入侵植物黄顶菊与3种牧草竞争效应研究

以入侵植物黄顶菊和多年生黑麦草、紫花苜蓿、高丹草3种牧草为试验材料,采用盆栽取代试验方法观察了不同密度及比例条件下4种植物的竞争表现,为黄顶菊生物替代提供理论依据.结果表明:(1)在3种牧草中,高丹草对黄顶菊株高控制效果最为明显,并以苗期效果最好,在低密度比例下对黄顶菊抑制率即可达60.00%;而多年生黑麦草和紫花苜蓿的控制效果较差,在低密度比例下对黄顶菊起不到抑制作用.(2)在高丹草低密度替代组合中,黄顶菊单株生物量、分枝数比对照均明显减少,抑制率分别可达91.40%和44.87%;而多年生黑麦草和紫花苜蓿各密度替代组合中,黄顶菊单株生物量、分枝数与对照相同或大于对照.(3)在各个生育时期,除高密度高丹草替代组合外,其他组合中黄顶菊的相对产量值均极显著小于1.0,生长受明显抑制;而在各替代密度下,多年生黑麦草、紫花苜蓿与黄顶菊竞争替代效果均不明显.研究发现,高丹草的替代效果明显优于多年生黑麦草和紫花苜蓿,可以作为生物替代的材料对黄顶菊进行替代控制,且在植株比为1∶3比例下即可实现理想控制效果.     

不同植物(组合)对入侵杂草黄顶菊功能性状的影响

【目的】外来植物的入侵能力与其性状之间的关系是入侵生态学中的基本问题之一。外来植物成功入侵具备哪些植物功能性状,一直是研究的热点问题,研究和把握这些性状对外来植物的入侵机理研究具有重要的现实意义。【方法】利用同质园实验,以入侵植物黄顶菊为研究对象,设置不同的植物(或组合)与黄顶菊竞争处理,研究不同植物(组合)对黄顶菊植物功能性状的影响,从而探究不同植物对黄顶菊的抵御能力。【结果】地肤、苘麻、苏丹草和苏丹草与地肤、黄花草木樨组合对黄顶菊有一定抑制作用,混种处理中黄顶菊的生物量、分枝数、株高显著低于黄顶菊单种处理,且对叶片功能性状、根功能性状、植株的全C和全N量等都有一定程度的影响。而反枝苋、反枝苋和紫花苜蓿组合对黄顶菊的生长有一定的促进作用,混种处理中黄顶菊的生物量与全C、全N含量较单种黄顶菊显著增加。【结论】不同植物与黄顶菊竞争生长对黄顶菊的影响不同,地肤和苘麻可以显著地抑制黄顶菊的主要功能性状生长发育,而反枝苋和紫花苜蓿促进黄顶菊生长发育。     

四种牧草植物替代控制对黄顶菊入侵土壤细菌多样性的影响

 土壤微生物群落与植物的生长发育密切相关, 入侵植物可以改变入侵地土壤微生物类群, 使土壤理化性质发生变化, 从而促进其入侵过程。该文通过比较高丹草(Sorghum bicolor × S. sudanense)、向日葵(Helianthus annuus)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和多年生黑麦草(Lolium perenne)4种替代植物与黄顶菊(Flaveria bidentis)混合种植(以下简称混种)后不同时期的土壤细菌多样性的变化, 揭示土壤细菌群落对黄顶菊入侵及替代管理措施的响应规律。结果表明, 单独种植(以下简称单种) 黄顶菊的土壤细菌多样性下降, 并且在整个生长期多样性指数多数情况下低于高丹草、向日葵、紫花苜蓿和多年生黑麦草单种或与黄顶菊混种的土壤。当4种替代植物与黄顶菊混种后, 土壤细菌16S rRNA的变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱与它们分别种植时存在明显差异, 且不同生长期各个混种土壤都有特征细菌群落。4种替代植物单种或与黄顶菊混种的土壤细菌Shannon多样性指数变化规律与植物生长发育趋势相同, 7月份达到高峰, 8月份开始降低。总之, 黄顶菊入侵降低了土壤细菌群落多样性, 4种替代植物与黄顶菊混种后, 又可提高土壤细菌群落多样性, 这种变化对黄顶菊成功入侵和替代防控具有重要作用。     

不同植物对黄顶菊根际土壤微生物和土壤养分的影响

[目的] 不同植物对外来入侵植物的抵御能力不同,研究不同植物对入侵植物根际土壤生态的影响可为筛选入侵植物的竞争替代植物提供科学依据。[方法] 利用同质园试验,以入侵植物黄顶菊为研究对象,设置黄顶菊单种、黄顶菊与不同植物（地肤、苘麻、苏丹草、反枝苋）混种处理,采用磷脂脂肪酸分析方法来研究不同植物对黄顶菊根际土壤微生物群落结构的影响,并结合土壤养分的变化探究不同植物对黄顶菊根际土壤生态的影响。[结果] 与黄顶菊单种相比,地肤和苘麻降低了黄顶菊根际微生物的总含量,改变了黄顶菊根际微生物群落结构。地肤、苘麻能竞争性抑制黄顶菊对铵态氮的吸收,从而抑制黄顶菊的生长。[结论] 不同植物的抵御能力与其土壤生态有关,替代植物通过改变黄顶菊根际土壤微生物,抑制黄顶菊对氮的吸收,从而抑制黄顶菊的生长,实现对黄顶菊的替代控制。     

不同混种密度下杀真菌剂对黄顶菊与反枝苋种间竞争的影响

为探究AM真菌共生对黄顶菊(Flaveria bidentis)与本地物种间竞争关系的影响,开展了不同种植比例条件下杀真菌剂对黄顶菊与反枝苋(Amaranthus retroflexus)的种间竞争试验。结果表明:黄顶菊是一种菌根真菌(AM)高度依赖性植物,杀真菌剂处理对其竞争效应产生了显著影响;在添加杀真菌剂条件下黄顶菊的相对产量在黄顶菊与反枝苋种植比例为1∶2、1∶1、2∶1条件下均1.0,而反枝苋的相对产量均1.0,且两者混种时的相对产量总和在黄顶菊与反枝苋种植比例为1∶2、1∶1、2∶1条件下均1.0,这说明反枝苋相对于黄顶菊而言是一种较强的竞争者,两者需要相同的资源;不添加杀真菌剂条件下,黄顶菊植株全氮、全磷含量分别增加1.1~1.6倍和1.1~1.2倍,而反枝苋的全氮、全磷含量无明显变化;AM真菌共生可能通过菌根介导的化感互作影响外来入侵植物与土著植物竞争格局,且受外界环境条件影响,这种共生关系可以减缓外界胁迫对共生植物不利的影响。     

替代牧草对黄顶菊生物量分配及光合作用的影响

选用高丹草、沙打旺两种牧草对入侵植物黄顶菊进行生物替代,比较不同替代处理中黄顶菊的生物量分配和光合特性的差异以验证替代效果。结果表明:替代调控明显地影响了黄顶菊的生物量积累并且改变了其分配格局;替代处理区的各生物量指标均显著低于对照区;与黄顶菊单种对照相比,沙打旺和高丹草中的黄顶菊总生物量分别下降了90.2%、94.2%;沙打旺中的黄顶菊和高丹草中的黄顶菊叶生物量比升高,而根生物量比、支持结构生物量比、根冠比降低,显示黄顶菊在替代处理下倾向于增加光合同化器官面积。替代处理下的黄顶菊光合作用均受到显著影响,净光合速率Pn显著下降,其中高丹草中的黄顶菊的Pn仅为2.15 μmolCO2·m-2·s-1。试验结果显示,在替代条件下限制光合的主要因素是非气孔限制因素,即导致黄顶菊光合作用大幅下降的原因是替代牧草遮阴作用引起的光能供应的不足。可塑性指数分析表明,黄顶菊具有较高的表型可塑性,显示其对逆境条件较强的适应性与入侵能力。替代措施能抑制黄顶菊的生物量积累与繁殖,影响其光合生产力,具有较好的防控效果。     

黄顶菊与3种本地植物竞争对丛枝菌根真菌种类和多样性的影响

【目的】外来植物黄顶菊对生态环境和农业经济造成了严重危害,了解黄顶菊与3种不同本地植物种植生长对丛生菌根(AM)真菌群落结构和多样性造成的影响,可以从土壤微生物角度进一步解释黄顶菊的入侵机制。【方法】通过同质园小区试验模拟黄顶菊入侵的生态进程,以黄顶菊和3种本地植物狗尾草、藜、黄香草木樨为研究对象,采用AM真菌的形态学鉴定方法,研究黄顶菊与3种本地植物不同种植方式对AM真菌群落结构和多样性的影响。【结果】(1)黄顶菊根际土壤聚集的AM真菌种类与其伴生本地植物种类有关:黄顶菊与狗尾草混种处理中优势种为网状球囊霉和根内球囊霉,而黄顶菊分别与藜、草木樨混种处理中优势种均为网状球囊霉、根内球囊霉和缩球囊霉;(2)黄顶菊分别与狗尾草和黄香草木樨混种处理中AM真菌种类既高于本地单种处理,也高于黄顶菊单种处理,说明随着黄顶菊的入侵和地上植物多样性的改变,AM真菌种类也发生改变;(3)与3种本地植物单种相比,黄顶菊各混种处理和黄顶菊单种处理中黄顶菊根际土壤根内球囊霉的重要值均增加,表明黄顶菊入侵有利于根内球囊霉的生长和发育。【结论】黄顶菊入侵改变了根际土壤AM真菌的群落结构和多样性,AM真菌的改变既与本地植物种类有关,也与入侵程度有关。     

红薯对薇甘菊的竞争效应

在外来入侵生物的生态管理中,利用具有较高经济价值的本地植物或伴生的本地物种进行替代控制是治理入侵植物的有效途径之一。本研究以本地作物红薯(Ipamoea batas)和入侵植物薇甘菊(Mikania micrantha)为试验对象,田间试验条件下采用deWit取代法,研究了红薯对薇甘菊的竞争效应。结果表明:薇甘菊单种时,主茎长、分枝长、节间长和分枝数大于红薯,而主茎节数、不定根节数、叶柄长、叶面积均明显小于红薯,使薇甘菊在与红薯争夺养分和光照时处于劣势;在薇甘菊与红薯共存条件下,各个混种比例中薇甘菊的株高、分枝、叶、茎节不定根和生物量等均受到显著抑制,且受到的抑制率普遍高于其对红薯的抑制率;薇甘菊和红薯的相对产量(RY)、相对产量总和(RYT)均显著小于1.0,说明2物种的种间竞争大于种内竞争;红薯对薇甘菊的竞争平衡指数,只有在薇甘菊所占比例高时(1:3)竞争平衡指数显著小于0,其余各个混种比例下竞争平衡指数均显著大于0,说明红薯与薇甘菊之间存在很强的竞争作用,红薯对薇甘菊的竞争力强于薇甘菊。本研究表明,无论是从形态特征还是生物量来看,红薯都可以作为一种对薇甘菊进行替代控制的理想竞争植物。     

Bacillus promotes invasiveness of exotic Flaveria bidentis by increasing its nitrogen and phosphorus uptake

芽孢杆菌通过提高黄顶菊对氮和磷的吸收促进外来黄顶菊的入侵 外来植物入侵对土壤芽孢杆菌(Bacillus)多样性的影响及芽孢杆菌在外来植物入侵中的作用目前尚不清楚。黄顶菊(Flaveria bidentis)是入侵中国的有害杂草,狗尾草(Setaria viridis)是黄顶菊入侵地常见的伴生植物种。本研究利用野外大田试验和温室盆栽试验,比较黄顶菊和狗尾草根际土壤芽孢杆菌群落结构的差异,以及黄顶菊和狗尾草根际土壤芽孢杆菌对黄顶菊竞争生长的影响。野外大田试验包括黄顶菊 单种、黄顶菊和狗尾草混种、狗尾草单种3个处理。利用16S rRNA基因测序技术研究了不同处理两种植物 根际土壤芽孢杆菌的多样性,获知黄顶菊根际土壤聚集的优势芽孢杆菌;利用温室盆栽试验探究优势芽孢杆菌对黄顶菊竞争生长的影响。研究结果表明,黄顶菊和狗尾草根际土壤芽孢杆菌多样性差异显著,其中耐寒芽孢杆菌是黄顶菊和狗尾草根际土壤聚集的优势芽孢杆菌,但是黄顶菊根际土壤中耐寒芽孢杆菌相对丰度显著高于狗尾草根际土壤耐寒芽孢杆菌的相对丰度。接菌试验表明,与狗尾草根际土壤中的耐寒芽孢杆菌相比,黄顶菊根际土壤聚集的耐寒芽孢杆菌提高了黄顶菊体内氮和磷的水平。总之,黄顶菊入侵改变了根际土壤芽孢杆菌的群落结构,黄顶菊根际土壤聚集的耐寒芽孢杆菌通过提高黄顶菊植株体内氮、磷水平来促进黄顶菊的生长。     

两种本地植物种子萌发对飞机草的化感耐受性及其相互竞争

为探讨本地物种假地豆和白饭树对入侵植物飞机草的替代控制潜力,利用培养皿法和同质园种植实验分别研究了两个本地物种种子萌发对飞机草的化感耐受性及其与飞机草的竞争关系。结果显示:除了假地豆的萌发率在高浓度(2.5%)的飞机草叶提取液下受到显著抑制外,两个本地种的萌发在不同浓度飞机草根、茎、叶提取液下均不受抑制。飞机草与假地豆混种时,飞机草的株高、地下生物量比及根冠比显著降低,假地豆的株高无显著变化,但生物量显著增加;飞机草的竞争参数相对产量(RY)显著小于1,竞争攻击力系数显著小于零,表明其竞争力弱于假地豆。飞机草与白饭树混种时,飞机草的根冠比也显著降低,但株高和生物量均显著增加,而白饭树的株高和生物量却显著降低;飞机草的相对产量(RY)显著大于1,竞争攻击力系数显著大于零,表明其竞争力强于白饭树。结合以上结果,本地植物假地豆可以一定程度上竞争抑制飞机草的生长,具有替代控制飞机草的潜力,而白饭树可以在清除飞机草后的入侵地辅助植被修复。实验结果为飞机草替代控制的目标物种的筛选提供了科学依据,对被飞机草入侵生境生物多样性的恢复和重建具有一定指导意义。