林業(yè)有害植物飛機(jī)草入侵的生態(tài)機(jī)理研究.pdf

1、飛機(jī)草(EupatoriumodoratumLinn.)為菊科(Compositae)澤蘭屬(Eupatorium)多年生叢生性草本或亞灌木，是我國(guó)重要的林業(yè)有害植物，對(duì)本地植物、經(jīng)濟(jì)林木及生物資源危害日趨嚴(yán)重。本文以飛機(jī)草為研究對(duì)象，對(duì)其入侵的生態(tài)機(jī)理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。結(jié)果如下： 1.飛機(jī)草的同化器官葉片光合能力在2.08～18.27μmol.m-2s-1之間，不同葉片著生年齡、不同生境、不同年份和季節(jié)都能夠顯著影響其光合

2、速率，說(shuō)明葉片光合具有很強(qiáng)的可塑性，這種可塑性可能有利于其定居不同的生境。與分布在同一區(qū)域的對(duì)照種比較，飛機(jī)草葉片能在33～39℃溫度范圍內(nèi)保持較高的最大凈光合速率，而對(duì)照種葉片溫度超過(guò)33℃時(shí)，光合速率隨溫度上升直線下降。飛機(jī)草在高溫下能維持較高的凈光合速率的能力，使飛機(jī)草在高溫環(huán)境中仍能制造有機(jī)物，進(jìn)行正常的生長(zhǎng)發(fā)育，擴(kuò)大種群規(guī)模，不斷占據(jù)其他植物的生態(tài)位，從而形成單優(yōu)群落。這種高溫適應(yīng)也是飛機(jī)草能在亞熱帶、熱帶范圍內(nèi)大量分布的一個(gè)

3、重要原因。 2.飛機(jī)草不同的非同化器官都具有一定的光合能力，根據(jù)葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定結(jié)果顯示，莖、花(蕾)、果和表層綠色根系的光合能力(電子傳導(dǎo)速率)分別可以達(dá)到葉片的53％、55(59)％、63％和31％。表明非同化器官在生殖期間對(duì)同化器官葉片的光合起到了一定的補(bǔ)充作用。生殖季節(jié)葉片光合能力較低，這種包括生殖器官自身在內(nèi)的光合能力是對(duì)葉片光合能力的重要補(bǔ)充，有利于其形成更多種子，從而進(jìn)行快速繁殖，為其種群擴(kuò)散提供種源保障。

4、3.根系呼吸速率及莖桿的毛光合速率與直徑關(guān)系相似，即直徑越小，毛光合速率越高，根毛等細(xì)根的呼吸速率可達(dá)150μmol.g-1DWs-1以上，而主根的呼吸僅僅20μmol.g-1DWs-1左右。這種強(qiáng)呼吸代謝能力可能直接影響根際土壤呼吸，研究發(fā)現(xiàn)隨著與飛機(jī)草植株距離的不斷加大，土壤呼吸呈下降趨勢(shì)，但當(dāng)距離超過(guò)50cm以上時(shí)，其它雜草的影響可能超過(guò)飛機(jī)草的影響而使土壤呼吸速率逐漸開(kāi)始回升。 4.飛機(jī)草生活史進(jìn)程中不同階段(種子、芽、

5、苗和成株)不同可溶性糖、激素、單寧、黃酮的含量都發(fā)生了明顯的變化，其中蔗糖變化范圍0.23％～3.92％，葡萄糖為0.14％～1.67％，果糖為0.02％～1.01％，赤霉素為58.4～246.3pg.g-1Dw，單寧為0.10％～1.62％，黃酮為0.44％～2.60％。表明這些指標(biāo)在飛機(jī)草生長(zhǎng)發(fā)育中，對(duì)代謝過(guò)程進(jìn)行了協(xié)同調(diào)節(jié)與控制，有利于飛機(jī)草的快速生長(zhǎng)、快速繁殖，并對(duì)不良環(huán)境具有較強(qiáng)的抵御能力。而且莖(5.5)和葉片(5.6)pH

6、值明顯低于其他器官(6.9～8.4)，符合酸性條件能夠促進(jìn)快速生長(zhǎng)的理論。 5.隨著飛機(jī)草所處生境的變化，合成的物質(zhì)(B、A、P物質(zhì))也隨之發(fā)生改變，使飛機(jī)草向不同生活史型發(fā)展。如飛機(jī)草處于E生境下，合成的B物質(zhì)，如可溶性糖等代謝產(chǎn)物，主要用于植物細(xì)胞增殖和體積擴(kuò)大，加速其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，故形成以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主的V生活史型。如飛機(jī)草處于F生境，合成的拮抗物質(zhì)(Antagonisticstresssubstance)——A物質(zhì)，如生物堿、

7、單寧等次級(jí)代謝產(chǎn)物，主要用于保護(hù)自身抵抗干旱、高溫等不良環(huán)境，故形成以無(wú)性生殖為主的C生活史型。如飛機(jī)草處于D生境，合成的促繁物質(zhì)(propagation-Promotingsubstance)——P物質(zhì)，如黃酮、GA等，主要用于植物細(xì)胞減數(shù)分裂以產(chǎn)生大量種子，故形成以有性生殖為主的S生活史型。 6.飛機(jī)草花粉和柱頭的特殊結(jié)構(gòu)，如花粉具刺狀紋飾和花柱密集皺褶，使得飛機(jī)草傳粉授精成功的機(jī)率大增，因而產(chǎn)生大量果實(shí)。而且飛機(jī)草種子成熟

8、季節(jié)恰值干燥多風(fēng)的旱季，短暫的成熟期、較輕的果實(shí)(千粒重為0.164g)、帶有冠毛這些適合風(fēng)傳播的特征，都促進(jìn)了飛機(jī)草的快速傳播蔓延。由于飛機(jī)草種子輕且具冠毛，其近距離傳播主要靠風(fēng)力和水流，飛機(jī)草種子的傳播距離隨著風(fēng)速的增大而增大，2～3級(jí)風(fēng)下可傳播16～22m，當(dāng)達(dá)到4級(jí)風(fēng)時(shí)，傳播距離可達(dá)到25m。飛機(jī)草種子可沿輸水灌溉渠、排水溝及湖面等傳播，調(diào)查結(jié)果表明，種子密度可達(dá)2～8個(gè)/100cm2。中距離傳播主要靠人畜及農(nóng)用車系統(tǒng)的攜帶，而

9、遠(yuǎn)距離的傳播主要依賴于公路網(wǎng)系統(tǒng)的大型機(jī)動(dòng)車系統(tǒng)，發(fā)達(dá)的道路網(wǎng)及大型交通工具是遠(yuǎn)距離傳播的主要途徑。大規(guī)模的土壤一次性破壞，又為飛機(jī)草種子快速與土壤表面結(jié)合奠定了基礎(chǔ)。 7.在不同道路條件下，飛機(jī)草選擇不同的生活史型。高速公路旁土壤裸露度較低，僅為3％，飛機(jī)草種子很難與土壤接觸，從而導(dǎo)致種子密度及幼苗密度也較低，僅為6個(gè)/100cm2和1.5株/m2，但飛機(jī)草個(gè)體高大，達(dá)到3～5m，飛機(jī)草生活史型屬于V型。省、縣級(jí)公路旁飛機(jī)草數(shù)

10、量較少且個(gè)體生長(zhǎng)不良，僅為3.67株/m2，但土壤裸露度逐漸增加，從50％增加到90％，種子密度及幼苗密度也逐漸增大，范圍分別為27.5～61.25個(gè)/100cm2和5.5～37.67株m2，生活史型屬于S型與C型之間的過(guò)渡類型，即SC型。鄉(xiāng)級(jí)公路旁土壤經(jīng)常被牲畜踐踏，土壤孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞，造成土壤緊實(shí)度較高，由于土壤裸露度較大，在14.66％～86.66％之間，鄉(xiāng)級(jí)公路飛機(jī)草個(gè)體數(shù)量較大(11.67～35株/m2)，種子密度也較

11、高(28.33～30個(gè)/100cm2)，因此，飛機(jī)草在鄉(xiāng)級(jí)公路旁呈線狀單優(yōu)分布，生活史型屬于S型，又由于土壤緊實(shí)度較高，有向C型過(guò)渡趨勢(shì)。村路旁土壤裸露度均較大，在50％～60％之間，最大可達(dá)90％，且土壤較疏松，表層土壤緊實(shí)度較低。因此，村路旁飛機(jī)草個(gè)體數(shù)量較大(11.67～37.67株/m2)，種子密度也較高(28.33～61.25個(gè)/100cm2)，飛機(jī)草在村路呈集中帶狀或團(tuán)狀分布，形成單優(yōu)群落，生活史型屬于S型。 8.生

12、境類型不同，飛機(jī)草完成生活史的對(duì)策也不同，這是飛機(jī)草形成不同生活史型的前提條件。采用生境劃分法和形態(tài)性狀主成分分析法對(duì)飛機(jī)草生活史型劃分的結(jié)果表明：土丘生境有利于飛機(jī)草的生長(zhǎng)發(fā)育，飛機(jī)草選擇了以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主的V生活史型，最大程度地?cái)U(kuò)展地上空間占據(jù)環(huán)境。路邊生境、林下生境有類似土丘生境的發(fā)育特點(diǎn)，為VS型，有向S型過(guò)渡的趨勢(shì)。而撂荒地生境最不利于飛機(jī)草生長(zhǎng)的環(huán)境，在這樣的環(huán)境下，飛機(jī)草以犧牲營(yíng)養(yǎng)體為代價(jià)，盡可能地產(chǎn)生最多的種子以子以延續(xù)下