细叶亚菊挥发油及主要成分樟脑精对土壤的反硝 化作用有明显的促进作用，此作用加速了土壤中有效氮素的损失，从而影响了垂穗披碱草的生长。 ３．２退化的垂穗披碱草人工草场土壤中，反硝化作用强度高于未退化的矮嵩草草甸土壤１．６～ １２倍。证实了细叶亚菊的大量入侵，其分泌的代谢产物经过土壤微生物的作用，改变了土壤肥力 ，间接地达到了加速垂穗披碱草人工草场退化的作用。参考文献１张宝琛，白雪芳，顾利华，等． 生化他感与高寒草甸上人工草场自然退化现象研究Ⅰ．高寒草甸生态系统国际学术讨论会论文集， １９８８，１２７～１３０２张宝琛，白雪芳，顾利华．生化他感与高寒草甸上人工草场自然退化 现象研究Ⅲ．生态学报，１９８９，９（２）：１１５～１２０３白雪芳，张宝琛，顾利华，等． 生化他感与高寒草甸上人工草场自然退化现象研究Ⅴ．高寒草甸生态系统，１９９１，３：６３～ ６８４刘晓达，杜昱光，师治贤．海北高寒草甸土壤反硝化气体损失的分析及应用Ⅰ．气相色谱法 分析土壤反硝化产生的Ｎ２Ｏ．高原生物学集刊，１９９２，１１：１０５～１０９５甑润德，张 宝琛，白雪芳，等．细叶亚菊挥发油组成成分的分析．高寒草甸生态系统，１９９５，４：１２８ ～１３１６李家藻，杨涛，朱桂如，等．高寒草甸土壤氮素代谢微生物数量及活性的研究．高原生 物学集刊，１９８４，３：１９３～２０７ＴＨＥＥＦＦＥＣＴＯＦＡＬＬＥＬＯＰＡＴＨＹＯＮ ＳＯＩＬＮＩＴＲＯＧＥＮＤｕＹｕｇｕａｎｇＢａｉＸｕｅｆａｎｇ（ＤａｌｉａｎＩｎｓｔｉ ｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎ ｃｅｓ，Ｄａｌｉａｎ１１６０１２）ＺｈａｎｇＢａｏｃｈｅｎ（ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＰｌａｔ ｅａｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＢｉｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎ ｃｅｓ）ＡＢＳＴＲＡＣＴＢｙｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｖｏｌａｔｉｌｅｏｉｌａｎｄｉｔｓｃｏ ｍｐｏｎｅｎｔｏｆＡｊａｎｉａｔｅｎｕｉｆｏｌｉａｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｎｓ ｏｉｌ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｉｔｓｒｅｆｉｎｅｄｃａｍｐｈｏｒｏｗｎ ｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙｐｒｏｍｏｔｉｖｅｅｆｅｃｔｔｏｔｈｅｌｏｓｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅ ｎｉｎｓｏｉｌ．ＩｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔＡ．ｔｅｎｕｉｆｏｌｉａｉｎｔｒｕｄｅｄ ｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｇｒａｓｓｌａｎｄｏｆＥｌｙｍｕｓｎｕｔｕｎｓｔｏａｃｃｅｌ ｅｒａｔｅｔｈｅｌｏｓｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｓｏｉｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｌｅｌｏ ｐａｔｈｙ，Ａ．ｔｅｎｕｉｆｏｌｉａｖｏｌａｔｉｌｅｏｉｌ，ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉ ｏｎ生化他感效应对土壤氮素影响的研究@杜昱光@白雪芳$中国科学院大连化学物理研究所@张 宝琛$中国科学院西北高原生物研究所生化他感效应,细叶亚菊挥发油,反硝化作用通过细叶亚菊 挥发油及其组分对土壤反硝化作用影响的研究，表明细叶亚菊挥发油及其组分中的樟脑精对土壤的 氮素损失有明显的促进作用，说明细叶亚菊入侵垂穗披碱草人工草场，加速了土壤的氮素损失１张 宝琛，白雪芳，顾利华，等．生化他感与高寒草甸上人工草场自然退化现象研究Ⅰ．高寒草甸生态 系统国际学术讨论会论文集，１９８８，１２７～１３０２张宝琛，白雪芳，顾利华．生化他感与 高寒草甸上人工草场自然退化现象研究Ⅲ．生态学报，１９８９，９（２）：１１５～１２０３白 雪芳，张宝琛，顾利华，等．生化他感与高寒草甸上人工草场自然退化现象研究Ⅴ．高寒草甸生态 系统，１９９１，３：６３～６８４刘晓达，杜昱光，师治贤．海北高寒草甸土壤反硝化气体损失 的分析及应用Ⅰ．气相色谱法分析土壤反硝化产生的Ｎ２Ｏ．高原生物学集刊，１９９２，１１： １０５～１０９５甑润德，张宝琛，白雪芳，等．细叶亚菊挥发油组成成分的分析．高寒草甸生态 系统，１９９５，４：１２８～１３１６李家藻，杨涛，朱桂如，等．高寒草甸土壤氮素代谢微生 物数量及活性的研究．高原生物学集刊，１９８４，３：１９３～２０７有效氮素的损失，从而影 响了垂穗披碱草的生长。３．２退化的垂穗披碱草人工草场土壤中，反硝化作用强度高于未退化的 矮嵩草草甸土壤１．６～１２倍。证实了细叶亚菊的大量入侵，其分泌的代谢产物经过土壤微生物 的作用，改变了土壤肥力，间接地达到了加速垂穗披碱草人工草场退化的作用。参考文献１张宝琛 ，白雪芳，顾利华，等．生化他感与高寒草甸上人工草场自然退化现象研究Ⅰ．高寒草甸生态系统 国际学术讨论会论文集，１９８８，１２７～１３０２张宝琛，白雪芳，顾利华．生化他感与高寒 草甸上人工草场自然退化现象研究Ⅲ．生态学报，１９８９，９（２）：１１５～１２０３白雪芳，张宝琛，顾利华，等．生化他感与高寒草甸上人工草场自然退化现象研究Ⅴ．高寒草甸生态系统，１９９１，３：６３～６８４刘晓达，杜昱光，师治贤．海北高寒草甸土壤反硝化气体损失的分析及应用Ⅰ．气相色谱法分析土壤反硝化产生的Ｎ２Ｏ．高原生物学集刊，１９９２，１１：１０