文摘

侵入性外来植物是生态系统的一个主要威胁。许多外来植物物种,如Prosopis种类,介绍了世界各地,可以改变入侵生态系统的土壤特性。这是一个最激进的外来植物入侵南非西北省,但信息几乎没有对土壤特性的影响。本研究调查的影响Prosopis velutina入侵在选定的土壤特性沿着河的五个不同的网站系统在西北省Molopo河。在每一个研究地点,土壤特性测量从土壤样本p . velutina之间的树冠上,树冠和基准站免费Prosopis物种。对选定的土壤特性的影响p . velutina入侵三个站之间和网站之间的不同。在所有的网站,几乎所有土壤收集从树冠下有一个明显高于土壤交换钙、钾、镁、钠,有机质(OM)、总氮(TN)、磷(P),可用电导率(EC)和阳离子交换量(CEC)比其他样本位置,除了intercanopies pH值的高价值。显著提高( )几乎所有的土壤属性的值被发现在人口入侵网站(我和Tshidilamolomo II Tshidilamolomo)相比,轻易入侵网站(Mabule,黑热农场,和布雷)。然而,很难概括为似乎常常特定场地的影响。此外,研究结果还表明,土壤结构类之间的远程沙子,淤泥,粘土在所有研究地点与砂的基准比例高于在树冠下的土壤和intercanopies。土壤特性不同网站之间明显多于职位之一。现场观察到的影响在当前的研究中提供证据,这个物种可能会占据一个相对广泛的土壤生态位。

1。介绍

外来植物一直引起全球环境变化,代表频繁和普遍的威胁自然生态系统(1,2和生物多样性保护3,4];这些影响通常是不可挽回的。外来植物物种可以影响农学会关系在入侵的栖息地5,6)修改土壤生物和非生物要素和多样性7]。

外来植物物种的传播在南非是一个越来越多的担忧,因为它会导致减少地表水径流和地下水补给,导致直接的栖息地的破坏,加剧洪水,和增加森林火灾的风险和强度8]。在广泛的外来植物在南非,Prosopis物种覆盖非常大的地区的干旱和半干旱地区,造成严重威胁本地植物群落在北开普和西开普省和西北省(9,10]。此外,这些物种造成严重损害自然环境和栖息地,威胁着许多植物。它已经表明,在某些情况下,入侵植物物种有能力改变入侵土壤和本地物种多样性的特点,进一步促进入侵(11,12]。许多研究报道Prosopis物种可以显著改变土壤性质,有利于自己的发展和扩散13,14]。

Prosopis物种,引入南非农业林业树木提供木材、饲料、和阴影,木炭在1800年代末9,15),已经被确认为一个严重的问题在南非,成为第二个最普遍的侵入性外来植物澳大利亚洋槐(16]。他们知道负面影响生物多样性的保护以及农村人口的生计,严重依赖自然资源17),如超速牧场,消耗大量的地下水过度,破坏生态系统服务(10,18,19]。

已经开展了大量的工作在入侵植物对土壤性质的影响(12,14,20.]。最近,许多研究增加了兴趣确定适当的指标来描述土壤特性变化(12,21,22]。虽然是有据可查的生态影响Prosopis物种,研究探索的影响Prosopis velutina入侵对土壤性质却没有得到足够关注,特别是在南非西北省的。等重要研究的缺乏可能是由于进行土壤分析的高成本,尤其是多个土壤样本收集更广泛的地理区域。记录对土壤特性的影响是不同的。根据(20.),Prosopis物种可能有不同的对土壤特性的影响,根据当地条件。因此,本研究目的是进行调查和比较的影响Prosopis在选定的5个地点土壤特性不同Prosopis velutina密度沿河边的系统的南非西北省Molopo的河流。

土壤属性是影响植物物种分布[必不可少的因素23]。更好的理解土壤特性在不同的社区对澄清的影响是至关重要的p . velutina对土壤特性。因此,本研究进行了分析和增加土壤属性的理解上的差异影响p . velutina。出于这个原因,两个主要目标是解决:(i)比较选择从土壤属性Prosopis树冠从树冠和相邻的基准站之间土壤(ii)检查下土壤特性的变化p . velutina入侵五个研究地点。

2。材料和方法

2.1。描述研究的网站

这项研究是在五个网站进行Tshidilamolomo我Tshidilamolomo II, Mabule,沿着河边的黑色热农场,布雷系统Molopo河在南非西北省(图1)。每个站点将超过1500吨²在一定程度上,选择土壤特性的比较。五个研究地点选择使用分层立意抽样(24]。这些网站都是成对的,包括一个站Prosopis velutina,另一个没有。在目前的研究中,uninvaded站称为基准站选择在接近附近的入侵。此外,标准用于选择五个网站也基于可用性和丰富的p . velutina入侵站和同质性的网站而言,土壤类型下基准站和入侵Prosopis站。澄清不同的入侵和基准站之间的土壤特性,主要植被密度五个采样站点记录(表1)。Molopo河的河边的系统在南非西北省之间的半干旱干旱气候和位于纬度23°20′年代和28°30′年代和经度20°15′E和26°10′E(25),平均年降水量约550毫米(26]。在西北省,每日温度约42°C在夏季,经常−9°C在冬季(26]。根据(27),土壤是浙江省砂壤土和归类为Hutton形式28]或暗红色铁铝土[29日)或铬淋溶土30.]。

2.2。土壤采样

在每一个采样地点、土壤上15厘米的树冠下收集的三个复制(加州大学)和intercanopy (IC)的五个选择p . velutina在入侵补丁位于中心的网站,大部分物种更密集的地方;而在相邻的基准(BM)站,收集土壤上15厘米3选1 m×1 m的阴谋。从加州大学的五个选择所有土壤样品p . velutina在每个站点被混合均匀成一个单一的大块样品以及所有土壤样本IC和BM。样品池的影响效率的实验是为了检测土壤属性之间的差异加州大学,IC, BM在同一个网站和网站之间。样本的池,它还降低了财务成本的分析。这些土壤样本来自加州大学、IC和BM风干分别在室温下,通过一个2毫米筛去除大颗粒为各种内容和之前的均质化分析。进行分析,大约2公斤的土壤样本相同的位置和每个站点进行棕色纸袋的实验室农业研究理事会(电弧)在比勒陀利亚(南非)。

2.3。土壤分析

总共13土壤变量估计在每个样本。土壤pH值确定使用玻璃电极1:2.5水保悬挂平衡后16 h (31日]。土壤有机质(OM)内容确定使用WalkleyBlack方法(32]。总氮(TN)是由micro-Kjeldhal技术(33]。可交换阳离子提取1 N醋酸铵,和钾(K)的浓度测定采用火焰光度计和钙(Ca)和镁(Mg)与原子吸收分光光度计测定,而原子发射分光光度法用于钠(Na)。可用磷(P)测量使用布雷分析方法(34]。土壤质地(沙%、%淤泥和粘土%)决心用比重计法(34]。阳离子交换量(CEC)估计在醋酸铵萃取pH值7 (35],电导率(EC)进行饱和土壤提取物(36]。

2.4。统计分析

单向方差分析(方差分析)是用来测试和比较不同土壤参数之间的差异在不同位置和不同的站点。确定统计学意义 ,和差异的土壤属性分离使用图基HSD(老实说显著差异)事后考验。统计方法都是计算使用Excel 2013。

3所示。结果

3.1。的影响Prosopis velutina在选择土壤特性在三站在五个研究地点

所有选定的土壤属性之间比较的树冠下的土壤(加州大学)p . velutina与土壤intercanopies (IC)和土壤在隔壁基准(BM)为了评估五个站点之间的区别。几乎所有的土壤属性测量统计不同( )在不同的位置或站(表2)。显著差异被发现在选择土壤特性在所有五个采样点(表3)。土壤特性不同网站之间明显多于位置(表2和3)。

3.2。可交换阳离子的浓度(钙、钾、镁和钠)

总的来说,可交换阳离子的浓度(钙、钾、镁、和Na)高的树冠下(加州大学)Prosopis velutina比intercanopies (IC)和基准(BM)(表2)。的浓度可交换的钙、镁、钾、和Na在几乎所有的研究网站与树的树冠距离增加呈下降趋势,附近的基准站。相比之下,没有固定的模式可交换的钙、镁、钾、钠和IC和BM之间的距离(表2)。所有浓度的可交换的钙、钾、镁、和Na记录显著差异( )加州大学之间、IC和BM在所有网站,除了可交换的Ca和Na布雷和黑色热农场的地方值( )和( ),分别(表2)。可交换的平均浓度钙、镁、钾、和Na的顺序往往是钙>镁>K在所有五个站点(表> Na3)。在所有网站,更大程度的可交换的Ca、Mg, Tshidilamolomo II和Na观察,而较高的可交换的K在布雷的网站。的范围可交换的钙、镁、钾、Na是1.76和10.53毫克公斤之间⁻¹、0.77和3.35毫克公斤⁻¹0,22日和0.68毫克公斤⁻¹,0.02和0.05毫克公斤⁻¹,分别。可交换的最低浓度钙、镁、钾、和Na在黑色热农场。最特别,方差分析(方差分析)显示显著差异在土壤中可交换阳离子的钙、镁、钾、和Na(表五个网站3)。

3.3。土壤有机质(OM)

土壤有机质含量明显不同( )之间的土壤在林冠下,intercanopies,基准站在所有五个站点(表1)。在所有五个站点,土壤OM拒绝与林冠下距离(UC) intercanopy从集成电路(IC),然后增加基准(BM)(表2)。OM的最大范围是记录在Tshidilamolomo二世从0.36到7.29%,和最小范围被记录在黑色热农场在1.5%和0.2之间。此外,OM的总体平均值的比例在3.82%和0.30之间的五个不同研究地点不同。在研究网站,OM的最高比例是记录在Tshidilamolomo二世,而比例最低的是黑热农场(表中观察到3)。然而,单向方差分析测试表明,OM在统计学上显著不同( )网站之间(表2)。

3.4。总氮(TN)

土壤有机质、总氮(TN)往往会更高Prosopis velutina树冠在所有研究网站除了黑色热农场,这是高于基准站。所有网站的TN含量最高记录的树冠下,范围从0.02到0.11%其次是基准,从0.03到0.08%,然后通过intercanopies(表0.02至0.04%2)。然而,显著差异( )存在于TN加州大学之间的比例,IC, BM。TN的总体平均值的百分比在0.07%和0.02之间的所有不同地点不同。在五个网站,TN百分比的最小平均值记录在黑色热农场(0.02%),和最大平均值(0.07%)是记录在Tshidilamolomo我和布雷。然而,不同站点之间的差异是重要的( )(表3)。

3.5。土壤pH值

pH值在所有研究的最大射程网站记录下intercanopy (IC)是在7.4到8.3之间,和最低记录基准(BM)从6.5到8.3不等。然而,无显著差异( )在pH值出现林冠下加州大学之间,集成电路,和BM Tshidilamolomo二世,而有显著性差异( )加州大学之间、IC和BM Tshidilamolomo我Mabule,黑色热农场,和布雷(表2)。土壤pH值在三个位置(加州大学、IC和BM)碱性,但近中性在大英博物馆Mabule和黑色热农场。土壤pH值的总体平均值在每个五个不同网站的适度的碱性和观察范围在7.4和8.2之间。在五个研究地点,土壤的pH值最小和最大记录在黑色热农场和Tshidilamolomo II,分别(表3)。然而,pH值的差异是重要的( )在不同的网站(表之间3)。

3.6。可用磷(P)

方差分析(方差分析)可用磷透露,有显著差异( )树冠以下三个位置(加州大学),intercanopy (IC)和基准(BM)五个研究地点(表1)。的最大P浓度范围被记录在大英博物馆,范围从7.31到79.61毫克公斤⁻¹其次是集成电路从7.17到74.24毫克公斤⁻¹然后从7.84到57.40毫克公斤加州大学紧随其后⁻¹(表2)。很明显,土壤有效磷的浓度随着距离增加而增加Prosopis大棚开放区域基准。平均可用磷浓度下不同站点观察9.21毫克公斤不等⁻¹我在Tshidilamolomo 65.82毫克公斤⁻¹在布雷(表3)。然而,显著差异( )对有效磷的浓度记录之间的五个研究地点。

3.7。电导率(EC)

土壤电导率Tshidilamolomo我的价值,Tshidilamolomo II, Mabule,布雷女士范围从0.23到1.09米⁻¹;0.54到1.26 m女士⁻¹;0.29到1.12 m女士^−;1和0.89 - 2.01 m女士⁻¹,分别。结果表明,这些值减少从林冠下(UC) intercanopy (IC)和基准(BM)。土壤EC在加州大学紧随其后的是集成电路和BM更高。然而,显著差异( )在EC发现加州大学、IC和BM,但没有差异( )在EC记录IC和BM在这些网站除了黑色热农场(表2)。黑色热农场,EC范围从0.22到1.40 m女士⁻¹从加州大学和倾向于增加BM(表2)。平均土壤EC值分布在不同地点不同,记录在0.232.04 m女士的范围⁻¹。在所有的网站,最小和最大平均土壤EC值观察黑色热农场和布雷,分别(表3)。有一个重要的( )所有网站在电子商务。

3.8。土壤阳离子交换量(CEC)

土壤阳离子交换量(CEC)明显高于树冠下(加州大学)Prosopis相比土壤CEC intercanopies (IC)和基准(BM)。它从3.16到13.18不等cmolc公斤⁻¹;3 - 7.5 cmolc公斤⁻¹;,3.76到4.68 cmolc公斤⁻¹在Mabule Tshidilamolomo我分别和黑色热农场。而Tshidilamolomo二世和布雷,CEC的更高的价值被记录在大英博物馆和IC(表2)。然而,在所有网站,CEC值显著( )受不同的位置或距离(加州大学、IC和BM)。均值的CEC值分布在不同地点不同从4.50到10.59 cmolc公斤⁻¹。在所有网站,土壤CEC的最小平均值记录在黑色热农场,而最大浓度在Tshidilamolomo我(表3)。方差分析(方差分析)CEC显示显著差异( )在网站之间。

3.9。土壤质地(沙子、淤泥和粘土)

这项研究的结果表明,沙地土壤的主要比例在所有的网站(表2)。为土壤砂含量方差分析显示,影响显著位置,即。在林冠(加州大学),intercanopy (IC),和基准(BM) ( )在所有网站除了黑色热农场土壤含砂量不受位置( )。然而,最大含砂量的范围被记录在IC 86和90%其次是加州大学从75 BM从67年的90%到90%。粘土含量的值更高的加州大学和倾向于从加州大学集成电路和大英博物馆(表2)。跨站点,显著差异( )加州大学之间在粘土比例记录,IC, BM除了黑热农场( )。这些结果也表明了,加州大学淤泥的比例略高于IC和BM。泥沙土壤质地随距离的树干Prosopis树木对开放区基准,但其比例没有显著变化( )之间的集成电路和大英博物馆Tshidilamolomo我Mabule,黑色热农场,和布雷,而加州大学之间没有显著差异被记录和IC Tshidilamolomo我网站(表2)。然而,织构分析从不同网站归类为砂泥岩>粘土>(表3)。显著差异( )平均值之间的砂粘土和淤泥网站之间的记录。

4所示。讨论

沿着河边的系统在这个研究Molopo河南非西北省,选择土壤属性从每个站点在树冠之间的比较(加州大学),intercanopy (IC)和基准(BM)为了评估土壤特性的差异在5个站点。这项研究的结果显示强烈的影响Prosopis velutina土壤的性质。这些结果与其他研究入侵物种通常是一致的,这表明重大入侵物种对不同土壤性质的影响(13,37,38]。在这个研究中,土壤的加州大学p . velutina一直有更高价值的土壤属性相比,在集成电路和BM站(表2),这是与许多早期的报告中,土壤特性下降从树的底部到相邻的开放区域(39,40]。表3显示网站的效果是非常重要的( )所有土壤参数分析,表明p . velutina能够适应和成长在网站重要的土壤特性的变化。这符合早期的研究报告(38]。此外,这项研究的结果显示,p . velutina有重大影响的土壤特性,表明对土壤特性的影响差异很大取决于现有的网站情况。跨站点土壤特性显著不同,这可能表明,五个研究地点覆盖范围广泛的不同的土壤条件。

目前的研究显示变化的影响p . velutina在土壤中可交换的钙、镁、钾、钠和加州大学之间的显著差异,IC, BM站在所有五个站点。大多数可交换的钙、镁、钾、高和Nap . velutina比在IC和BM。类似于这个结果,在41,42),显著降低交换钙、镁、钾、土壤和Na在大棚的开放领域p . juliflora和p . laevigata已报告。同样,在[43),显著差异在可交换的钙、镁、钾、土壤和Na和外部Celastrus orbiculatus已报告的树冠。可交换阳离子的树冠下的高价值p . velutina可以归因于树的树冠下的高积累的垃圾随着阳离子时释放积累的窝从树木的树冠进行微生物分解矿化紧随其后。与本研究,在44所示),没有显著差异的水平在树冠Na和Ca之间土壤p . juliflora荒凉的牧场和开放地区的巴林。

相对较高的积累土壤有机质(OM)p . velutina树冠比国米树冠和基准取样地点指示土壤丰富能力这棵树下。据(45)、豆科灌木(p . juliflora)树的树冠下土壤的肥力的土壤养分资本开放的地区。树树冠下的更高比例的OM可以归因于落叶层沉积,高有机质产量由树木和矿化的速度较慢,根营业额,和动物排便,因为他们在浏览。这个结果符合(13),他也报道称,在OM明显高于外面p . flexuosa树冠。同样,许多作者,如(46,47),也逐步降低土壤有机质随着距离树基地。在相邻下层土壤OM内容开放区域可以归因于这样一个事实:有机质的主要来源有草。类似于本研究中,在48),更高的OM的树冠下Prosopis juliflora比外面的树冠。与本研究的结果相反,在49),多年生牧草土壤有机质股市高于灌木的观察;这可能归因于两大输入低质量的垃圾相对耐腐蚀和较低的微生物来分解这些有机物的能力。

土壤总氮(TN)下的风险高p . velutina树冠比以外的所有五个站点的树冠。下总氮的比例更高这个物种可能归因于落叶在皇冠范围内的积累,也促进固氮功能的结瘤Prosopis物种。然而,这项研究的结果是按照这些的13]他也观察到TN在价值高于外面p . flexuosa树冠。这是与之前的研究一致,生育的树冠下的人数在增加p . glandulosa(50),p .瓜叶菊(51]。此外,其他树木物种,52]发现更高价值的TN的树冠下的土壤中Hieraciurn比站在物种。也发现了类似的趋势Millettia ferruginea和科迪亚africana在表层土属性在Sidama农林复合经营实践中,埃塞俄比亚南部[53]。

在这项研究中,有一个变化( )在土壤pH值之间的树冠上,树冠之间,基准站。测量土壤pH值是碱性导致土壤pH值高于7.0。pH值被记录在intercanopy的更高的价值比树冠。树冠下的低pH值可以归因于有机质堆积树下通过垃圾落和根腐烂54]。根据(55,56),高土壤pH值可能归因于外来入侵植物在高硝酸盐吸收速率和可能也是一个重要的角色在养分循环的规定57]。符合这一发现,一些研究也发现显著差异在土壤pH值相比下入侵植物的树冠和开放区域。Kahi et al。37)发现显著差异在土壤pH值之间的内部和外部的树冠p . juliflora和金合欢tortilis。然而,这种工作是不符合的结果(58发现pH值不统计不同地区的土样进行对比Prosopis。Witkowski 59也没有发现显著差异在土壤pH值在比较下金合欢独眼巨人树冠外顶盖上的土壤。然而,很明显,高和低pH值也被报道后植物入侵(60]。根据(56),土壤pH值的变化也依赖于入侵的程度。

这项研究的结果显示显著差异在加州大学之间可用磷(P), IC, BM和在不同的站点。此外,没有明确的趋势可用磷是探测到61年)发现可用的灌木下磷水平通常最高。不过,也有例外。这项研究的结果记录的减少价值从树冠开放区域(BM) Tshidilamolomo我Mabule,布雷,然而,在Tshidilamolomo II和黑色热农场,P的值增加从树冠开放区域。这是符合其他的研究报道,在P明显高于外部的树冠p . flexuosa,p . juliflora金合欢tortilis(13,37),而科迪亚africana(62年]。在这些研究结果相比,63年发现增加随着距离的增加树冠的价值等逐渐成为以外的树冠。这些差异可能是由于特定的因素在不同的站点。

结果与土壤电导率(EC)含量高Prosopis树冠在几乎所有的网站相比intercanopies和基准是在协议与12]他也观察到增加之下,而不是外面Prosopis juliflora树冠在阿联酋的原生植物和土壤。在类似的研究中,Mussa et al。64年EC)发现更高的值在木本植物的树冠开阔的草原相比,和埃et al。65年)也报道了林冠下EC值高于开放的领域Balanites aegyptiaca在埃塞俄比亚北部Limat。

土壤阳离子交换量(CEC)的显示显著差异( )加州大学之间、IC和BM在五个网站。高CEC的树冠下可能归因于树的树冠下土壤有机质浓度高于开放区域(66年]。CEC的价值较低在IC和BM相比是加州大学树。

基于这项研究的结果,土壤质地变化观察之间的三个位置的研究地点。这些变化可能是归因于生物活性的增加可能改进的风化过程和良好的水分供应树下林冠[67年]。这项研究显示,在树冠下泥沙含量略高于开放区域,而在开放地区砂和粘土含量高于林冠下。这一发现是在协议的研究68年]报告相同的趋势等逐渐成为和科迪亚africana研究在不同的网站。此外,沙玛,古普塔(69年]在印度发现增加淤泥比例下树的树冠和砂比例的减少。

土壤属性之间的比较网站显示显著( )的差异。这项研究的结果很重要,因为它们显示了选定的土壤特性的变化在五个不同的网站入侵p . velutina。五个站点之间的土壤特性的差异可能是人为活动等各种因素的结果,放牧,改变土壤性质和在其他植物物种差异发生在网站。描述性统计显示,所有土壤属性的变量在人口入侵网站(我我Tshidilamolomo Tshidilamolomo)相对较高,而轻易入侵网站的变化(Mabule,黑热农场,和布雷)相对有限,但有一些例外砂比例,P和Na值。观测到的土壤变化特征类似于其他外来植物物种的研究表明,入侵物种可能修改土壤属性(70年,71年]。土壤属性的值越高的人口入侵网站获得p . velutina也被报道在许多其他的入侵物种。例如,Mandal和乔希72年)报道,土壤TN、OM、P和K水平增加而增加马樱丹属密度。

5。结论

基于本研究的结果,土壤特性的变化不仅观察之间的三个站(在树冠,国米树冠,基准),但也不同站点之间的入侵Prosopis velutina。这项研究表明这三个站有明显的影响p . velutina对土壤属性和大多数的树冠下的土壤属性更高但较低的值并没有显示出一致性在国米的树冠和基准站之间。然而,最高的pH值在国米的树冠。结果突出网站的重要性作为一个最重要的变异来源的影响p . velutina对土壤属性。由于变化的土壤属性值在不同的网站,很难确认入侵者的重大影响p . velutina在选定的土壤特性。尽管大量的研究Prosopis物种,没有共识的可预测性这个物种对土壤特性的影响。作为p . velutina入侵仍在增加不同的网站,更要注意研究这个问题的更广泛的光谱入侵网站。本研究为未来的研究提供了有价值的模式,以实现成功的控制p . velutina。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢南非西北大学提供财政支持和物流进行研究。他们也感谢农民和社区领袖授予我们访问他们的土地。