南非高草原区三刺皂荚（Gleditsia triacanthos）入侵对土壤特性的影响：生态功能与养分循环的启示

（编辑推荐）本研究通过对比南非高草原区五处样地，揭示入侵植物三刺皂荚（G. triacanthos）显著改变土壤理化性质：提升有机碳（C）、氮（N）、磷（P）等养分浓度，降低容重（bulk density）和pH值，形成"肥力岛效应"。该发现为理解豆科（Fabaceae）入侵种的土壤改造机制及草原生态系统管理提供关键依据。

　　

引言

植物通过改变生长基质的物理化学特性影响生态系统，尤其是入侵植物（IAPs）常通过释放根系分泌物和凋落物重塑土壤环境。南非草原作为生物多样性热点，正面临三刺皂荚（Gleditsia triacanthos）的快速入侵。这种原产北美的豆科树种被列为南非国家环境管理法案（NEMBA）1b类入侵物种，但其对土壤特性的影响尚未明确。

方法与材料

研究选取自由州省五处高草原样地，采集入侵区与相邻未入侵区表层土壤（15cm深度）。通过红外反射法测定有机碳和黏土含量，原子吸收光谱分析钙（Ca）、镁（Mg）等交换性阳离子，并采用钼蓝法测定有效磷。数据分析采用混合线性模型（MLM），控制样点配对设计的影响。

结果

物理结构变化：入侵区黏土比例显著增加（+18.6%，p<0.05），容重降低12.3%，pH值平均下降0.8单位。R700样地的交换酸度显著升高（p=0.02）。

养分富集效应：有机碳和全氮含量在入侵区翻倍（p<0.01），有效磷在4个样地增加3倍以上（除Willows样地）。交换性阳离子库扩大，钙（+142%）、镁（+89%）和总阳离子量显著提升（p<0.05），但锌（Zn）、锰（Mn）、铜（Cu）无显著差异。

讨论

三刺皂荚通过深层根系（可达2m）提升养分迁移效率，其高氮凋落物（含3.2%N）加速分解形成"肥力岛"。这与同科植物银荆（Acacia dealbata）的土壤改造模式相似，但独特之处在于：

1. 非结节性氮固定：虽无典型根瘤，但存在类菌体（bacteroids）和乙烯合成活性；
2. 物理结构改良：刺槐通过根系穿透硬质土层，促进黏粒沉积；
3. 生态级联效应：在阿根廷研究中，其冠层促进C₃外来草取代原生C₄草种。

结论

该研究首次量化了三刺皂荚对南非草原土壤的改造能力，其引发的养分富集可能加速草原灌丛化（bush encroachment）。建议将土壤修复纳入防控策略，重点关注凋落物清除和钙质调节。未来需比较其与本土豆科植物（如Vachellia spp.）的土壤影响差异。