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干旱与灌溉生境下少花蒺藜草生物构件的特征



全 文 :29卷12期
Vol.29,No.12
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
1899-1902
12/2012
干旱与灌溉生境下少花蒺藜草生物构件的特征
张志新1,章 恺1,田 迅2
(1.兰州大学草地农业科技学院 草地农业生态系统国家重点实验室,甘肃 兰州730020;
2.内蒙古民族大学生命科学学院,内蒙古 通辽028043)
摘要:2008年9月20日,在通辽市南郊南沙坨子对干旱与灌溉两个生境下少花蒺藜草(Cenchrus pauciflorus)种
群随机取样,并对其不同部位的生物构件特征进行了分析。结果表明,灌溉生境下,少花蒺藜草主株和分蘖的果
穗及种子成熟度高于干旱生境,主穗宽、有效穗个数、种长、种宽、种子数均显著高于干旱生境(P<0.05);少花蒺
藜草分蘖数、叶面积、主株叶片数、分蘖叶片数、节长、节宽均高于干旱生境,且除分蘖叶片数和节长外均差异显著
(P<0.05),根长显著低于干旱生境(P<0.05)。两种生境下少花蒺藜草叶面积最大值出现在第6、7片叶上。这
种生长策略反映了少花蒺藜草对水分的适应性。
关键词:无性系结构;叶面积;灌溉
中图分类号:S544+.9;Q944   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2012)12-1899-04

  少花蒺藜草(Cenchrus pauciflorus)俗名洋蒺
藜狗子、刺蒺藜草、草狗子、草蒺藜,禾本科蒺藜草属
一年生草本植物[1-3];常生长于沙质土壤中[4],常见
于路边、耕地、荒地、草原、沙丘等[5],原分布于北美
洲。其竞争力强,能快速适应新的生长环境,抗寒,
耐干旱[6-7]。小穗1~2枚,簇生于刺苞中,脱节于总
苞的基部,苞黄色至褐色,苞外着生硬刺,向顶端周
围伸出,每刺苞含2~3粒种子,茎秆横卧地面,并于
节间处生长分蘖枝条[8]。
1995年杜广明等[2]在国内首次对少花蒺藜草
的分布及其危害进行了报道。近年来,由于其种子
易传播,且繁殖能力强,分布面积逐年扩大,已经在
辽宁[9]、吉林、内蒙古[10]、北京[11]和重庆[12]发现了
不同规模的分布,并对当地农林经济和畜牧业生产
造成了不同程度的破坏。目前,它的危害已经引起了
学者们的广泛关注,但由于研究开始的时间较晚,尚
未找到有效的根除办法,现在对它的研究主要集中在
其生物学特性[5,13-15]、危害调查及防治[2,6,10,16-19]方面,
而对于其形态学特性方面鲜见报道。
水分会影响少花蒺藜草的生活史对策,干旱条
件下其表现为存活对策,而灌溉生境下表现为竞争
和繁殖对策[14]。本研究以干旱和灌溉生境下的少
花蒺藜草为研究对象,通过形态学观察与测量探讨
其在不同生境中的生长变化规律,以期研究其作为
一种生态入侵草种的生长适应性,并探明其生长和
生殖分配调控原则。
1 材料与方法
1.1研究区自然概况 研究区位于通辽市南郊
南沙坨子,地理坐标43°26′N,122°22′E,海拔
178.5m,气候类型为典型的温带大陆性季风气候。
年降水量350~450mm,主要分布在6-8月。无
霜期150d左右,年平均气温5.8℃。研究样地少
花蒺藜草多呈带状和斑块分布,伴生种多为旱生植
物,主要有沙蓬(Agriophyllum squarrosum)、麻黄
(Ephedra sinica)、差巴嘎蒿(Arternisia haloden-
dron)、芦苇(Phragmites communis)等。植被盖度
30%~50%,土质为沙壤土,部分地段有灌溉条件。
1.2取样方法 按照张志新和田迅的研究[14],研
究区分干旱和灌溉两个微生境。干旱微生境无灌
溉,少花蒺藜草依靠自然降水维持生长;灌溉微生境
自2008年6月10日起每15d灌水一次,保证生长
期水分充足。于9月20日对成熟期少花蒺藜草分
别取样。每个生境随机设置1m×1m样方,4次重
复,每重复随机选取9株少花蒺藜草,连同根部一并
挖出,将根部所附土壤和沙土小心抖落,置于塑料袋
内,标记后带回实验室进行测量。
*收稿日期:2012-06-14  接受日期:2012-07-24
基金项目:国家自然科学基金、地区科学基金项目(30960261);内蒙古自然科学基金项目(2011MS 0403)
作者简介:张志新(1986-),男,内蒙古赤峰人,在读博士生,研究方向为草地生态。E-mail:zhangzhixin09@lzu.edu.cn
共同第一作者:田迅(1970-),男,内蒙古通辽人,副教授,博士,研究方向为种群生态。E-mail:tianxun@imun.edu.cn
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1.3测定与方法 将备用的少花蒺藜草植株根部
冲洗干净,吸干表面水分,用直尺测量最长的根,记
为根长;自下而上为叶片编号,测定每片叶子的叶
长、叶宽、叶鞘长及每节间的长和宽;记录小穗种子
数,随机选择5粒种子测定种子长和宽;如遇分蘖,
与主株做相同测定。最后,记录分蘖数目,并按下列
公式计算成穗率与叶面积。
成穗率=小穗数/分蘖数×100%;
叶面积=叶长×叶宽×0.7。
1.4 数据处理与分析 试验数据采用 Excel
2003软件进行统计处理与绘图。应用SPSS 19.0
(SPSS Inc.,USA)对两个微生境下少花蒺藜草各
形态学指标进行独立样本T检验。
2 结果与分析
2.1生殖生长形态特征 生殖生长是植物延续
繁殖和发展的重要方面。两种生境下,少花蒺藜草
主株各生殖形态指标表现出不同的差异。灌溉生境
下,少花蒺藜草主穗宽是干旱生境下的1.6倍(P<
0.05);有效穗个数、种长、种宽、种子数分别为干旱
生境下相应指标的2.0、1.2、1.3和1.2倍,且前3
个指标差异显著(P<0.05);干旱生境下主穗长高
于灌溉生境,但无显著差异(P>0.05)(表1)。
表1 干旱与灌溉条件下少花蒺藜草主株和分蘖的小穗、种子形态及叶片性状特征比较
Table 1 Comparison of spike,and seed morphological,and leaf characteristics of central ramets,
tilers of Cenchrus pauciflorus under wet and dry habitat
部位Plant part 性状Characteristics     干旱Dry 灌溉 Wet
主株
Stem
主穗长 Main spike length/cm  3.79±0.13a 3.48±0.15a
主穗宽 Main spike width/cm  0.81±0.07b 1.32±0.07a
成穗率Spike ratio/% 0.94±0.03a 0.97±0.03a
有效穗/个·株-1 Number of effective spike per plant  1.64±0.13b 3.20±0.32a
种长Seed length/cm  0.36±0.02b 0.43±0.02a
种宽Seed width/cm  0.28±0.02b 0.37±0.01a
种子数/个·蘖-1 Number of seed per tiler  11.25±0.80a 13.47±0.79a
分蘖
Tiler
分蘖数/个·株-1 Number of tiler per plant  0.83±0.16b 2.17±0.32a
分蘖穗长Spike length/cm  1.02±0.20a 1.51±0.18a
分蘖穗宽Spike width/cm  0.29±0.07b 0.57±0.08a
分蘖种子长Seed length/cm  0.13±0.03b 0.22±0.03a
分蘖种子宽Seed width/cm  0.09±0.02b 0.19±0.02a
分蘖种子数/个·蘖-1 Number of seed per tiler  2.59±0.52a 2.98±0.38a
叶片
Leaf
平均叶面积Average of leaf area/cm2 1.87±0.09b 2.74±0.11a
总叶面积Total leaf area/cm2 28.19±2.13a 39.69±2.82a
主株叶片数/片·株-1 Number of leaf on central ramet per plant  10.72±0.27b 9.83±0.28a
分蘖叶片数Number of leaf per tiler  3.83±0.81a 6.19±0.96a
总叶片数/片·株-1 Number of total leaf per plant  14.56±0.91a 16.03±1.17a
注:表中同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著(P<0.05)。下表同。
Note:Different lower case letters within the same column indicate significant difference at 0.05level.The same below.
  分蘖性状在一定程度上亦可以反映植物适应生
境的能力和其生长策略。比较两种生境下少花蒺藜
草植株可以发现,灌溉生境下分蘖数、分蘖穗宽、分
蘖穗长、分蘖种子长、分蘖种子宽、分蘖种子数均高
于干旱生境,且除分蘖穗长和分蘖种子数外其他指
标差异均达到显著水平(P<0.05)。其中,灌溉生
境下分蘖数、分蘖穗宽、分蘖种子长、分蘖种子宽分
别是干旱生境下的2.6、2.0、1.7和2.1倍(表1)。
2.2叶片、节间与根形态特征 少花蒺藜草的
叶片、节间与根性状在两种生境中同样表现出一定
的差异性。与灌溉生境相比,干旱生境下主株叶片
数显著(P<0.05)增加;但平均叶面积、总叶面积、
分蘖叶片数和总叶片数均表现为灌溉生境高于干旱
生境,且前两者差异显著(P<0.05)(表1)。干旱生
境下少花蒺藜草根长是灌溉生境下的1.8倍,而灌
溉生境下节宽是干旱生境下的2.4倍,两者均差异
显著(P<0.05);叶鞘长与节间长则为灌溉生境高
于干旱生境,差异不显著(P>0.05)(表2)。
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表2 干旱与灌溉条件下少花蒺藜草叶鞘、节间及根比较
Table 2 Comparison of sheath,stem,and root characteristics
of Cenchrus pauciflorus under wet and dry habitat
部位Plant part/cm 干旱Dry 灌溉 Wet
根长Root length  13.50±0.61a 7.68±0.47b
叶鞘长Sheath length  4.24±0.10a 4.31±0.09a
节长Stem length  2.38±0.62a 2.64±0.11a
节宽Stem diameter  0.31±0.06b 0.74±0.05a
2.3叶面积、节长、节宽与叶片位置的关系 
分析表明,少花蒺藜草在干旱生境中节长随叶位的上
升呈先增加后逐渐减小的趋势,而在灌溉生境下随着
叶位增加呈“S”型分布,其中在第8片叶处达到最长;
两个生境下节宽均表现为稳定的下降(图1);比较少
图1 主株节长、节宽和单个叶片面积与叶位的关系
Fig.1 Relationship between stem length,stem diameter,
single Leaf area and leaf position of central remet
花蒺藜草叶面积与叶位的关系,两种生境下均为单
峰曲线;灌溉生境下,叶面积自第3片叶开始一直低
于干旱生境;干旱与灌溉生境下叶面积最大值出现
在第7和第6片叶,分别为4.6和3.6cm2(图1)。
3 讨论与结论
本研究表明,灌溉生境下少花蒺藜草主株及分
蘖的果穗、种子均比干旱生境下大,且种子数量较
多,这是由于水分能够满足其正常生长的条件下,少
花蒺藜草为快速适应新的环境,往往更偏向于生殖
生长,为种子的形成做好充分准备。这与张志新和
田迅[14]报道的干旱生境下少花蒺藜草穗生物量变
小,物质分配表现为存活对策,而灌溉生境下穗生物
量增大,表现为竞争和繁殖生长的结果一致。植物
叶面积是其光合作用强弱的直接体现,节间是营养
运输的主要通道,叶片位置的分布对两者的调节具
有重要作用。少花蒺藜草在灌溉生境下分蘖数量较
多,叶面积、分蘖叶片数及总叶片数高于干旱生境,
这说明当水分条件成为其生长的限制因子时,少花
蒺藜草通过减少分蘖数量、增加主株的叶片数目来
增强光合作用,累积有机物,并减少叶面积来降低蒸
腾作用,减少水分的散失,由此保证其正常生长和主
株小穗的成熟。这与邓环等[20]对干旱栽培、半干旱
栽培、间歇灌溉和淹水灌溉4种条件下水稻生物学
特性研究所得出的水分充足或相对充足时叶面积指
数高于水分缺乏情况的结果一致。另外,灌溉生境
下的少花蒺藜草节间增长、增粗,说明其在水分条件
适宜时采取占领生态位和扩大繁殖范围的策略对其
所在生境进行入侵。干旱生境下,为保证其植株的
健康生长,少花蒺藜草会通过增长地下根来有效利
用深层的水分。这与金不换[21]报道的干旱处理对
不同品种早熟禾(Poa pratensis)根长生长具有一定
促进作用的结果相似。
少花蒺藜草成熟期,靠近地面的叶片已经衰老
或死亡,第5-8片叶是进行光合作用的主要部位,
叶片完全伸展,生命力旺盛,靠近小穗较顶端的叶片
虽生命力旺盛,但在成熟期以生殖生长为主,故叶面
积随着叶片位置呈单峰曲线。
以后的研究重点应放在对少花蒺藜草体内水分
调控的具体通道与机理以及水分因子与其他因子之
间的互作上。
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Characteristics of biological components of Cenchrus pauciflorus
under wet and dry habitats
ZHANG Zhi-xin1,ZHANG Kai 1,TIAN Xun2
(1.Colege of Pastoral Agriculture Science and Technology,Lanzhou University;
State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems,Lanzhou 730020,China;
2.Colege of Life and Science,Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao 028043,China)
Abstract:The clonal ramet of Cenchrus pauciflorus in dry and wet habitats were sampled randomly and its
structure characteristics of different parts were analyzed in 20th September,2008in Tongliao,Inner Mon-
golia.The result showed that maturity of both central ramets and tiler’s spikes and seeds of C.pauciflo-
rus under irrigation were higher than that of dry habitat.Furthermore,main spike width,number of effec-
tive spikes,seed length,seed width and number of seeds were significantly higher(P<0.05)as wel as
number of tilers,leaf area,leaf number of central ramet,leaf number of tilers,stem length and stem
diameter were also higher than that of dry habitat.Other indicators varied significantly(P<0.05)except
leaf number of tilers and stem length.To the opposite,root length,in dry habitat,was significantly
higher than that of wet habitat(P<0.05).The maximum value of leaf area in two habitats appeared at the
sixth and seventh leaf.This growing strategy reflected the reaction of adaptablity to water of C.pauciflorus.
Key words:structure characteristics of clonal ramet;leaf area;irrigation
Corresponding author:TIAN Xun E-mail:tianxun@imun.edu.cn
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