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外来物种豚草(Ambrosia Artemisiifolia)入侵生态学研究

邓旭

  豚草(Ambrosia artemisiifolia L.)原产于美洲,是一种外来入侵恶性杂草,在我国已经蔓延到20多个省份,在湖南省已经入侵到10多个县市,探讨豚草入侵机制对有效控制其为害具有重要意义。本文通过野外调查与室内实验研究了豚草在种群及群落等方面的一些生态特性,分析了其有利于入侵的几种生态对策和群落特征,为入侵机理研究和有效控制提供基础。 1、对湖南省豚草入侵区群落生境进行调查,量化了样地坡向、坡度、土壤湿润度等14个生态因子,主成分(PCA)结果表明,描述豚草生境的11个生态因子所含信息可由三个综合因子表征,分别命名为“光湿因子”、“环境因子”和“植物多样性因子”,豚草分布与坡向、坡度、水源距、土壤湿润度等因子正相关,与样地植物种数、总株数、杂草盖度、距耕地距等因子呈负相关。 2、采用样方法调查了不同生境豚草入侵样地中4-10月杂草的种类和数量,采得本地植物83种,其中常见本地植物41种,隶属19科。与本地植物优势群落相比,豚草入侵群落物种丰富度指数、Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数下降显著或极显著,均匀度指数变化小。豚草群落在不同季节物种丰富度指数变化小,多样性指数和均匀度指数在春夏季上升,秋季变化小。 3、对豚草4-9月的主要生长指标进行测定,结果表明Logistic方程能很好地拟合豚草株高、茎粗、生物量的生长动态变化,拟合精度在0.94以上,同时还建立了株高、茎粗、生物量与5个气象因子的多变量时间序列模型(CAR),模型的拟合度比较高,可以用来对豚草的生长进行预测。盆栽实验与样方调查结果表明模拟野外湿润偏阳条件下豚草种子发芽率达74.5%,模拟各生境盆栽实验中幼苗成苗率为15.79-30.07%,野外幼苗长成开花植物的概率为1.20-5.68%,据估算不同生境中1粒豚草种子长成为1株开花植株的可能性高达1.38-5.87%。。 4、测定了豚草在不同生长发育阶段几种主要代谢产物的含量。初生代谢产物光合色素、可溶性糖含量开花期>结果期>成株期,次生代谢产物黄酮和总生物碱含量结果期>开花期>成株期,光合色素、可溶性糖类物质的积累有利于豚草进行高效的光合作用,黄酮、总生物碱的积累则能使豚草抵抗干旱、高温等不利条件。利用Li-6400便携式光合作用测定仪测定了豚草的光合特性,研究表明豚草是典型的喜光植物,光补偿点范围在18.27-37.65μmol·m-2·s-1,光饱和点范围为1106.8-1451.8μmol·m-2·s-1,光能利用范围宽。与伴生种相比,豚草的净光合速率(Pn)高,水分利用率(WUE)高。 5、利用盆栽实验研究了豚草幼苗对异质环境的适应性。豚草幼苗在光照充足、土壤肥力高、水分充足的条件下生长良好,在肥力不高的土壤、轻度干旱胁迫等不良条件下也能维持其生存,其根重比增大。在人工模拟的不同环境胁迫(低温、高温、干旱和水淹)下,豚草叶片中丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性都升高;过氧化氢酶(CAT)活性在高温胁迫下升高,在其它三种胁迫下活性降低;还原型谷胱甘肽(GSH)含量及抗超氧阴离子自由基活性在四种胁迫下降低。豚草抗逆机制多样,对高温、高湿的适应强。 6、利用ISSR技术研究了湖南省豚草5个居群的遗传多样性水平和遗传结构。结果显示:用6条引物对5个居群共75个样品进行扩增,共得到29条清晰的扩增带,其中25个位点为多态性位点。在物种水平上,多态位点百分率(P%)为86.21%,Shannon信息指数(I)为0.3125,Nei指数(h)为0.2545,表明豚草在物种水平有较高的遗传多样性。种群基因分化系数(Gst)为0.2961,居群间的遗传变异占总变异的29.61%,有70.39%的变异发生于居群内。UPGMA聚类分析结果显示,5个居群中,长沙两支与临湘先聚为一支,江永与零陵聚为另一支,最后再与前一支聚合,遗传距离与地理距离有关。 7、在可控条件下应用复合De Wit取代试验设计方法研究了豚草与两种草坪植物(高羊茅、狗牙根)苗期的生长特征及其竞争关系,探讨了不同的播种时间、种植密度和混种比例对竞争关系的影响。豚草与草坪植物同时播种,豚草的混种比例越大其竞争力越大。在草坪草高混种比例、高种群密度和提前播种的情况下,豚草对草坪草的相对竞争力较弱,种间竞争明显小于种内竞争,而草坪草对豚草的相对竞争力较强。 本研究表明,豚草成功入侵与豚草本身的种群特性(幼苗定居能力强、对变化生境的适应能力强、种群遗传变异大、幼苗竞争力强等)及环境的可入侵性(光热条件好、生境受干扰等)有关,预计今后会继续在湖南省内蔓延,向我国华南和西南地区扩散的可能性大,各地应加强预警及控制。……   
[关键词]:豚草;入侵机制;生物多样性;环境胁迫;竞争力
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:湖南农业大学2010年