全 文 ：AGRICULTURE AND LTECHNOLOGY 65
入侵植物刺苍耳与西瓜的资源竞争力初探
张振国，朱建雯，平亚飞，谭敦炎
（新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052）
摘 要：为了解入侵植物刺苍耳（Xanthium spinosum L）在绿洲生态系统中与当地主栽作物西瓜的竞争关系，采用DeWit 取代试验设
计 [1]、盆栽方法进行研究。结果表明：（1）低密度混种时，相对产量均与 1.0 差异性不显著（p ＞ 0.05），说明竞争力相同；中密度
和高密度混种时，相对产量均显著大于 1.0（p ＜ 0.01），说明刺苍耳的种内竞争大于种间竞争。（2）各密度和密度比例下，相对产
量总和均大于 1.0，说明刺苍耳与西瓜之间不存在竞争。（3）刺苍耳对西瓜的竞争攻击力系数均小于 0，总体表现为刺苍耳的竞争攻
击力明显比西瓜的弱。生长型及根系深度的不同是两种植物种间竞争弱而种内竞争强的原因。
关键词：刺苍耳；西瓜；竞争力
中图分类号：S157.4+3 文献标识码：A
刺苍耳原产于北美洲，是一种已在世界上广泛蔓延且入侵
性极强的一年生草本植物，同时也是新疆外来入侵植物中扩散
速度最快和潜在危害最大的杂草之一 [2]。目前在天山北坡的伊
宁市、尼勒克县、察布查尔县、巩留县、新源县、昭苏县、特
克斯县、伊宁县、昌吉市、石河子等均有发现，主要生长于草
原、荒漠、河滩及引水渠边，已呈现向农田扩散的现象。
人工绿洲生态系统是干旱区生态最为敏感的区域之一。由
于生态系统结构相对简单，外来入侵生物严重影响生态系统的
功能和生物多样性。了解外来入侵种与本地种的竞争机制对于
控制其进一步扩散具有重要意义 [3]。
本试验选择了刺苍耳入侵区域的主要作物西瓜，采用网室
盆栽试验，研究刺苍耳与西瓜在不同种植密度及密度比例条件
下二者的竞争能力，为绿洲生态系统对入侵植物刺苍耳的控制
提供科学依据。
1 试验区概况和实验方法
1.1 试验区气候
试验点位于新疆乌鲁木齐市农大东路 311 号新疆农业大学
网室内，地理位置为 43° 79′ 94.2″ N，87° 56′ 70.4″ E，
属于温带大陆性干旱气候，年平均温度为 9.6℃，年平均降水
量为 194mm。
1.2 试验材料
刺苍耳种子：2010 年 9 月采于新疆昌吉市三工镇灌渠边
成熟的植株上，生长 于清淤土环境；西瓜种子：选择入侵植物
区普遍种植的大田品种 - 新优二号。
1.3 试验方法
试验运用 De Wit 取代试验设计及研究方法 [1]。2011 年 4
月将刺苍耳和西瓜种子播于直径为25cm、高为18cm的花盆中。
土壤以实验田耕层土、沙按5:1混合而成，设置密度分别为2、4、
8 株 / 盆，刺苍耳与西瓜混种时密度比例分别为 1∶ 3、1∶ 1
及 3∶ 1。实验田耕层土速效氮 0.27g/kg、速效磷 0.19g/kg、速
效钾 0.24g/kg、有机质 310g/kg。每种密度重复 4次。花盆均采
用随机区组排列，试验共计 52 盆，见表 1。
根据试验设计，待长出两片真叶后进行间苗定株（尽量保
持幼苗的一致），各处理按表 1的密度确定，以保证试验设计
的播种密度和株数，植物生长期间不进行施肥，保持土壤湿润，
不定期拔除花盆中的杂草。间苗后 60 天后分别收获刺苍耳和
西瓜的地上、地下生物量。将植株地下和地上部分分别放入烘
箱，烘干至恒重（105℃杀青 30min，80℃烘干 48h）后用电子
天平称称其干重。
表 1 刺苍耳与西瓜盆栽的 DeWit实验设计方案
密度（株 /盆） 刺苍耳与西瓜株数 密度比例
2
刺苍耳 0西瓜 2 0∶ 1
刺苍耳 1西瓜 1 1∶ 1
刺苍耳 2西瓜 0 1∶ 0
4
刺苍耳 0西瓜 4 0∶ 1
刺苍耳 4西瓜 0 1∶ 0
刺苍耳 1西瓜 3 1∶ 3
刺苍耳 2西瓜 2 1∶ 1
刺苍耳 3西瓜 1 3∶ 1
8
刺苍耳 0西瓜 8 0∶ 1
刺苍耳 8西瓜 0 1∶ 0
刺苍耳 2西瓜 6 1∶ 3
刺苍耳 4西瓜 4 1∶ 1
刺苍耳 6西瓜 2 3∶ 1
1.4 竞争力计算方法
采用与 DeWit 试验方法 [1] 相对应的公式进行相对产量、
相对产量总和、攻击力系数的计算：
1.4.1 相对产量（RYab）=Yab/Ya 或相对产量（RYba）=Yba/Yb[4]
式中：a、b 代表刺苍耳和西瓜；RYa、RYb 分别为刺苍耳
与西瓜混种时的相对产量；Yab 和 Yba 分别为刺苍耳和西瓜在
混种时的单株生物量；Ya 和 Yb 分别为刺苍耳和西瓜单种时的
单株生物量；在计算中，生物量为整个植株干重。根据 DeWit
理论，当 RY=1.0 时，说明刺苍耳与西瓜的竞争力相同；RYab
＞ 1.0 时，说明刺苍耳的种内竞争大于对西瓜的种间竞争；
RYab ＜ 1.0时，说明刺苍耳的种内竞争小于对西瓜的种间竞争。
1.4.2 相对产量总和（RYT）=pRYab+qRYba[5]
式中：p 和 q 分别为刺苍耳与西瓜的密度比例。根据
DeWit 理论，当 RYT ＞ 1.0 时，说明刺苍耳与西瓜之间没有竞
争作用；RYT＜ 1.0时，说明刺苍耳与西瓜之间具有竞争作用；
RYT=1.0 时，说明刺苍耳与西瓜需要相同的资源，且一种可以
通过竞争将另一种排除出去。
1.4.3 竞争攻击力系数（A）用相对产量（RY）来计算，这个
指标指示种间竞争如何影响两物种的生物量，公式如下：
Aa=RYab-RYba[6]
A ＜ 0 表示刺苍耳比西瓜竞争力弱；A＝ 0表示刺苍耳与
西瓜竞争力相当；A＞ 0表示刺苍耳比西瓜竞争力强。
1.5 统计分析
所有试验数据均采用 Excel 和 SPSS13.0(SPASS Inc.，
USA) 进行处理和差异显著性检验，数据用平均值 ± 标准
差 (Mean±SD) 表示。并采用单一样本 t 测验法（SPSS，
One Sample T Test）分别比较 RY、RYT 与 1.0，A 与 0 之
入侵植物刺苍耳与西瓜的资源竞争力初探 张振国 朱建雯 平亚飞
基金项目：国家科技部 973前期研究专项（项目编号：2010CB134510）
农业与技术 第 32 卷 第 4 期 2012 年 4 月
66 AGRICULTURE AND LTECHNOLOGY
间的关系。
2 结果与分析
2.1 不同密度对刺苍耳与西瓜的相对产量的影响（见表 2）
表 2 混种处理下刺苍耳与西瓜的相对产量（RY）
密度
（株 /盆）
密度比例（刺苍耳：西瓜）
1∶ 3 1∶ 1 3∶ 1
相 对 产 量
刺苍耳（RYab） 西瓜（RYba） 刺苍耳（RYab） 西瓜（RYba） 刺苍耳（RYab） 西瓜（RYba）
2 —— —— 2.40±0.91a 2.20±0.80a —— ——
4 8.55±0.83abc** 4.78±0.95ab** 11.94±0.47cde** 5.17±0.90ab** 5.00±2.24d** 5.29±0.55ab**
8 10.06±1.23bcd** 3.01±0.27a* 11.04±1.65bcd** 5.76±1.01ab** 4.89±2.14ab** 5.75±0.72ab**
其生物量的变化主要是由密度效应引起的。由表2还可以看出，
随着种植密度的增加，中密度比例时刺苍耳产量较高，而高密
度比例时相对产量较小，而西瓜在中、高种植密度下，其相对
产量与密度比例的变化不明显。
2.2 不同密度对刺苍耳与西瓜的相对产量总和的影响
如表 3 所示，在低密度 2 株 / 盆、密度比例 1:1 时，刺
苍耳与西瓜的相对产量总和与 1.0 差异显著（p ＜ 0.05），
在其他各个混种比例下都显著大于 1.0（p ＜ 0.01），说明
刺苍耳与西瓜之间不存在竞争，主要是由于利用了不同的
资源。
注：用 t 检验各值与 1.0 的差异显著性，*和 ** 分别表示
0.05 和 0.01 水平显著。
如表 2所示，在低密度 2株 / 盆、密度比例 1∶ 1 时，刺
苍耳与西瓜的相对产量均与 1.0 差异不显著（p ＞ 0.05），说
明在此密度和密度比例下刺苍耳与西瓜的竞争力相同；在中密
度 4株 / 盆和高密度 8株 / 盆时，无论是刺苍耳还是西瓜，其
相对产量值均大于 1，且在各密度比例下均显著大于 1.0（p ＜
0.01），说明刺苍耳与西瓜间竞争的影响比其本身小，即种内
竞争大于种间竞争，由此可以看出，刺苍耳与西瓜的密度比例
由低到高（即 1∶ 3、1∶ 1、3∶ 1）对其种间竞争影响很小，
表 3 混种处理下刺苍耳与西瓜的相对产量总和、攻击力系数
密度
（株 /盆）
密度比例（刺苍耳：西瓜）
1∶ 3 1∶ 1 3∶ 1 1∶ 3 1∶ 1 3:1
相对产量总和（RYT） 攻击力系数（A）
2 —— 3.53±1.60a* —— —— -0.20±0.84b ——
4 15.84±3.34b** 14.96±7.28b** 17.85±7.01c** -2.77±2.31ab** -6.56±0.45ab** -9.71±1.76a**
8 14.17±2.18b** 13.89±2.61b** 17.18±6.82b** -7.05±2.31ab** -5.29±0.46ab** -0.86±0.40b
注：用 t 检验检验各值与 1.0 的差异性显著，*和 ** 分别表示 0.05 和 0.01 水平显著。
2.3 不同密度对刺苍耳及对西瓜的攻击力系数的影响
如表 3所示，不同密度、不同密度比例条件下，刺苍耳对
西瓜的竞争攻击力系数均＜ 0，且除低密度 2株 / 盆、密度比
例 1∶ 1 和高密度 8株 / 盆、密度比例 3∶ 1 时外，其余密度
和密度比例下，刺苍耳对西瓜的竞争攻击力系数均显著小于 0
（p ＜ 0.01），说明在中、高密度下，总体表现为刺苍耳的竞
争攻击力明显比西瓜的弱。
3 讨论与结论
植物竞争是植物群落演替的主要动力之一，是当前生态学
研究的重要领域，不同植物之间的竞争关系与植物的种类和环
境等因素都有密切的联系 [7，8]，其中种群密度是影响植物竞争
力非常重要的因素之一 [9]。植物的相对产量、相对产量总和、
竞争攻击力系数是表示竞争关系的重要指标之一 [2]。
本实验结果表明，在低密度 2株 / 盆、密度比例 1∶ 1时，
相对产量均与 1.0 差异不显著（p ＞ 0.05），刺苍耳与西瓜的
竞争力相同；在中、高密度下，无论是刺苍耳还是西瓜，其
相对产量值均大于 1，且在各密度比例下均显著大于 1.0（p ＜
0.01），说明刺苍耳与西瓜的种内竞争大于种间竞争；而其相
对产量总和各个混种比例下都显著大于 1.0（p ＜ 0.01），说
明刺苍耳与西瓜之间不存在竞争，但利用了不同的资源。刺苍
耳对西瓜的竞争攻击力系数均＜ 0，总体表现为刺苍耳的竞争
攻击力明显比西瓜的弱。实验结果说明入侵植物的成功发展，
并不一定都表现为竞争力强于当地植物种类，吕远、王贵启等
人对入侵植物黄顶菊与本地植物竞争的研究表明，黄顶菊与马
唐、牛筋、反枝苋和茼麻利用相同的营养资源，其竞争力比供
试的本地植物弱 [10]；结果与黄顶菊与本地植物的竞争力关系
相一致，但其利用资源的方式上有差异。刺苍耳为一年生草本，
生长高度约 0.3 ～ 1.2 m，茎直立，不分枝或从基部多分枝；
西瓜属葫芦科西瓜属一年生蔓性草本植物，根系发达，主根入
土深度可达 1.4 ～ 1.7m，侧根水平伸展范围可达 3m左右，由
于两种植物的生长型差异及根的分布深度不同，使得入侵植物
刺苍耳以利用上层光照及表层土壤中营养物质为主，而西瓜以
利用侧向光照及深层土壤营养物质为主，减少了相互间的竞争，
两种植物混种时竞争关系主要表现为种内竞争。
参考文献
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[10]吕远，王贵启，郑丽，等 .入侵植物黄顶菊与本地植物的竞争 [J].
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作者简介：张振国（1986-），男，新疆克州人，硕士研究生，
研究方向：生态学。