全 文 :书半干旱区农田杂草的生活史对策研究
王斌世,张荣
(兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室,甘肃 兰州730000)
摘要:2008-2009年通过利用当地常见的10种杂草种植于不同处理的农田,研究半干旱区农田杂草群落结构以及
10种杂草群落组分种对环境因子的响应,结果表明,1)同一物种在不同的气候环境下,可以表现出不同的生活史策
略。蝇虫实、田旋花和金荞麦2008年生活史策略分别具有竞争型(C)对策属性、胁迫忍耐型(S)对策属性和中间型
(C-S)对策属性,而2009年生活史策略分别具有S对策属性、C-S对策属性和S对策属性。2)灰绿藜、狗尾草和
短花针茅2008年生活史策略具有杂草型(R)对策属性,而2009年R对策属性不明显;紫花香薷、白花点地梅和二
裂委陵菜2年的生活史策略属性和猪毛菜2008年生活史策略属性不明显,2009年猪毛菜生活史策略具有S对策
属性。3)生活史策略随占支配地位的环境因子的变动而做出调整,即生活史特性响应不同环境的生态属性,引起
植物的功能性在Grime模型C-R-S轴上迁移。2008-2009年的年际变化中(气候因素占支配地位)金荞麦生活
史策略具有中间型(S-R)对策属性,田旋花具有中间型(C-S)对策属性。
关键词:杂草;生活史策略;作物干扰;群落结构
中图分类号:S451 文献标识码:A 文章编号:10045759(2011)01025704
由于植物生境的异质性以及植物个体所面临的竞争格局的不同,一种物种只对应一种生活史对策的判断是
不合适的[1,2]。杂草人工种植和作物不同种植密度造成的生境微环境的变化以及气候的年际间变动,激发了包
括春小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)和杂草在内的各物种的生活史策略响应,而生活史策略所蕴含的生存策略和生长
策略能消化这种环境的变化,适应新的生境。实际上环境始终处于一种变化的过程中,生长于其中的物种随着对
环境的适应,其生活史策略响应将更加积极。现代农业面临的一个重要挑战是主观上为了促进作物生长条件的
改善,客观上却为杂草创造了适宜的条件,从而导致更严重的杂草问题[35]。为了制定合理的农田杂草防除措施,
减少杂草对作物的影响,本试验将研究所选用的10种种植于农田的杂草物种在不同年份的生活史策略,以及是
否响应环境变化而引起相应的生活史策略在Grime的GRS模型上的迁移。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于2008年和2009年3-9月在兰州大学黄土高原试验站进行。该试验站位于甘肃省榆中县北部黄土
丘陵区中连川流域,地理位置为36°02′N,104°25′E,海拔2400m,年均气温4.4℃,无霜期104d,年降水量
310.9mm,主要集中在8-10月,10月份降水量达到最大,约为75mm。年蒸发量1326mm。气候属于半干旱
类型,是甘肃中部最干旱的旱作农业区之一,植被为黄土高原西部荒漠草原区类型,该区域雨养农业,主要作物为
春小麦、胡麻(犔犻狀狌犿狌狊犻狋犪狋犻狊狊犻犿狌犿)和马铃薯(犛狅犾犪狀狌犿狋狌犫犲狉狅狊狌犿)等,一年一熟。
1.2 试验材料
本试验选用的小麦是由甘肃省农业科学院旱地农业试验站提供的现代春小麦品种定西-24,其为较抗旱的
在当地大面积种植的晚熟品种。试验选用杂草:蝇虫实(犆狅狉犻狊狆犲狉犿狌犿)、灰绿藜(犆犺犲狀狅狆狅犱犻狌犿犵犾犪狌犮狌犿)、狗尾
草(犛犲狋犪狉犻犪狏犻狉犻犱犻狊)、紫花香薷(犈犾狊犺狅犾狋狕犻犪犪狉犵狔犻)、短花针茅(犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪)、金荞麦(犉犪犵狅狆狔狉狌犿犱犻犫狅狋狉狔狊)、
田旋花(犆狅狀狏狅犾狏狌犾狌狊犪狉狏犲狀狊犻狊)、猪毛菜(犛犪犾狊狅犾犪)、白花点地梅(犃狀犱狉狅狊犪犮犲犻狀犮犪狀犪)、二裂委陵菜(犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犫犻
犳狌狉犮犪)。
第20卷 第1期
Vol.20,No.1
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
257-260
2011年2月
收稿日期:20100111;改回日期:20100316
基金项目:长江学者和创新团队发展计划(IRT0729)和甘肃省自然科学基金(ZS031A25037D和3ZS061A25064)资助。
作者简介:王斌世(1982),男,甘肃兰州人,在读硕士。Email:wang0101@st.lzu.edu.cn
通讯作者。Email:rongz@lzu.edu.cn
1.3 方法
该试验选用春小麦品种定西-24,设置4个密度梯度,即0,300,600,900粒/m2,其中各密度梯度设置不种
植杂草(A0)和种植杂草(A1)2个处理,总共进行2年。种植杂草处理中,各种杂草播种100粒/m2,共8个处理,
采用随机区组试验设计,小区面积2m×2m,重复6次。采用条播播种方式,行间距为20cm,播种深度约为5
cm。收获时在小区中间1m×1m取样,分别测定小麦的各项生物指标,测定各杂草的种类、高度、株数和地上生
物量。所有统计分析在SPSS14.0下进行,Excel2003辅助。
2 结果与分析
2.1 2008年10种杂草物种的生活史策略
不同的气候环境引起杂草生活史特性发生一系列可塑性响应,这些可塑性响应影响着杂草的适合度,从而影
响杂草的生存和繁衍[6]。同时,在本试验中,杂草对环境因子所表现出的生活史策略,一方面反映了干旱造成的
水分亏缺的影响结果,另一方面也反映了杂草种群对环境因子胁迫的应答机制[7],由表1并结合实地考察可知,
2008年未种草农田优势种为金荞麦,而种草的农田优势种为蝇虫实和田旋花,且蝇虫实株数和生物量两指标在
S0处理下变化极显著,说明一年生植物蝇虫实能抓住侵占农田后的有利时机迅速建植,趋向于竞争型(C)对策;
二年生植物田旋花,依靠其强大的根系、资源的储备以及缠绕茎的特性在作物干扰的生境中生存并成为优势杂
草,趋向于胁迫忍耐型对策(S),金荞麦在作物干扰下,作为优势种它具有胁迫忍耐型(S)对策的属性,而在与杂
草的竞争中,金荞麦的优势地位被取代表明其竞争型(C)对策不明显,其生活史对策趋向于中间型(C-S)对策;
狗尾草和灰绿藜在各个处理中由种子萌发形成的实生苗较多,趋向于杂草型(R)对策,二年生植物白花点地梅和
二裂委陵菜极少量生长,表明该物种已被排除到农田环境之外,对其生活史对策的确定已无意义;二年生植物短
花针茅种子在人工干扰(除草)频度下降的农田环境中由种子萌发形成的实生苗较多,且S0处理中株数增加极显
著,趋向于杂草型(R)对策;猪毛菜和紫花香薷在各样地中均占劣势,根据Grime经典的C-S-R模型难以确定。
2.2 2009年10种杂草物种的生活史策略
由表1并结合实地考察可知,2009年杂草群落组成和结构与2008年不同,2009年未种草农田优势种为蝇虫
实和田旋花,而种草的农田优势种为田旋花,且田旋花株数和生物量两指标在S0处理下变化显著,说明田旋花适
应严酷的干旱环境,同时个体较大,具强竞争力,生活史对策趋向于(S-C)对策;蝇虫实同样具有耐旱性,但其竞
争力较弱,生态位受到其他物种的挤压,尤其在受到作物干扰后,优势度明显下降,趋向于胁迫忍耐型(S)对策;
狗尾草、短花针茅以及灰绿藜均适应所在生境的强烈干扰(干旱和作物干扰)并具有利用有限生境资源的能力,但
由种子萌发形成的实生苗在4个处理样地中表现不统一,因此,其杂草型(R)对策倾向不明显;杂草种植效应使
金荞麦两指标增加的趋势不显著,但适应当年的干旱气候和作物干扰,趋向于胁迫忍耐型(S)对策,猪毛菜在未
种草农田生长旺盛,但在种草的4个处理样地均有不同程度下降,表明其具有一定耐旱性,但较其他杂草竞争力
弱,趋向于胁迫忍耐型(S)对策;紫花香薷、白花点地梅和二裂委陵菜极少量生长或无生长,采取逃避策略。
2.3 10种杂草年际间的变动所反映的生活史策略
根据10种杂草物种,2009年相对于2008年杂草株数和生物量两指标的变化趋势得出如下结论:蝇虫实在
种草农田两指标呈增加的变化趋势,而未种草的农田刚好相反,且S0处理下株数减少极显著,表明优势种蝇虫实
对于干旱具有耐受范围宽的特性,对作物干扰的适应性强,但在与其他物种的激烈竞争中生态位开始“收缩”,趋
向于胁迫忍耐型(S)对策;灰绿藜和狗尾草受作物干扰影响相对较小,对气候变化敏感,趋向于杂草型(R)对策;
短花针茅和猪毛菜在种草农田两指标呈增加趋势,而未种草的农田相反,并且短花针茅两指标减少极显著,表明
短花针茅和猪毛菜适应2008年降水丰富的气候环境,同时也能忍受干旱环境;紫花香薷对气候环境敏感,其两指
标均为减少的变化趋势,表明2009年的气候已经超出其耐受范围;由于恶劣的气候导致作物干扰下降,金荞麦两
指标普遍呈增加趋势,表明尽管气候变化的影响大于作物干扰的影响,但是金荞麦已适应气候环境的剧烈扰动,
并充分利用自身的优势侵入农田,趋向于中间型(S-R)对策,田旋花在气候严酷时生长受到抑制,同时随作物干
扰的下降(作物种植密度降低)其生物量提高,趋向于中间型(S-C)对策;白花点地梅和二裂委陵菜2008年略有
生长,但2009年基本不见踪迹,表明农田环境不适合2个物种生存和繁殖。
852 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.1
表1 2008-2009年不同小麦种植密度下是否种草对各物种株数和生物量的影响
犜犪犫犾犲1 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狑犺犲犪狋狆犾犪狀狋犻狀犵犱犲狀狊犻狋狔犪狀犱狑犺犲狋犺犲狉狆犾犪狀狋犻狀犵狑犲犲犱狅狉狀狅狋狅狀狊狆犲犮犻犲狊狋狉犪犻狋狊
物种Species 性状Traits 2008
S0 S1 S2 S3
2009
S0 S1 S2 S3
蝇虫实 株数Number ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓
犆狅狉犻狊狆犲狉犿狌犿 生物量Biomass ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↑
灰绿藜 株数Number ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑
犆.犵犾犪狌犮狌犿 生物量Biomass ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑
狗尾草 株数Number ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↑ ↓
犛.狏犻狉犻犱犻狊 生物量Biomass ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↓
紫花香薷 株数Number ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ - ↑
犈.犪狉犵狔犻 生物量Biomass ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ - ↑
短花针茅 株数Number ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ - -
犛.犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪 生物量Biomass ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ - -
金荞麦 株数Number ↓ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑
犉.犱犻犫狅狋狉狔狊 生物量Biomass ↓ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑
田旋花 株数Number ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑
犆.犪狉狏犲狀狊犻狊 生物量Biomass ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑
猪毛菜 株数Number ↑ ↑ - ↑ ↓ ↓ ↓ ↓
犛犪犾狊狅犾犪 生物量Biomass ↑ ↑ - ↑ ↓ ↓ ↓ ↓
白花点地梅 株数Number ↑ - ↑ - - - - ↓
犃.犻狀犮犪狀犪 生物量Biomass ↑ - ↑ - - - - ↓
二裂委陵菜 株数 Number - ↑ ↑ ↑ - - - -
犘.犫犻犳狌狉犮犪 生物量Biomass - ↑ ↑ ↑ - - - -
注:S0、S1、S2、S3表示品种定西-24小麦种植密度分别为0,300,600,900粒/m2,↑表示在种植杂草的情况下增加的变化趋势,↓表示在种植杂
草的情况下减少的变化趋势。表示变化极显著(犘<0.01),表示变化显著(犘<0.05)。
Note:S0,S1,S2,S3standforthewheatgrowndensityof0,300,600,900grain/m2,↑standforincreased,↓standfordecreased.standfor
thebestofsignificant,standforthebetterofsignificant.
3 结论
确定一个物种的生活史对策倾向,要综合考虑物种所处的宏观气候环境和微环境[8]。总之,作物与杂草具有
复杂的竞争关系,而作物在整个生命过程当中基本处于优势地位,但杂草的负效应促使作物不断生长的状态,导
致资源消耗,另外作物与杂草关系的复杂性还体现在二者都处于一个变动且资源环境恶劣的农田,因此二者的关
系受到环境的深刻影响。对于杂草本身,一方面植物个体的不同性状对环境变化的敏感是不同的,其中总有一些
性状对环境的变化更敏感,这就导致不同杂草在相同的气候环境和作物干扰下,表现出不同的生活史策略,同时,
这种生活史策略变化上的差异也与杂草遗传特征和空间分布有关[9]。另一方面,植物所面对的环境是综合各因
素所形成的环境,植物对各环境因素的敏感程度不同,其中有一些环境因子对植物的生存和繁殖占支配地位,因
此生活史策略随占支配地位的环境因素的变动而作出调整,即生活史特性响应不同环境的生态属性引起植物的
功能性在Grime模型C-R-S轴上的迁移[10]。Kautsky等[11]也指出在不同干扰水平下,具有较高形态可塑性
的植物能够同时表现出竞争型和胁迫忍耐型的表型特点。因此,用生活史特性来划分植物的生态型,对于本试验
中的物种来说是相对和变化的。
952第20卷第1期 草业学报2011年
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犛狋狌犱狔狅犳犾犻犳犲犺犻狊狋狅狉狔狊狋狉犪狋犲犵狔狅犳犳犪狉犿犾犪狀犱狑犲犲犱狊犻狀狊犲犿犻犪狉犻犱犪狉犲犪狊
WANGBinshi,ZHANGRong
(DroughtandGrassplotEcologyKeyLaboratoryofLanzhouUniversity,Lanzhou730000,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:From2008to2009,theresponsetoenvironmentalfactorsoftheweedcommunitystructureinsemiar
idcroplandwasresearchedbyselecting10nativeweedsandplantingthemindifferentialytreatedcropland.1)
Thesamespeciesindifferentclimatesshoweddifferentlifehistorystrategies:犆狅狉犻狊狆犲狉犿狌犿,犆狅狀狏狅犾狏狌犾狌狊犪狉
狏犲狀狊犻狊,and犉犪犵狅狆狔狉狌犿犱犻犫狅狋狉狔狊tendedtowardsthecompetitor(C)strategy,stresstolerant(S)strategy,and
mixedcompetitor-stresstolerant(C-S)strategyin2008,buttowardsthestresstolerant(S)strategy,com
petitor-stresstolerant(C-S)strategyin2009.2)犆犺犲狀狅狆狅犱犻狌犿犵犾犪狌犮狌犿,犛犲狋犪狉犻犪狏犻狉犻犱犻狊,and犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻
犳犾狅狉犪tendedtowardstheruderal(R)strategyin2008,buttheydidnotshowthisstrategyin2009.犈犾狊犺狅犾狋狕犻犪
犪狉犵狔犻,犃狀犱狉狅狊犪犮犲狀犮犪狀犪,and犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犫犻犳狌狉犮犪inbothyears,and犛犪犾狊狅犾犪in2008,hadnodefinitelifehistory
strategies,although犛犪犾狊狅犾犪tendedtowardstheSstrategyin2009.3)Withthevarietyofchangingenviron
mentalfactors,lifehistorystrategieschangedaccordingly,thatis,thelifehistorycharacteristicsrespondedto
ecologicalattributes,soplantfunctionalitymovedintheC-R-SaxisoftheGrimemodel.犉.犱犻犫狅狋狉狔狊tended
towardsamixedstresstolerant-ruderal(S-R)strategyand犆.犪狉狏犲狀狊犻狊tendedtowardsamixedcompetitor-
stresstolerance(C-S)strategyinannualvariationfrom2008to2009.
犓犲狔狑狅狉犱狊:weeds;lifehistorystrategies;cropinterference;communitystructure
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