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白茅对紫茎泽兰的竞争效应



全 文 :白茅对紫茎泽兰的竞争效应*
彭 恒 1  桂富荣 1** 李正跃 1 李 隽 1  万方浩 2
(1云南农业大学植物保护学院 , 农业生物多样性与病虫害控制教育部重点实验室 , 昆明 650201;2中国农业科学院植物保护
研究所 ,植物病虫害生物学国家重点实验室 , 北京 100081)
摘 要 外来生物的入侵可导致环境退化 、生物多样性降低和食物及水资源短缺 ,利用本
地植物或优良牧草进行替代控制是治理入侵植物的有效途径之一。采用本地禾本科植物
白茅与紫茎泽兰等比例混合种植 ,研究了其对紫茎泽兰的竞争效应 。结果表明:白茅与紫
茎泽兰之间呈现很强的竞争作用 ,可用作紫茎泽兰的替代控制植物;白茅地上部分相对竞
争力比紫茎泽兰强 ,其幼苗萌发早于紫茎泽兰 ,株高和单株平均叶面积均显著高于紫茎泽
兰;二者混合种植可显著抑制紫茎泽兰的植株生长和分蘖 ,混合种植区紫茎泽兰的株高 、单
株平均叶面积和叶绿素含量分别只有其单种的 49%、72%和 77%;而混合种植对白茅植株
生长的影响不显著 ,并可促进其分蘖 ,混合种植区的白茅分蘖数达单种区的 132%。白茅的
相对产量显著高于紫茎泽兰的对应指标 ,竞争效应参数相对产量总和 <1.0;随着混合种植
时间的延长 ,两者的竞争关系将愈加显著 。
关键词 紫茎泽兰;白茅;相对产量;竞争效应;替代控制
中图分类号 S451.1 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2010)10-1931-06
CompetitionefectofImperatacylindricatoAgeratinaadenophora.PENGHeng1 , GUIFu-rong1 , LIZheng-yue1 , LIJun1 , WANFang-hao2 (1KeyLaboratoryforAgriculturalBiodiversityandPestManagementofMinistryofEducation, ColegeofPlantProtection, YunnanAgricultural
University, Kunming650201, China;2TheStateKeyLaboratoryforBiologyofPlantDiseasesandInsectPests, InstituteofPlantProtection, ChineseAcademyofAgriculturalSciences, Beijing
100081, China).ChineseJournalofEcology, 2010, 29(10):1931-1936.Abstract:Invasivealienspeciesmaycauseenvironmentaldegradation, biodiversityloss, foodandwatershortage, andhighposibilityandseverityofnaturaldisasters.Itisagoodwaytore-placeinvadedplantbyutilizingvaluablenativespecies.Inthisstudy, sameproportionofnativeplantImperatacylindricaandinvasiveplantAgeratinaadenophorawasmixedcultured, aimedtounderstandthecompetitionefectofI.cylindricatoA.adenophora.Therewasastrongcompeti-tionbetweenthesetwoplantspecies.I.cylindricahadahighercompetitiveabilitythanA.ade-nophora, beingabletoheavilysuppresthegrowthofA.adenophorabyshootcompetition.Com-paredwithA.adenophora, I.cylindricacouldgerminatefaster, anditsplantheightandaverageleafareaweresignificantlyhigher.MixedculturingI.cylindricaandA.adenophoracouldsignifi-cantlyrestrainthegrowthandtileringofA.adenophora, resultingintheplantheight, averageleafarea, andchlorophylcontentofA.adenophorabeing49%, 72%, and77% ofthoseinmonoculture, respectively.Ontheotherhand, mixedculturinghadnosignificantimpactonI.cylindrica.Inreverse, thetileringofI.cylindricawaspromoted, withthetilernumberbeing
132% ofthatinmonoculture.Therelativeyield(RY)ofI.cylindricawassignificantlyhigherthanthatofA.adenophora, andtherelativeyieldtotal(RYT)waslowerthan1.0.Withtheprolongedtimeofmixedculturing, therelationshipsmentionedabovebecamemoreobvious, sug-gestingthatitwouldbeapromisingstrategytoreplaceA.adenophorabyI.cylindrica.
Keywords:Ageratinaadenophora;Imperatacylindrica;relativeyield;competitionefect;re-
placementcontrol.
*国家重点基础发展研究计划项目(2009CB119200)、国家科技支撑计划项目(2006BAD08A17)和云南省教育厅重点资助项目(09Z0040)。
**通讯作者 E-mail:guifr@ynau.edu.cn
收稿日期:2010-04-07  接受日期:2010-07-22
生态学杂志 ChineseJournalofEcology 2010, 29(10):1931-1936             
DOI :10.13292/j.1000-4890.2010.0283
  外来生物入侵可破坏入侵地区的生物多样性
(Salaetal., 2000),导致当地物种的濒危或灭绝 ,最
终导致生态系统单一和退化(万方浩等 , 2002)。紫
茎泽兰(Ageratinaadenophora)是一种原产于墨西
哥 , 20世纪 40年代从中缅边境沿公路传入我国的
恶性入侵杂草(桂富荣等 , 2006, Dongetal., 2008),
它入侵牧场可导致牧草产量降低 ,造成饲料短缺
(向业勋 , 1991);入侵农田与农作物争夺资源(王洪
炯等 , 1994),破坏土壤的可耕性(马建列和白海燕 ,
2004);入侵林地影响林木生长和森林的自然更新 ,
降低林木经济效益 , 并增加管理成本 (李丽等 ,
2007)。目前我国的紫茎泽兰主要分布于云南 、四
川 、贵州 、广西 、西藏 、重庆 、湖北和中国台湾等(Peng
etal., 1998;Guietal., 2008),它的入侵给我国农
业 、林业 、畜牧业造成了严重危害 (王文杰等 ,
2009),每年仅畜牧业方面的损失就达 9.89亿元
(Xuetal., 2006)。
国内外针对紫茎泽兰的研究与治理工作已开展
多年。泽兰实蝇的寄生对紫茎泽兰的生长具有一定
的抑制作用 ,但由于紫茎泽兰的再生分蘖能力较强 ,
其控制效果非常有限;化学防治对环境污染大 ,且防
效受季节变化的影响 (王进军 , 2005);人工及物理
机械防除措施是目前防治紫茎泽兰最有效的方法之
一 ,但由于其根 、茎有较强的无性繁殖能力 ,加之其
土壤中的种子具有长久的种子库 (沈有信和刘文
耀 , 2004),人工或机械铲除后土壤中的种子仍能萌
发并再次形成大面积入侵(王进军 , 2005)。采用本
地植物或优良牧草对紫茎泽兰入侵区域进行植被替
代是一种较为有效的防治措施 ,并已取得了一定的
效果 (张正文和张雪尽 , 2003;梁小玉和张新全 ,
2004),近年来 ,替代控制技术作为防除紫茎泽兰的
一种新途径越来越受关注(于亮等 , 2009)。白茅
(Imperatacylindrica)是一种有很强无性繁殖能力的
本地禾本科植物 (宋会兴和彭远英 , 2005),其种群
结构稳定 ,植株粉碎后混合到饲料中可增加牲畜的
生长速度(姜长阳和宁淑香 , 2001),其根还有很好
的医药价值(赵燕燕等 , 2007)。本文采用田间随机
区组试验设计对白茅与紫茎泽兰混合种植时的竞争
效应进行了研究 ,以期为紫茎泽兰的替代控制提供
新材料和方法。
1 研究地区与研究方法
1.1 试验地概况
试验地位于云南省玉溪市红塔区大营街镇(24°
32.26′N, 102°36.08′E),海拔 1756 m,属滇中高原
季风气候 ,冬无严寒 、夏无酷暑。试验区植被以云南
松(Pinusyunnanensis)、板栗 (Castaneamolissima)、
紫茎泽兰和多枝臂形草(Brachiariaramose)为主 ,试
验田土壤为云南高原的典型红壤土 ,试验期当地平
均气温在 15℃ ~ 24 ℃,平均降雨量约 1000mm。
1.2 试验设计和数据收集
设置紫茎泽兰单种区 、白茅单种区和白茅与紫
茎泽兰混合种植区(比例为 1∶1)3个处理小区(种
植密度均为 100株 · m-2),试验田面积为 200 m2 ,
每个小区面积为 2 m×3 m,每个处理设 6个重复。
2009年 2月于室内条件下催芽 ,待幼苗长至 4 ~ 5
cm时(催芽后 30 d左右)选取大小一致的植株移栽
至试验田 ,适时浇水 ,待植株成活后使其处于自然状
态下生长 ,并适时清除田间其他杂草。移栽后从 5
月份开始 ,采用 5点取样法每 2月 1次(分别于 5月
11日 、7月 11日 、9月 11日和 11月 11日)在各处
理小区选取代表性的 10个植株带回室内 ,于 75 ℃
条件下烘干 ,称其地上部分的干重 ,并在最后一次测
量时测定 2物种的株高 、叶绿素含量(叶绿素测定
仪 Spad-502测定)、叶面积 (叶面积测定 LI-3000A
测定)和分蘖数 。
1.3 数据处理
用 2物种的地上生物量(干重)分别计算其相
对产量(relativeyield, RY)(DeWit, 1960)以及相对
产量总和(relativeyieldtotal, RYT)(Fowler, 1982):
RYij=Yij/Yi或 RYji=Yji/Yj
RYT=RYij+RYji
2
式中:Yij为与种 j混生时种 i的生物量;Yji为与种 i混
生时种 j的生物量;Yi为单种 i的生物量;Yj为单种 j
的生物量 。RY值表明不同种所经历竞争的类型:RY
<1.0表示种间竞争大于种内竞争;RY>1.0表明
种内竞争大于种间竞争;RY=1.0表明种内和种间
竞争水平相当 。RYT<1.0,表明 2物种间具有竞争
作用;RYT>1.0, 表明 2物种之间没有竞争作用;
RYT=1.0,表明 2物种需要相同的资源 ,且一种可
以通过竞争将另一种排除出去。
紫茎泽兰和白茅的株高 、叶绿素含量 、叶面积和
分蘖数用统计软件 SPSS13.0的配对样本 t测验
(paired-samples)检测 ,紫茎泽兰和白茅在混种中的
竞争影响采用单一样本 t测验(onesamplesttest)分
别比较 RY、RYT与 1.0之间的差异性 。
1932                           生态学杂志 第 29卷 第 10期 
2 结果与分析
2.1 不同时期紫茎泽兰与白茅的竞争效应
对不同时期紫茎泽兰和白茅混合种植区的相对
产量测定表明 ,白茅与紫茎泽兰之间呈现很强的竞
争作用 。白茅地上部分相对竞争力比紫茎泽兰强 ,
白茅的相对产量显著高于紫茎泽兰的对应指标 ,竞
争效应参数相对产量总和 <1,且随种植时间的延
长 ,上述关系愈加显著 。混种区紫茎泽兰的地上生
物量在各测定时期均小于其单种区的地上生物量
(相对产量值 <1),且相对产量呈现随混种时间的
延长而下降的趋势 ,说明与白茅混合种植的紫茎泽
兰受抑制的程度越来越大。室内研究发现 ,白茅的
幼苗萌发早于紫茎泽兰 10 d左右 。田间第 1次测
量的紫茎泽兰相对产量值为 0.92,第 2、3和 4次测
量值分别是其第 1次测量值的 83%、57%、42%(表
1)。t测验结果表明 ,第 2次测量的紫茎泽兰相对
产量值与 1.0的差异达显著水平(P<0.05),第 3、4
次测量的相对产量值与 1.0的差异达极显著水平
(P<0.01)。混种区白茅的相对产量也随混种时间
的增加而减少 ,除第 1次测量的相对产量值 >1外 ,
其他 3次均 <1(表 1),表明与紫茎泽兰混合种植时
白茅的生长也受到一定程度的抑制 ,但其相对产量 t
测验值与 1.0的差异均未达到显著水平。
混合种植区 2物种的相对产量总和(RYT)在 4
次测量中均 <1,且随混种时间的延长而逐渐减小
(表 1),表明 2物种之间存在强烈的竞争作用 。白
茅对紫茎泽兰的竞争作用随混种时间的延长而增
强 ,对紫茎泽兰产生的抑制效果越来越明显;同样 ,
紫茎泽兰对白茅的竞争作用也随混种时间的延长而
增强 ,但与前者相比明显处于劣势。第 1、2次测量
的 2物种相对产量总和 t测验值与 1.0的差异未
达到显著水平 , 而第 3次的测量值达显著水平
表 1 混合种植条件下不同时期紫茎泽兰和白茅的相对产
量与相对产量总和
Tab.1 RelativeyieldandrelativeyieldtotalofAgeratina
adenophoraand Imperatacylindricaindifferentgrowth
stage
测量日期 紫茎泽兰
相对产量
白茅相对产量 相对产量总和
5月 11(第 1次) 0.92±0.05 1.01±0.07 0.96±0.08
7月 11(第 2次) 0.76±0.03* 0.97±0.05 0.87±0.08
9月 11(第 3次) 0.52±0.06** 0.94±0.04 0.72±0.03*
11月 11(第 4次) 0.39±0.08** 0.90±0.04 0.65±0.02**
数值为平均值 ±标准差;*P<0.05, **P<0.01。
(P<0.05),第 4次测量值达极显著水平(P<0.01)
(表 1)。表明在幼苗时期白茅对紫茎泽兰的抑制作
用不强 ,但随着混合种植时间的延长 ,二者对相同资
源的竞争越来越激烈 ,生长后期白茅在竞争中的优
势越来越明显 。
2.2 单种与混合种植时紫茎泽兰和白茅的株高表现
混合种植时白茅和紫茎泽兰的株高均低于各自
单种时的株高 ,但白茅的株高在单种与混种间的差
异不显著 ,而紫茎泽兰的株高在单种和混种间出现
显著差异 ,紫茎泽兰单种区的株高达 99 cm,而混种
区的株高只有其单种的 49%(图 1),说明 2物种混
种可显著抑制紫茎泽兰的植株生长。不论是单种还
是混合种植 , 白茅的株高均高于紫茎泽兰 (图 1)。
单种时紫茎泽兰的株高达白茅株高的 84%,而混合
种植区其株高只有白茅株高的 43%,表明混合种植
时白茅在争夺光照等资源时具有明显的优势 。
2.3 紫茎泽兰与白茅在单种和混种时的叶绿素含
量差异
在单种区 ,紫茎泽兰的叶绿素含量显著高于白
茅 ,白茅的叶绿素含量只有紫茎泽兰的 73%(图
2),说明紫茎泽兰的光合作用和物质合成速率强于
白茅 。但在二者混合种植时 ,可能由于株高方面的
劣势使得紫茎泽兰失去了上述优势 ,混种中 2物种
的叶绿素含量非常接近(图 2)。混合种植区 2物种
的叶绿素含量均小于各自单种区的叶绿素含量 ,其
中紫茎泽兰的叶绿素含量在单种与混种间差异达显
著水平(P<0.05),混种区的叶绿素含量只有其单
种区的 77%(图 2);而白茅的叶绿素含量在单种与
混种间无显著差异 。
图 1 单种与混合种植条件下紫茎泽兰和白茅的株高
Fig.1 PlantheightofAgeratinaadenophoraandImperata
cylindricainmonocultureandmixedculture
数值为平均值±标准差;小写字母表示相同物种不同种植方式之间
的差异 ,大写字母表示相同种植方式不同物种之间的差异。下同。
1933彭 恒等:白茅对紫茎泽兰的竞争效应
图 2 单种与混合种植条件下紫茎泽兰和白茅的叶绿素含

Fig.2 ChlorophyllcontentofAgeratinaadenophoraand
Imperatacylindricainmonocultureandmixedculture
2.4 紫茎泽兰与白茅的单株平均叶面积在单种与
混种间的差异
白茅的单株平均叶面积在单种和混种时均大于
紫茎泽兰 ,白茅的单株平均叶面积达 37cm2 ,而紫茎
泽兰的单株平均叶面积仅有 15 cm2(图 3),二者差
异达显著水平(P<0.05),说明白茅的叶片截光量
显著高于紫茎泽兰 ,从而合成更多的营养物质 ,促进
其植株生长 。在单种区 ,紫茎泽兰的单株平均叶面
积为白茅的 40%,二者混合种植时 ,其单株平均叶
面积的差异进一步扩大 ,前者只有后者的 30%(图
3)。白茅的单株平均叶面积在单种与混种间无显
著差异 ,而紫茎泽兰的单株平均叶面积在单种与混
种间差异显著 ,其混种区的单株平均叶面积只有单
种区的 72%。
2.5 单种与混种区紫茎泽兰和白茅的分蘖数差异
单种和混种区的白茅分蘖数均高于紫茎泽兰 ,
白茅在单种时其分蘖数可达 10.5个·株 -1以上 ,而
紫茎泽兰的分蘖数最多只有 6.8个 ·株 -1。单种区
图 3 单种与混合种植条件下紫茎泽兰和白茅的单株平均
叶面积
Fig.3 AverageleafareaofAgeratinaadenophoraandIm-
peratacylindricainmonocultureandmixedculture
图 4 单种与混合种植条件下紫茎泽兰和白茅的分蘖数
Fig.4 TilleringnumberofAgeratinaadenophoraandIm-
peratacylindricainmonocultureandmixedculture
紫茎泽兰的分蘖数可达白茅分蘖数的 64%,而混种
区前者只有后者的 31%(图 4)。紫茎泽兰的分蘖
数在 2物种混种时受到抑制 ,而白茅的分蘖数却在
混种时得到显著促进。 2物种的植株分蘖数在单种
与混种间均有显著差异 ,但混种区的紫茎泽兰分蘖
数只有其单种区的 64%(图 4),而混种区的白茅分
蘖数达其单种区的 132%,原因可能在于相同的种
植密度下 ,单种区白茅的种内竞争大于混种区的种
内种间竞争之和 ,在一定程度上抑制了其自身的分
蘖生长所致。
3 讨 论
植物竞争是生态研究的重要领域 ,它是决定群
落性质的主要因素(李蕴等 , 2008),入侵种与本地
种的种间竞争能力研究目前已成为竞争取代的研究
焦点之一 。本研究中 ,紫茎泽兰与白茅混合种植时
相对产量总和 <1,说明 2物种存在竞争作用 ,并且
在一个生长季内随时间的延长竞争作用越来越激
烈。混种区的紫茎泽兰生物量小于其单种区生物
量 ,说明混种区紫茎泽兰的种间竞争大于种内竞争 ,
在紫茎泽兰入侵区域混种白茅可在一定程度上抑制
紫茎泽兰的生长 ,随着时间的延长紫茎泽兰被抑制
的效果越来越明显 。混种区的白茅幼苗期生物量大
于其单种区生物量 ,表明此时紫茎泽兰对白茅几乎
没有抑制作用 ,其生存压力可能主要来自种内;在生
长后期 ,混种区白茅的相对产量 <1.0,说明白茅与
紫茎泽兰的种间竞争超过了其种内竞争 ,但相对产
量 t测验值与 1.0的差异尚未达到显著水平 ,说明
种间竞争对白茅的生长影响较小 。
在物种间的竞争中 ,植物增加其植株高度将有
利于增加其自身的生物量 (王俊峰和冯玉龙 ,
1934                           生态学杂志 第 29卷 第 10期 
2004),紫茎泽兰在入侵扩散过程中往往通过荫蔽
作用排斥其他本地植物(王满莲和冯玉龙 , 2005)。
要成功替代控制紫茎泽兰 ,所选择的植物应在获取
自然资源方面具有优于紫茎泽兰的一些生物学特
性 。朱宏伟等(2007)研究发现 ,黑麦草在与紫茎泽
兰竞争中具有株高优势 ,可用于替代控制紫茎泽兰 。
本研究发现 ,白茅与紫茎泽兰相比具有植株高 、单株
平均叶面积大等方面的优势(单种区的紫茎泽兰株
高只有白茅的 84%左右 ,而单株平均叶面积还不到
白茅的 50%),也可用于紫茎泽兰的替代控制 。白
茅在与紫茎泽兰的竞争中由于具有植株高 、单株平
均叶面积大等优势 ,在二者混合种植时可获得和截
取更多的光照资源 ,随着混种时间的延长 ,白茅的株
高优势进一步扩大 ,而紫茎泽兰的植株生长受到了
强烈的抑制 ,紫茎泽兰的株高与其单种相比大幅度
下降。
叶绿素是植物进行光合作用的必要条件之一 ,
它的含量对植物光合速率起着重要作用(秦天才和
吴玉树 , 1997),其高低将直接影响光合作用的强弱
和物质合成的速率(吴成龙等 , 2006)。叶绿素含量
的变化是植物光合作用强度变化的重要指标 ,同时
也可反映出植物的其他信息 ,如所处的生长期 、生长
状况等(Ustinetal., 1998)。本研究中 ,单种区的紫
茎泽兰叶绿素含量显著高于白茅 ,说明其本身的光
合速率强于白茅 ,但混种区的紫茎泽兰叶绿素含量
和白茅的叶绿素含量相差不大 ,可能是紫茎泽兰与
白茅混种削弱了其光合作用能力 ,导致其光合速率
下降。
植株的叶片是其光合作用的主要场所 ,也是为
植株提供养分的重要场所 。叶面积的大小是衡量植
株的生长状况和光能利用率的重要指标(Baldwin&
Schmelz, 1994)。本研究表明 ,单种区的紫茎泽兰单
株平均叶面积小于白茅的单株平均叶面积 ,在二者
混种时这种差距进一步扩大 ,混种区白茅的单株平
均叶面积达紫茎泽兰单株平均叶面积的 3倍多(图
3)。混种区的紫茎泽兰单株平均叶面积与其单种
相比也显著变小 ,这可能是紫茎泽兰在混种条件下
的一种生存适应 。在与白茅的竞争中 ,由于株高方
面的劣势 ,部分紫茎泽兰的叶片被白茅遮蔽 ,这部分
被遮盖的叶片常处于较低的光合作用 ,导致光合作
用所产生的物质可能会小于呼吸作用所消耗的物
质 ,为了更好地利用有限的光合产物 ,紫茎泽兰在生
长过程中就会尽量减少无效叶片的面积 ,以利于在
竞争中求得生存。
分蘖是植物通过无性繁殖与其他植物竞争的有
效途径 ,也是植物为尽快占领资源的一种手段。它
是碳代谢为植株构建碳骨架 ,并为其生理代谢提供
能量供应 ,增强光合活性 ,储存更多的光合产物和地
上干物质的重要途径(郭天财等 , 2009)。虽然植株
分蘖芽的分化与物种本身的固有特性有关 ,常常不
受外界环境影响 ,但其分蘖芽是否进一步发育形成
分蘖则与外界环境等诸多因素有关。在紫茎泽兰的
替代控制中 ,具有较好替代控制效果的物种通常都
具有较强的分蘖能力 ,且多数为禾本科植物(蒋智
林等 , 2008)。本研究所选用的白茅也是禾本科植
物 ,其单种时的分蘖数就大于紫茎泽兰的分蘖数 ,在
与紫茎泽兰混种时 ,紫茎泽兰的分蘖数受到了抑制 ,
而白茅的分蘖数却得到促进 ,这将更有利于其对紫
茎泽兰的替代控制 ,提高替代控制效果和植被恢复。
本研究结果与前人利用黑麦草替代控制紫茎泽兰的
研究类似(朱宏伟等 , 2007;赵林等 , 2007)。
本地禾本科植物白茅分布广泛(宋会兴和彭远
英 , 2005),它具有很强的无性繁殖能力和耐旱能
力 ,能生长在沙地上(姜长阳和宁淑香 , 2001),在干
旱条件下仍表现出良好的生长势。本研究显示 ,白
茅的相对竞争力显著大于紫茎泽兰 ,在野外的竞争
演替中 ,白茅有可能成功取代紫茎泽兰 ,但其长期的
竞争演替结果有待于进一步的深入研究;不同环境
因素和肥力水平对紫茎泽兰和白茅竞争关系的影响
也尚需进一步研究 ,以便为紫茎泽兰的替代控制和
其入侵生境的生态修复提供更加全面和深入的基础
理论 。
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作者简介 彭 恒 , 男 , 1985年生 , 硕士研究生。主要从事
外来生物入侵研究。 E-mail:pengheng85@126.com
责任编辑 刘丽娟
1936                           生态学杂志 第 29卷 第 10期