入侵雜草紫莖澤蘭與非入侵草本植物競(jìng)爭(zhēng)的生理生態(tài)機(jī)理研究.pdf

1、入侵我國(guó)西南地區(qū)的惡性雜草紫莖澤蘭(Ageratina adenophora (Sprengel))對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草場(chǎng)牧場(chǎng)以及自然生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了嚴(yán)重的危害,常導(dǎo)致入侵生境生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變,降低生物多樣性且造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失.為控制這一惡性雜草,人們嘗試了多種方法,"以草制草"和恢復(fù)本地植物群落多樣性控制紫莖澤蘭入侵?jǐn)U張為最有潛力的途徑.本文圍繞紫莖澤蘭的競(jìng)爭(zhēng)替代控制這一科學(xué)問(wèn)題,采用植物競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)代生態(tài)學(xué)理論和方法,重點(diǎn)研究了紫

2、莖澤蘭與幾種非入侵草本植物的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)及其競(jìng)爭(zhēng)策略,闡明了紫莖澤蘭與幾種非入侵草本植物的競(jìng)爭(zhēng)替代效應(yīng)及資源利用的生理生態(tài)機(jī)理,對(duì)揭示紫莖澤蘭的種群擴(kuò)張和實(shí)施紫莖澤蘭入侵生境的植物替代控制策略具有重要的理論指導(dǎo)意義與實(shí)踐價(jià)值.主要研究結(jié)果如下: 1.在溫室采用取代系列試驗(yàn)研究了紫莖澤蘭與三種非入侵草本植物(馬唐、牛膝菊和非洲狗尾草)幼苗的基本生物學(xué)特征及其競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng),以及施氮對(duì)其生長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)的影響.結(jié)果表明,四種植物同期播種,與紫莖澤蘭

3、相比三種非入侵草本植物植株高大、分蘗數(shù)多且生物量大,但不同物種植株葉片數(shù)關(guān)系各異;施氮對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育均具有促進(jìn)作用,但非入侵草本植物增長(zhǎng)能力更強(qiáng);在種間競(jìng)爭(zhēng)中,紫莖澤蘭植株株高、分蘗數(shù)、葉片數(shù)和生物量均隨其相對(duì)密度的下降而顯著降低或呈降低趨勢(shì),但非入侵草本植物則隨其相對(duì)密度的下降而顯著升高或無(wú)顯著變化.進(jìn)而表明,紫莖澤蘭幼苗期的競(jìng)爭(zhēng)能力較非入侵草本植物馬唐、牛膝菊和非洲狗尾草弱;施氮更有利于非入侵草本植物幼苗的生長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng);紫莖澤蘭相對(duì)密

4、度越低,在競(jìng)爭(zhēng)中受到的抑制作用越大. 2.在溫室比較研究了非洲狗尾草和紫莖澤蘭在不同氮磷肥力條件下的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)及其光合生理.結(jié)果表明,非洲狗尾草根生物量和總生物量較紫莖澤蘭的高,施肥顯著提高了非洲根狗尾草的相對(duì)生物量,其中施氮作用更為明顯.未施肥時(shí),紫莖澤蘭的光合養(yǎng)分(氮素、磷素、水分)利用效率均比非洲狗尾草的高,施肥時(shí)非洲狗尾草的光合養(yǎng)分利用效率、相對(duì)生長(zhǎng)速率和凈同化速率均顯著升高,而紫莖澤蘭的降低或無(wú)顯著變化,這些生理變化在施

5、用氮肥時(shí)比施用磷肥時(shí)更為明顯.說(shuō)明非洲狗尾草的相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力較紫莖澤蘭強(qiáng),施氮比施磷更有利于非洲狗尾草對(duì)紫莖澤蘭的競(jìng)爭(zhēng). 3.在野外建立不同密度非洲狗尾草和紫莖澤蘭單種及兩物種1:1混種種群,比較研究了兩物種2年期間的生長(zhǎng)特征及其競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng).結(jié)果表明:非洲狗尾草植株生物量、相對(duì)產(chǎn)量和競(jìng)爭(zhēng)平衡指數(shù)均較紫莖澤蘭的高,相對(duì)產(chǎn)量總和小于1,且均隨種群密度增大而更加明顯.紫莖澤蘭在混種密度為20株.m<'-2>、45株.m<'-2>和175株

6、.m<'-2>時(shí)植株生物量較其在單種對(duì)應(yīng)密度時(shí)分別降低了33.0﹪、38.5﹪和70.1﹪,而非洲狗尾草植株生物量在單混種時(shí)無(wú)明顯變化.兩物種混種時(shí),非洲狗尾草的根莖比比其在單種時(shí)降低,但紫莖澤蘭的根莖比比其在單種時(shí)升高.說(shuō)明在2年期間非洲狗尾草具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力,其地上競(jìng)爭(zhēng)作用更為明顯,在密度較高時(shí)對(duì)紫莖澤蘭的控制效果較好. 4.對(duì)上述種群中非洲狗尾草和紫莖澤蘭植株氮、磷、鉀養(yǎng)分含量和養(yǎng)分利用效率,以及植株養(yǎng)分生產(chǎn)力和養(yǎng)分平均

7、滯留時(shí)間的研究表明:(1)非洲狗尾草植株氮和鉀含量均顯著比紫莖澤蘭的高,而其磷含量顯著比紫莖澤蘭的低;兩物種植株氮和鉀含量均隨密度增大均顯著降低,而其磷含量則均顯著升高.(2)非洲狗尾草植株氮素利用效率顯著比紫莖澤蘭的高,但其磷素利用效率和鉀素利用效率均顯著比紫莖澤蘭的低;非洲狗尾草植株養(yǎng)分利用效率均隨種群密度增大顯著升高,紫莖澤蘭則顯著降低.與在單種時(shí)相比,在混種競(jìng)爭(zhēng)中非洲狗尾草植株養(yǎng)分利用效率均降低;紫莖澤蘭在密度為20株.m<'-

8、2>和45株.m<'-2>時(shí)植株養(yǎng)分利用效率均顯著升高,但在密度為175株.m<'-2>時(shí)急劇降低低.(3)兩物種植株養(yǎng)分生產(chǎn)力和養(yǎng)分平均滯留時(shí)間均顯著負(fù)相關(guān),但對(duì)密度變化和競(jìng)爭(zhēng)的反應(yīng)策略不同.說(shuō)明非洲狗尾草氮素利用能力比紫莖澤蘭強(qiáng),而磷素和鉀素利用能力比紫莖澤蘭弱;在密度較低時(shí)紫莖澤蘭對(duì)養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng),而在高密度時(shí)對(duì)養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)能力較弱. 5.對(duì)紫莖澤蘭和非洲狗尾草單種及兩物種1:1混種種群根際土壤中4種土壤酶活性和土壤有效

9、養(yǎng)分的研究表明:(1)非洲狗尾草種群根際土壤NH<,4><'+>-N和NO<,3>3-N含量均顯著比在紫莖澤蘭種群的高,而與在混種種群的無(wú)顯著差異;非洲狗尾草種群根際土壤有效磷和有效鉀含量均顯著比在紫莖澤蘭種群的低,但顯著比在混種種群的高.(2)非洲狗尾草種群根際土壤蛋白酶和脲酶活性均顯著比在紫莖澤蘭種群的高,但其磷酸酶和蔗糖酶活性均顯著比在紫莖澤蘭種群的低,在單種和混種種群中不同酶活性高低關(guān)系不一致.(3)不同種群根際土壤有效養(yǎng)分與土

10、壤酶活性具有較一致的相關(guān)性.這說(shuō)明非洲狗尾草對(duì)土壤含氮化合物的活化能力比紫莖澤蘭強(qiáng),且在種間競(jìng)爭(zhēng)中能夠抑制紫莖澤蘭對(duì)土壤含磷和含鉀化合物的活化能力,這可能是其競(jìng)爭(zhēng)取勝的原因之一;土壤酶活性對(duì)根際土壤有效養(yǎng)分的變化可能具有重要作用. 6.不同植物功能型群落對(duì)紫莖澤蘭種子發(fā)芽存活率和幼苗生長(zhǎng)影響的研究表明:(1)紫莖澤蘭種子在非洲狗尾草種群和非洲狗尾草與牛膝菊混種種群中均不能發(fā)芽存活,在禾本科植物群落中的發(fā)芽存活率比在非禾本科植物群