全 文 ：第20卷 第5期
Vol.20 No.5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 9月
Sep. 2012
丝茅入侵对高羊茅根系及土壤性状的影响
刘金平,段 婧
(西华师范大学生命科学院,四川 南充 637009)
摘要:针对南方地区丝茅(Imperatakoenigii(Retz.)P.Beauv.)入侵对冷季型草坪造成严重危害的实践生产问
题,通过模拟高羊茅(FestucaarundiaceaL.)草坪建植时丝茅入侵形成的混生群落,连续测定群落中根长密度、根
干重密度和根体积密度等根系性状指标,土壤容重、土壤含水量及pH等土壤性状指标,分析丝茅入侵对高羊茅草
坪根系及土壤性状影响的动态变化。结果表明:丝茅入侵对高羊茅草坪根长密度、根干重密度和根体积密度均有
极显著影响(P<0.01);丝茅入侵60d起影响根长密度,90d起影响根干重密度,150d起影响根体积密度;侵入持
续时间对高羊茅根系指标影响排序为根体积密度>根干重密度>根长密度;丝茅对草坪分层土壤的含水量、容重
和pH均有极显著影响(P<0.01);入侵60d起首先影响高羊茅根系主要分布的10~20cm层的土壤性状,影响逐
渐向上、向下扩展;持续时间对土壤性状的影响排序为土壤含水量>容重>pH;丝茅入侵使高羊茅根系分生和更
新能力下降,使其根系分布土壤层的含水量降低、透气性变差、酸度增高,从而降低高羊茅根系活性与吸收能力,使
其竞争力降低而逐渐退化。本试验结果将为草坪中丝茅的防治提供基础数据。
关键词:高羊茅;丝茅;草坪;根系性状;土壤性状
中图分类号:S451;S154.4 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)05-0870-06
DynamicAnalysisaboutTraitsofRootandSoiloftheYoung
FestucaarundinaceaTurfInfestedbyImperatakoenigi
LIUJin-ping,DUANJing
(SchoolofLifeScience,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong,SichuanProvince637009,China)
Abstract:Imperatakoenigii(Retz.)P.Beauv.(speargrassorcogograss)wasratedasthemostserious
weedintropicalandsubtropicalareasofworld.Inthisstudy,I.koenigiiandFestucaarundinaceawere
sowedatthesametimetoformamixedcommunity.Theroottraits,suchasthedensityofrootlength,
rootdryweight,rootvolume,andsoiltraits,suchassoilbulkdensity,soilwatercontentandpH,inthe
communitywereconsistentlydeterminedat60,90,120,150,180,and210daftersowing.Dynamicanal-
ysisofF.arundinacearootandsoiltraitsshowedthatinfestationofI.koenigiihadasignificanteffecton
rootlengthdensity,rootdryweight,rootvolumedensityofF.arundinacea(P<0.01).Inparticular,
rootlengthdensity,rootdryweight,androotvolumedensitysignificantlyreducedafter60,90,and150d
aftersowing,separately.ThereduceddegreesofF.arundinacearoottraitsaffectedbyI.koenigiiwere
rankedasrootvolumedensity>rootdryweightdensity>rootlengthdensity.I.koenigiialsohadasignif-
icanteffectonsoilwatercontent,soilbulkdensity,pHvalueindifferentlevelsofsoil(P<0.01).After
sowing60d,thesoiltraitsof10~20cmlayermainlydistributedbyF.arundinacearootsystemweresig-
nificantlyaffectedbyI.koenigiiaseffectsextendedupwardanddownward.Theeffectofdurationtimeon
soiltraitswasrankedas:soilwatercontent>soilbulkdensity>pHvalue.Thesignificantlydecliningmer-
istematicabilityofF.arundinacearootduetotheinfestationofI.koenigiidecreasedsoilwatercontent,
weakenedsoilpermeabilityandincreasedacidity.Overal,theinfestationofI.koenigiireducedrootac-
tivityandabsorptionabilityofF.arundinacea.
Keywords:Festucaarundinacea (talfescue);Imperatakoenigii (speargrassorcogograss);Turf;Root
traits;Soiltraits
收稿日期:2012-03-22;修回日期:2012-06-19
基金项目:国家科技支撑计划(2011BAD17B03);四川省科技支撑计划(2011NZ0064)资助
作者简介:刘金平(1972-),男,山西临县人,副教授,博士,主要从事草地生态学研究,E-mail:jpgg2000@163.com
第5期 刘金平等:丝茅入侵对高羊茅根系及土壤性状的影响
丝茅(Imperatakoenigi (Retz.)P.Beauv.)为
禾本科白茅属植物[1],俗称茅针、茅根、白茅根,其根
茎发达、种子繁多,被认为是世界10大恶性杂草之
一[2]。在热带、亚热带及过渡性气候带,丝茅是冷季
型草坪最常见的恶性杂草,不仅损害草坪的美观性、
影响草坪草景观效益、增加草坪养护难度和强度,而
且是诸多病虫害的中间寄主[3-5]。尤其幼坪期草坪的
密度低、盖度小,杂草极易入侵。幼坪抗药性差,只能
人工拔除。杂草防除是幼坪养护重要和基本的工
作[6],除草用工占总用工的80%左右,费用占管理费
用的60%左右。但由于丝茅较强的分生、再生与扩
散能力,人工拔除后,在极短时间又补偿萌发出更多
的株丛。所以一旦丝茅入侵很难彻底剔除,常经1~
3年可在草坪中形成局部优势种群。修剪等养护工
作不到位时,甚至完全代替草坪草,严重危害或破坏
草坪的种群结构与景观功能。虽然围绕其侵入、扩散
及防除进行了大量研究[7-9],但目前仍无有效而持久
的防除措施。开展丝茅入侵对草坪草竞争影响的研
究,分析杂草对草坪干扰的机理,对草坪养护、杂草防
除及降低管理投入具有重要的现实意义。
本试验以冷季型草种中抗逆性较强的高羊茅
(Festucaarundiacea)为材料,模拟丝茅在建植时入
侵,通过测定草坪群落中根长密度、根干重密度、根
体积密度等根系性状指标,土壤容重、土壤含水量及
pH等土壤性状指标,分析丝茅入侵后高羊茅草坪
根系及土壤性状的动态变化,总结丝茅对草坪结构、
功能影响的机理,为探讨防治丝茅危害、提高草坪品
质的养护技术、寻求降低除草等草坪养护成本的有
效途径奠定理论基础,为草坪建植、养护、管理提供
科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及设计
高羊茅为丹麦生产的黄金岛(Eldorado)品种,
丝茅为当地采集的野生材料。
采用高34cm、口径50cm、底径40cm塑料花
盆,细河沙∶腐殖土=1∶1为基质,施20g复合肥
为基肥。按高羊茅∶丝茅为4∶1,30苗/盆均匀分
布定苗,模拟建立丝茅入侵的高羊茅草坪。在25℃
左右的室内培养。苗高10cm后,进行留茬高度8
cm修剪,每隔14d修剪一次。各处理等量浇水,测
定前7d最后一次浇水。分别于播后60,90,120,
150,180,210d整体取出基质,齐地修剪后,进行测
定。单播高羊茅为对照。3次重复,共36盆。
1.2 测定项目与方法
1.2.1 土壤性状指标 在每盆中心,按0~10,10
~20,20~30,>30cm 分层取土样。测定如下指
标:
土壤容重:直径50mm 环刀取样,土壤容重
(g·cm-3)= 环刀干土重/环刀容积;
土层含水量:取样后立即装入铝盒,110℃烘干
至恒重,土壤含水量=[(土样重-土样干重)/土样
干重]×100%;
土壤pH值:采用IQ160土壤原位pH计测定。
1.2.2 根系性状指标 以盆为单位,分离2种植物
根系(丝茅根茎当作根系)冲洗干净,分别采用排水
法测根体积,直尺法测根系长度(拉直长度)、烘干法
测根干重,而后计算下列指标[10-11]。
根体积密度=根体积V(m3)/土层体积V(m3);
根长密度=根长L(m)/土层体积V(m3);
根干重密度=根系干重M(g)/土层体积V(m3);
1.3 数据分析
采用SAS9.1进行数据统计分析。
2 结果与分析
2.1 丝茅入侵对高羊茅草坪根系性状影响的动态
分析
2.1.1 根长密度的动态分析 丝茅入侵后,随时间
延长对高羊茅根长密度有极显著的影响(P<0.01)
(表1)。丝茅根长密度随时间成正比增加;高羊茅
根长密度受丝茅入侵影响,120d前根系增加,120d
后逐渐下降(图1);而对照根系形成后呈相对稳定
状态。多重比较说明,丝茅根长密度存在极显著差
异(P<0.01),随时间延长其值显著增大(P<
0.05),150d起根长超过了盆深;高羊茅根长密度
也存在极显著差异(P<0.01),120d时根长达最大
值22.13cm,之后显著降低,到210d仅为14.33
cm。高羊茅根长密度从60d起就受丝茅影响(图
1),方差分析表明,120~210d其值极显著低于对
照(P<0.01)。
2.1.2 根体积密度的动态分析 草坪群落中,丝茅
根体积密度随侵入时间推移不断增加,高羊茅从90
d始明显下降,对照则相对稳定(图2)。不同时间二
者的根体积密度均存在极显著差异(P<0.01)
178
草 地 学 报 第20卷
(表1)。丝茅根体积密度随时间而显著增大(P<
0.05),210d时其值为60d时的2倍多。高羊茅根
体积密度90d达最大值,比对照提前30d停止根系
拓展,其值为对照的98%左右,150d后下降速度显
著加快。方差分析表明,高羊茅根体积密度150d
始,受丝茅入侵抑制,其值极显著低于对照(P<
0.01),210d时仅为对照根体积的79.79%。
图1 根长密度的动态变化
Fig.1 Dynamicchangeofrootlengthdensity
图2 根体积密度的动态变化
Fig.2 Dynamicchangeofrootvolumedenaity
2.1.3 根干重密度的动态分析 丝茅根干重密度
随侵入时间而不断增加,高羊茅根干重密度90d后
逐渐下降(图3),虽建群时高羊茅为丝茅数量的4
倍,但建植200d后,种群中丝茅根重超过高羊茅,
在地下竞争中逐渐处于优势地位。侵入时间内,2
种组成群落植物的根干重密度均存在极显著差异
(P<0.01)(表1),丝茅根干重随时间延续不断显著
增加,210d时增加为60d的5.37倍。高羊茅根系
表1 丝茅入侵对高羊茅草坪根系性状影响的多重比较及与对照的方差分析
Table1 MultiplecomparisonandvarianceanalysisaboutroottraitsofF.arundiaceainfestedbyI.koenigii
项目Item
根长密度
Root/Rhizomelengthdensity/m·m-3
根干重密度
Root/Rhizomedryweightdensity/g·m-3
根体积密度
Root/Rhizomevolumedensity/×10-3m3·m-3
高羊茅F.arundiacea 丝茅I.koenigii 高羊茅F.arundiacea 丝茅I.koenigii 高羊茅F.arundiacea 丝茅I.koenigii
60d 0.68C 0.86F 156.07B 58.25E 2.24B 0.86F
90d 0.95AB 1.18E 175.42A* 86.73D 2.42A 1.10E
120d 1.02A** 1.48D 175.73A** 96.68C 2.41A 1.25D
150d 0.92B** 1.70C 154.22B** 100.37C 2.20B** 1.59C
180d 0.74C** 2.22B 132.72C** 121.29B 1.85C** 1.71B
210d 0.66C** 2.30A 122.27D** 129.77A 1.78D** 1.78A
F 28.34 1047.95 91.35 313.05 147.03 441.83
P <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001
注:同列不同字母表示多重比较差异显著,*(P<0.05)和**(P<0.01)表示与对照方差分析的显著程度。下同
Note:Differentcapitallettersindicatesignificantdifference,*meansP<0.05,**meansP<0.01.Thesameasbelow
图3 根干重密度的动态变化
Fig.3 Dynamicchangeofrootdryweightdensity
120d时达到最大值,之后显著降低(P<0.05),到
210d时仅为60d时的78.34%,为120d时的
69.58%。方差分析表明,丝茅入侵90d起显著影
响高羊茅根干重密度(P<0.05),其值极显著低于
对照(P<0.01)。
由F值得知,丝茅随侵入时间根系指标变化由
大到小为根长密度>根体积密度>根干重密度,高
羊茅根系受其影响由大到小为根体积密度>根干重
密度>根长密度。
2.2 丝茅入侵对高羊茅草坪土壤性状影响的动态
分析
2.2.1 土壤含水量的动态分析 草坪土壤土层越
深含水量越大,丝茅侵入对草坪分层土壤含水量均
有显著影响(P<0.01),随土层深度增加影响增大
278
第5期 刘金平等:丝茅入侵对高羊茅根系及土壤性状的影响
(图4,表2)。多重比较说明,除0~10cm的60d
含水量低于90d外,各土层含水量随时间推移而逐
渐显著降低。方差分析表明,除60d时0~20cm
的含水量外,各土层含水量均显著低于对照。
图4 分层土壤含水量的动态变化
Fig.4 Dynamicchangeofsoilwatercontent
indifferentlevelssoil
2.2.2 土壤容重的动态分析 草坪土壤容重随土
层深入而降低,各层容重随时间增加而增大,在不同
时间下存在极显著差异(P<0.01)(图5,表2)。随
时间推进,草坪分层土壤容重都呈增加趋势,由F
值可知,增加程度由大到小为10~20,0~10,20~
30,>30cm。方差分析表明,丝茅侵入60d时极显
著影响10~20cm的土壤容重、90d时极显著影响
0~30cm的土壤容重,90d后对各层土壤容重均有
极显著影响(P<0.01)。
图5 分层土壤容重的动态变化
Fig.5 Dynamicchangeofsoilbulkweight
indifferentlevelssoil
2.2.3 土壤pH的动态分析 草坪土壤pH 随土
层与时间变化较大,表层土壤变化大于底层(图6)。
侵入60~120d时,随土层深入pH降低,120~210
d时,随土层深入pH呈增加趋势。各层土壤pH在
不同时间均有极显著差异(P<0.01)(表2),越表层
pH的变化越大。10~20cm的土壤pH从90d开
始显著下降,0~10cm则从120d、20~30cm则从
150d开始显著下降。丝茅入侵高羊茅草坪,60d
时土壤10~20cm 的pH、90d时10cm 以下的
pH、120d时20cm以下的pH 均显著低于对照,
150~210d时则为0~10和20~30cm这2个土层
的pH显著低于对照(P<0.05)。
表2 丝茅入侵对高羊茅草坪土壤性状影响的多重比较及与对照的方差分析
Table2 MultiplecomparisonandvarianceanalysisaboutsoiltraitsofF.arundiaceaturfafterinvadingofI.koenigii
项目Item
土壤含水量Soilwatercontent/% 土壤容重Soilbulkdensity/g·cm-3 土壤pHSoilpH
0~10cm 10~20cm20~30cm >30cm 0~10cm 10~20cm20~30cm >30cm 0~10cm 10~20cm 20~30cm >30cm
60d 5.12B 9.34A 15.3A** 17.4A** 1.42D 1.39F** 1.37E 1.34C 6.93B 6.89B** 6.84D 6.75C
90d 5.14A* 7.57B** 13.4B** 15.6B** 1.51C** 1.45E** 1.4D** 1.35C 6.95A 6.91A** 6.88AB** 6.81A**
120d 5.12B* 7.12C** 14.1C** 15.3C** 1.57B** 1.51D** 1.45C** 1.42B** 6.95A 6.88B 6.87BC** 6.8AB**
150d 4.76C** 6.34D** 11.4D** 13.5D** 1.57B** 1.54C** 1.46C** 1.45A** 6.87C** 6.84C 6.89A** 6.79B**
180d 4.65D** 6.34D** 10.2E** 11.4E** 1.61A** 1.57B** 1.51B** 1.46A** 6.77D** 6.81D 6.86C** 6.79B
210d 4.54E** 5.98E** 9.76F** 11.1F** 1.62A** 1.59A** 1.56A** 1.46A** 6.68E** 6.76E 6.83D** 6.81A
F 2191.70 45882.9 151132 185497 166.80 173.30 145.70 90.80 370.10 95.30 16.10 14.90
P <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001 <.0001
3 讨论与结论
热带、亚热带及过渡性气候带地区,常以高羊茅
为建群种、草地早熟禾(Poapratensis)为伴生种、多
年生黑麦草(Loliumperenne)为保护种,来混播建
植冷季型草坪。建群种高羊茅的耐寒能力和耐热能
力均强,是最耐旱和最耐践踏的冷地型草坪草之一,
较深的根系分布范围与较强的根系更新能力是其适
应性与抗逆性强于其他草种的基础与保障[12-13]。根
系是草坪草生长发育与竞争力的基础,提高草坪养
护管理水平,促进根系良好生长是保证草坪质量与
功能的关键。高羊茅草坪在正常养护下,其根系
70%以上分布在0~20cm土层中,少数达到30~
50cm[14],本试验采用盆栽法建植模拟草坪,研究根
系性状具有可行性。草坪草的根通常寿命为6个月
至2年,多数为1年左右,本文通过分析60~210d
378
草 地 学 报 第20卷
图6 分层土壤pH的动态变化
Fig.6 DynamicchangeofsoilpHvalue
indifferentlevelssoil
根系的动态变化,可反应丝茅入侵对幼坪根系发育
与更新的影响,对该类草坪建植、养护、管理、复壮具
有实践意义。
丝茅为根茎-丛生型禾草,具发达的根茎、极强
的种子生产力与广泛的适应能力,使其具有超强的
扩散、定居与拓展能力,所以被列为最恶毒最完美的
10大杂草之一,常侵占土地和森林,毁坏农作物,破
坏本土植物,颠覆生态系统[15]。高羊茅虽为冷季型
中抗性较强的草种,由于自身生物学特点、生态学特
性的局限性(如夏眠、丛生型、分生再生能力等)及草
坪高频度低修剪等外在因素的影响,随时存在丝茅
入侵的风险。本试验说明,丝茅侵入可引起高羊茅
根深变浅、体积缩小、生物量降低,严重影响了根系
的吸收能力与更新能力,使其在地下空间、水分、营
养等竞争中处于劣势。丝茅发达的根系系统为茎叶
生长奠定了基础,在2周一次的高频度修剪下,叶片
为高羊茅的1.5~3倍,垂直生长速度明显高于高羊
茅,使后者在地上光照、空间等竞争中处于劣势。实
际养护中,冷季型草坪修剪频度较低,丝茅对高羊茅
实际的或潜在的地上、地下竞争胁迫远大于本模拟
草坪。本试验建群时高羊茅∶丝茅为4∶1,在精细
养护下,仅200d左右,种群根系生物量中高羊茅∶
丝茅的值小于1,可见丝茅强大的地下竞争优势是
对混生高羊茅的竞争压力。草坪建植时草坪草种子
密度远大于试验设计,在坪床准备、草种选择、播种
及播后管理等4个环节任何疏忽与失误,都增加了
丝茅入侵的风险。尤其幼坪期抗性较差,对水、肥、
气、热、光照及病虫害等外界胁迫非常敏感,常出现
生长不良、密度降低,甚至局部秃斑,导致丝茅入侵,
逐步形成局部优势种群,引起草坪的退化。
土壤性状直接影响根系分布、水分与矿物质吸
收及新陈代谢强度与更新能力。土壤含水量、土壤
容重是表明土壤紧实程度、保水保肥能力及透气性
的重要参数。丝茅强大根茎与根系的水分吸收面积
与吸收能力,影响土壤水分含量,其根茎与根系的强
拓展能力导致土壤孔隙度下降、土壤容重增加。本
试验结果表明,侵入60d就极显著影响高羊茅根系
主要分布土层(10~20cm)的土壤容重,高羊茅根区
水分、氧气胁迫使其根长密度显著低于对照;侵入
90d后各层土壤的含水量均低于对照,而容重则均
高于对照,极显著的影响高羊茅根系发育与更新。
土壤pH值主要来自土壤中有机质、硅铝酸盐粘粒、
铁铝水合氧化物、交换性铝、可溶性盐和CO2,常常
影响植物生长与施肥效果。丝茅入侵不仅因土壤容
重增加、透气性下降、CO2 累积,而且丝茅草根茎含
有醇、萜醇、甾醇、酸类等次生代谢产物[16],两者共
同作用引起土壤pH 降低。但试验结果说明,60d
时10~20cm的pH、90d时10cm以下的pH、120
d时20cm以下土层的pH均显著低于对照,150~
210d时则在0~10和20~30cm土层pH显著低
于对照,不同测定时间土壤中 H+分布土层不同。
120d前pH值随丝茅根系拓展而降低,可见其根尖
代谢产物是引起pH值降低的因素。120d后一方
面丝茅根系扭曲生长,另一方面 H+随水分蒸发而
向表层移动,致使0~10和20~30cm土层pH值
降低。丝茅入侵引起土壤理化性质的变化,必然对
高羊茅根系性状产生影响。丝茅根系分泌的次生代
谢产物,对混生高羊茅细胞形态、组织构造、活性物
质(酶、激素、维生素等)含量等生理生化的化感作用
有待于进一步深入研究。
丝茅入侵对混生高羊茅的影响是立体而系统
的,本文仅分析了幼坪期根系与土壤性状的动态变
化。丝茅超强的根茎分生再生能力、种子生产与扩
散能力都是潜在优势,随时间与空间的推移,潜在优
势转化为现实优势,同时蕴育更大的潜在优势。草
坪建植、养护管理不到位,丝茅将造成草坪种群退化
与系统破坏。草坪结构、功能及品质受草坪草的种
类、土壤条件、施肥条件、灌水方法、刈剪频率、种植
年限、踏压程度等诸多因素影响。所以,在合理建构
坪床、合理选择草种的基础上,加强杂草综合防治,
加大草坪管理力度是解决丝茅危害的根本途径。
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(责任编辑 李美娟
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《中国草地学报》是由中国农业科学院草原研究所和中国草学会共同主办的国家级草学学术期
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介绍新进展与发展动态,内容以草学基础理论研究和应用理论研究为主,兼纳高新技术研究和直接
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本刊为中国草业领域创办最早的科技期刊,自1979年创刊以来,先后获内蒙古优秀期刊或优秀
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技期刊CSCD影响因子300名排行表中,本刊居于第117位。双月刊,大16开A4版本,120页,国内
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