不同土壤养分水平下2种外来鬼针草和近缘本地种的比较研究

【背景】鬼针草属白花鬼针草和三叶鬼针草原产于热带美洲,入侵我国后给生态环境、农业经济等造成严重的危害和影响。目前,关于它们的研究主要针对单个物种。为了更好地理解这2种外来鬼针草的入侵能力和入侵机制,本文开展了这2种入侵种与近缘本地种之间的比较研究。【方法】通过盆栽试验,设置低肥和高肥2个养分水平,测量和计算2种外来鬼针草与近缘本地种金盏银盘在不同土壤养分水平下的形态和生长参数、生物量及其分配、繁殖持续期、单株种子产量以及表型可塑性指数等。【结果】在低肥条件下,除了繁殖持续期和种子产量外,2种外来种和本地种的大多数参数均无显著差异。但在高肥条件下,外来种白花鬼针草的总叶面积、比叶面积、叶面积比、繁殖持续期和种子产量明显高于本地种,而三叶鬼针草总叶面积、比叶面积、总生物量、相对生长速率却显著低于本地种。在对土壤养分的可塑性方面,白花鬼针草在株高、总叶面积、比叶面积、总生物量、叶面积比、相对生长速率、平均叶面积比和种子产量方面的可塑性均高于其他2种植物;三叶鬼针草与金盏银盘相比,大多数参数的可塑性指数较接近。【结论与意义】白花鬼针草是一种入侵能力很强的外来种。长的繁殖持续期和高种子产量是白花鬼针草和三叶鬼针草有别于本地种金盏银盘的重要入侵性状。本研究可为揭示三叶鬼针草和白花鬼针草的入侵机制和影响因素提供依据,并为入侵预测和控制提供基本资料。     

不同光照和水分下三叶鬼针草与本地种金盏银盘生长特征的比较研究

为探讨三叶鬼针草(Bidens pilosa)成功入侵机制,利用盆栽试验对不同光照和水分条件下三叶鬼针草与本地种金盏银盘(B.biternata)的生长特征进行了比较研究。结果表明,两物种对光和水的变化均具有较大可塑性,但与金盏银盘相比,在有利环境下三叶鬼针草具有较大的株高、叶面积、生物量;在不利环境下,三叶鬼针草具有较大的比叶面积和叶面积比;除叶面积比和叶生物量比外,三叶鬼针草各生理参数的可塑性指数均高于本地种。这说明三叶鬼针草具有较强的表型可塑性和入侵适应性,这些特性促进了其成功入侵。     

涝渍胁迫对入侵植物白花鬼针草及其本地近缘种金盏银盘生长和生理特性的影响

[目的]揭示涝渍胁迫下白花鬼针草与其本地近缘种金盏银盘的生长和生理特性差异。[方法]研究对照和涝渍胁迫下白花鬼针草和金盏银盘株高、新生不定根数目、净光合速率（P_n）、总生物量、相对生长速率、叶面积等生长和生理指标的变化。[结果]涝渍胁迫后入侵植物白花鬼针草比本地种金盏银盘保持了更高的株高、新生不定根数目和P_n（P<0.01）,更高的总生物量、相对生长速率、根生物量、茎生物量、叶生物量、叶面积（P<0.05）。涝渍胁迫10 d内,白花鬼针草根系活力和光系统II最大光量子产量显著高于金盏银盘（P<0.05）,涝渍胁迫20 d后2物种的2个参数趋于一致,这些结果表明涝渍对白花鬼针草生长的负面影响较小。涝渍胁迫前期更快的不定根生长速度和更高的根系脱氢酶活力可缓解涝渍对白花鬼针草的胁迫,减少了涝渍对光合系统的破坏,使其保持更高的P_n,从而有助于白花鬼针草保持更高的生长速率,是白花鬼针草耐受涝渍的生理机制。[结论]与本地近缘种金盏银盘相比,短期涝渍可使入侵植物白花鬼针草形成生长优势,华南地区雨季短期集中降水所形成的土壤涝渍有利于白花鬼针草的入侵。全球气候变化造成的降水不平衡性可能会加剧白花鬼针草在华南地区的入侵。     

入侵植物三叶鬼针草与近缘本地种金盏银盘的可塑性研究进展

入侵植物三叶鬼针草(Bidens pilosa)是与农作物竞争的恶性杂草,而我国鲜有对其入侵能力的系统总结。作者综述了三叶鬼针草及其近缘本地种金盏银盘在不同环境下表型可塑性的研究进展,比较了两者在不同光照和温度、不同埋土深度的种子萌发概况,不同光照、水分、温度及土壤养分环境条件下幼苗生物量分配特点及其繁殖特性,阐明了三叶鬼针草成功入侵的机制包括快速繁殖能力、较广的生态适应性、根系分泌物的化感作用等。最后,对三叶鬼针草未来的研究进行了展望,并总结了三叶鬼针草的防控策略。     

模拟氮沉降对鬼针草及其近缘本地植物的影响

【目的】理解氮素增加对入侵植物与近缘共存本地植物生长和竞争的影响,可为预测全球氮沉降背景下入侵植物的风险评价和本地植物的保护提供依据。【方法】为模拟氮沉降,设置对照(无氮添加)、低氮(1 g·m^-2·a^-1)和高氮(5 g·m^-2·a^-1)添加3种处理,将入侵植物鬼针草及其近缘共存的本地植物金盏银盘分别单种和混种,比较它们在各处理下的生长(株高、分枝数和生物量等)和竞争[相对优势度指数(RDI)与相对互作强度指数(RII)]情况。【结果】无论有无竞争,高氮添加均显著增加鬼针草的生物量,降低其根冠比;无竞争时,高氮添加还显著增加其株高和分枝数。但高氮添加仅显著增加金盏银盘无竞争时的生物量。在所有氮处理下,鬼针草的RDI和RII均显著大于金盏银盘。高氮添加显著增加鬼针草的RDI,但其RII在所有氮处理间无显著差异;高氮添加显著降低金盏银盘的RDI和RII。【结论】高氮更利于鬼针草的生长,其在所有氮素处理下均有较强的竞争力和竞争耐受性,且高氮处理下竞争力更强。因此,全球氮沉降增加会加剧鬼针草对近缘本地植物的竞争抑制和入侵风险。     

3种菊科入侵植物不同生长时期的土壤酶活性和养分变化

【目的】黄顶菊、三叶鬼针草和豚草是我国危害较严重的3种菊科入侵植物。了解3种菊科植物生长过程中土壤养分和酶活性的变化,可以为研究其入侵机制提供依据。【方法】在中国农业科学院植物保护研究所廊坊中试基地开展同质园实验,比较分析了黄顶菊、三叶鬼针草和豚草3种菊科入侵植物在幼苗期、旺盛生长期和生殖生长期根际土壤养分和酶活性的变化。【结果】3种外来菊科植物的生长时期对土壤养分和酶活性存在显著影响。3种外来植物入侵域的土壤速效磷、硝态氮含量以及磷酸酶活性随生长时期变化都表现出先升高后降低的趋势,均在旺盛生长期达到最大值。入侵域土壤速效磷和硝态氮含量的变化趋势与狗尾草明显不同。3种外来植物入侵降低了土壤速效钾含量,提高了土壤脲酶、磷酸酶活性。【结论】3种外来菊科植物的入侵改变了土壤养分和酶活性,创造出更有利于自身生长和繁殖的条件,以利于其进一步扩张。     

土壤养分对菊科一年生入侵种和本地种繁殖性状的影响

入侵植物繁殖性状的研究可为揭示植物入侵机制提供重要的科学依据。为研究土壤养分对入侵植物和本地植物繁殖性状的影响, 并进一步研究养分添加是否更能促进入侵植物的繁殖能力, 我们设置了低、高两个养分水平, 通过同质园实验比较了不同土壤养分对假臭草(Praxelis clematidea)、胜红蓟(Ageratum conyzoides)、三叶鬼针草(Bidens pilosa) 3种菊科一年生入侵种和夜香牛(Vernonia cinerea)、一点红(Emilia sonchifolia)、墨旱莲(Eclipta prostrata) 3种本地种繁殖性状的影响。研究结果显示, 养分添加提高了6种菊科植物的开花株高、株高、地上生物量、单粒种子重量、总花序数、每花序种子数、总种子数量、总种子重量, 并使开花时间提前、花期延长。养分添加对入侵种的开花株高和单粒种子重量的提高幅度要比本地种更显著。相对于部分本地植物(夜香牛、墨旱莲), 养分添加更能促进部分入侵植物(假臭草、胜红蓟)的繁殖能力。三叶鬼针草和一点红的总种子数量和总种子重量在两种土壤养分水平下均较小。本地种墨旱莲的总种子数量和总种子重量在低养分条件下高于3个入侵种。这些结果表明, 高土壤养分仅能促进部分入侵植物相对于部分本地植物的繁殖能力。     

不同光照和水分条件下鬼针草属入侵种与本地种生长、光合特征及表型可塑性的比较

为探讨鬼针草属(Bidens)入侵种的入侵性,利用同质园种植实验比较了该属入侵种三叶鬼针草(Bidens pilosa)和大狼耙草(B.frondosa)与本地种金盏银盘(B.biternata)和狼耙草(B.tripartita)在光照与水分交互作用下的形态、生长、生物量分配、光合特征及其表型可塑性的差异。结果表明:入侵种的株高和生物量在低光低水条件下与本地种相似,在有利的光照和水分条件(高光高水)下显著高于本地种,相对生长速率在高光条件下均高于本地种。入侵种在高光处理下增加了对地下部分的资源投入,在低光处理下增加了对叶的投入,且低光低水条件下比叶面积显著高于本地种。这些特性可能提高了入侵种对资源的捕获和利用能力,使其既能耐受不利的环境,又能在有利的条件下表现最大化。入侵种和本地种的形态、生长和光合生理等参数对水分变化的可塑性指数均较小,对光照变化的可塑性指数均较大。入侵种的多数变量对光照响应的可塑性指数大于本地种,较大的表型可塑性可能促进其成功入侵。另外,入侵种和本地种的光合生理参数无显著差异。相对于光合特征,形态、生长、生物量分配和表型可塑性等可能对鬼针草属入侵种的入侵性更为重要。     

光强对三叶鬼针草生长特征的影响

利用温室盆栽试验,研究了不同光强100%、40%、20%和5%下三叶鬼针草营养生长期和繁殖期的生长特征。结果表明:中度遮荫有利于三叶鬼针草支持结构的生长和营养期的物质积累,重度遮荫下仍能生长良好。在两个生长时期,相对生长速率(RGR)、净同化速率(NAR)均在100%光强下最大,5%光强下最小;总生物量在营养期和繁殖期分别在40%光强和全光照下最大,在3%光强下最小;株高、总叶面积(TLA)、根生物量比(RMR)、根冠比(R/C)、叶生物量比(LMR)、比叶面积(SLA)、叶面积比(LAR)、平均叶面积比(LARm)在3%光强时均大于全光照下的;支持结构生物量比(SBR)在40%光强、20%光强下大于3%光强和全光照处理。这说明三叶鬼针草在形态、生物量分配及生长特性上对光因素具较强的可塑性,这可能是其分布范围广、具有强入侵性的因素之一。     

不同程度南方菟丝子寄生对入侵植物三叶鬼针草生长的影响

生物入侵严重影响了生态系统的结构和功能。菟丝子属植物可以有效地抑制入侵植物的生长,恢复本地群落,是一种有效的生物防治剂。本文以本地寄生植物南方菟丝子（Cuscuta australis）和三叶鬼针草（Bidens pilosa L.）为研究对象,采用不同数量的南方菟丝子茎段（长度15cm）寄生入侵植物三叶鬼针草来形成不同的寄生程度（寄生I、II、III分别由1、2、3段南方菟丝子茎段寄生）,分析不同程度的寄生对寄主三叶鬼针草补生长的影响,并探讨寄生植物对寄主补偿生长的诱导。南方菟丝子寄生34d之后,三种程度的寄生均可显著抑制三叶鬼针草生长。寄生III处理组的南方菟丝子生物量显著大于寄生I和寄生Ⅱ处理组。不同寄生强度对三叶鬼针草生长的影响具有一定的差异。寄生II和寄生III的三叶鬼针草叶生物量、茎生物量、地上生物量、地下生物量、总生物量、株高与冠幅均显著低于寄生I,但相互之间不存在显著性差异;寄生II的三叶鬼针草的叶面积、根长和根体积均显著低于寄生I,寄生III的叶面积和根长高于寄生II,但与寄生I及寄生II之间不存显著性差异,寄生III的根体积显著高于寄生II,但与寄生I之间不存在显著性关异。与对照相比,不同程度寄生下三叶鬼针草的NAR和RGR极显著降低。寄生II的三叶鬼针草的RGR显著低于寄生I,寄生III的三叶鬼针草的RGR高于寄生II,但与寄生I及寄生II之间均不存在显著性差异。寄生II与寄生III的三叶鬼针草的NAR显著低于寄生I组,但相互之间不存在显著性差异。除寄生I处理组外,寄生II与寄生III处理导致三叶鬼针草与南方菟丝子的累积生物量均显著低于对照。寄生II处理组的累积生物量要低于寄生I处理组,寄生III处理组的累积生物量要高于寄生II处理组,但显著低于对照组,表明寄生III处理组的三叶鬼针草产生了低补偿生长。由于南方菟丝子寄生显著抑制入侵植物的生物量,因此南方菟丝子仍具有防治入侵植物的潜力。     

不同土壤水分和养分条件下喜旱莲子草与同属种生长状况的比较研究

喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵已在中国造成巨大的生态和经济损失。为揭示喜旱莲子草成功入侵的生态机制并预测其种群扩张趋势及其与环境因子的关系, 作者比较了喜旱莲子草与其同属的外来弱入侵种刺花莲子草(A. pungens)以及土著种莲子草(A. sessilis)在不同土壤水分、养分条件下的生长状况。结果显示: 在高水高肥条件下, 喜旱莲子草的生物量要高于刺花莲子草和莲子草, 而在低水低肥条件下却不如这两个同属种; 弱入侵种刺花莲子草在低水条件下的生物量要高于强入侵种喜旱莲子草和土著种莲子草, 说明植物的入侵性受环境条件的影响。另外, 强入侵种喜旱莲子草形态学性状的可塑性较高, 在各种条件下都具有较高的比叶面积, 暗示这两个指标可作为莲子草属外来植物入侵性的预测指标。     

菊科入侵植物三叶鬼针草的繁殖特征及其与入侵性的关系

三叶鬼针草(Bidens pilosa)是一种危害严重的菊科入侵植物.通过实验观察和人工控制套袋等方法,对其花序开花动态、花粉胚珠比(P/O)、自交亲和性、花粉活力、访花昆虫和种子(瘦果)的萌发率等与繁殖相关的特征进行了研究,探讨了这些繁殖特征与入侵性的关系.三叶鬼针草在10-11月开花,单个花序的花期约为5-6天.每小花的花柱基部有圆筒状的蜜腺环绕.单个花序内可自交亲和,自交结实率和花粉活力均较高,其P/O值为1754.12士29.87.主要访花者为灰蝶科(Lycaenidae)、粉蝶科(Pjerjdae)和茧蜂科(Braconidae)昆虫.三叶鬼针草所具有的灵活交配机制是其入侵成功的重要因素.此外,三叶鬼针草结实量大、种子产生迅速且适于传播,以及种子萌发范围广和短期快速萌发等特性也增强了其入侵性.     

Spanish needles (Bidens pilosa L.) as a wild food resource

Spanish needles (Bidens pilosa L.) is a common and pestiferous weed in nearly all tropical and subtropical areas. While it is primarily regarded as a subject for eradication, it has usefulness as a cover crop and fodder and source of nectar for honeybees. It is employed to some extent in native medicine and as food. Culinary trials ofB. pilosa var. radiata in South Florida indicate that the young shoots of this and other varieties might well be more widely eaten as cooked greens.     

菊科入侵植物三叶鬼针草的繁殖特征及其与入侵性的关系

三叶鬼针草(Bidens pilosa)是一种危害严重的菊科入侵植物。通过实验观察和人工控制套袋等方法, 对其花序开花动态、花粉胚珠比 (P/O)、自交亲和性、花粉活力、访花昆虫和种子 (瘦果)的萌发率等与繁殖相关的特征进行了研究, 探讨了这些繁殖特征与入侵性的关系。三叶鬼针草在10-11月开花, 单个花序的花期约为5-6天。每小花的花柱基部有圆筒状的蜜腺环绕。单个花序内可自交亲和, 自交结实率和花粉活力均较高, 其P/O值为1 7 54.1 2±29 .8 7。主要访花者为灰蝶科(Lycaenidae)、粉蝶科(Pieridae)和茧蜂科(Braconidae)昆虫。三叶鬼针草所具有的灵活交配机制是其入侵成功的重要因素。此外, 三叶鬼针草结实量大、种子产生迅速且适于传播, 以及种子萌发范围广和短期快速萌发等特性也增强了其入侵性。     

Phenotypic plasticity of <Emphasis Type="Italic">Chenopodium murale</Emphasis> across contrasting habitat conditions in peri-urban areas in Indian dry tropics: Is it indicative of its invasiveness?

Phenotypic plasticity is an important plant trait associated with invasiveness of alien plants that reflects its ability to occupy a wide range of environments. We investigated the phenotypic response of Chenopodium murale to resource variability and ontogeny. Its plant-level and leaf-level traits were studied at high-resource (HR) and low-resource (LR) sites in peri-urban areas in Indian dry tropics. Plants at LR had significantly higher root length, root/shoot biomass ratio, stem mass and root mass fractions. Plants at HR had higher shoot length, basal diameter, leaf mass fraction and leaf area ratio. Leaf-level traits like leaf area and chlorophyll a were also higher here. Mean plasticity indices for plant- and leaf-level traits were higher at HR. With increasing total plant biomass, there was significant increase in the biomass of leaf, stem, root, and reproductive parts, and root and shoot lengths, whereas root/shoot length ratio, their biomass ratio, and leaf and root mass fractions declined significantly. Allocation to roots and leaves significantly decreased with increasing plant size at both sites. But, at any size, allocation to roots was greater at LR, indicative of optimization of capture of soil nutrients, whereas leaf allocation was higher at HR. Consistently increasing stem allocation equaled leaf allocation at comparatively higher shoot lengths at HR. Reproductive biomass comprised 10–12% of the plant’s total biomass. In conclusion, the success of alien weed C. murale across environmentally diverse habitat conditions in Indian dry tropics can be attributed to its high phenotypic plasticity, resource utilization capability in low-resource habitats and higher reproductive potential. These characteristics suggest that it will continue to be an aggressive invader.     

丛枝菌根真菌在内的土壤真菌对入侵植物紫茎泽兰的正反馈：证据来自野外实验

包括紫茎泽兰在内的许多外来植物都能够与新入侵生境的丛枝菌根真菌（ AMF）形成互利共生,因此菌根真菌如何调节外来植物种的入侵是当前亟待研究的问题。测定了紫茎泽兰入侵不同阶段（紫茎泽兰呈零星丛状分布于本地植物群落中[部分入侵生境]及紫茎泽兰单优群落形成期[入侵生境]）的土壤化学性状,而后通过野外试验,采用杀真菌剂处理,研究了包括AMF在内的土壤真菌对紫茎泽兰入侵的反馈作用。紫茎泽兰入侵改变了土壤化学性状。施用杀真菌剂降低了紫茎泽兰叶面积、叶片碳、氮、磷、和δ13 C含量。综合分析发现,在紫茎泽兰与本地植物混生群落中,土壤真菌能够增加紫茎泽兰叶片碳和δ13 C含量,但是不能提高紫茎泽兰的光合作用,表明碳和δ13 C含量的提高,不是光合作用的结果,而是通过其他机制实现的。因此可以得出,在部分入侵生境中,碳从土壤或临近植物经由菌丝网向紫茎泽兰转移。紫茎泽兰入侵不同阶段土壤养分的变化利于紫茎泽兰种群建立,同时利于紫茎泽兰借助真菌（尤其是AMF）从土壤或临近植物转移碳,促进种群扩散,这可能是紫茎泽兰入侵的机制之一。     

Allometry of Salsola collina in response to soil nutrients,water supply and population density

The allometry of greenhouse‐grown Salsola collina Pall. in response to variation in soil nutrient content, water supply and population density has been compared. The results showed that the biomass allocation was size‐dependent. Root, stem, leaf and reproductive allocation showed a ‘true’ plasticity in response to soil nutrient variation. At low soil nutrient content, plants tended to allocate more biomass to the development of reproductive organs than to stem and leaf, but root allocation was consistent due to a tradeoff between the effects of plant size and soil nutrient content. The plasticity of stem allocation and reproductive effort was ‘true’, while the plasticity of root allocation was ‘apparent’, but there was no plasticity for leaf allocation in response to soil water variation. At lower soil water content, plants tended to allocate more biomass to the stem than to development of reproductive organs. With the exception of ‘apparent’ plasticity of root allocation, no plasticity was detected in biomass allocation when population density was varied.     

Allocation,within and between organs,and the dynamics of root length changes in two birch species

Spatial and temporal dynamics of biomass allocation within and between organs were investigated in seedlings of two birch species of contrasting successional status. Seedlings of Betula alleghaniensis Britt (yellow birch) and B. populifolia Marsh (gray birch) were grown for 6 weeks at two nutrient levels in rectangular plexiglass containers to allow non-destructive estimates of root growth, production and loss. Leaf area and production were simultaneously monitored. Yellow birch responded more to nutrient level than gray birch in terms of total biomass, shoot biomass, leaf area and root length. Yellow birch also flexibly altered within-organ allocation (specific leaf area, specific root length and specific soil amount). In contrast, gray birch altered between-organ allocation patterns (root length:leaf area and soil amount:leaf area ratios) more than yellow birch in response to nutrient level. Yellow birch showed greater overall root density changes within a very compact root system, while gray birch showed localized root density changes as concentric bands of new root production spread through the soil. Species differ critically in their responses of standing root length and root production and loss rates to nutrient supply. Early successional species such as gray birch are hypothesized to exhibit higher plasticity in varied environments than later successional species such as yellow birch. Our results suggest that different patterns of allocation, within and between plant organs, do not necessarily follow the same trajectories. To characterize thoroughly the nature of functional flexibility through ontogeny, within- and between-organ patterns of allocation must be accounted for.