本土蒿属植物浸提液对农田入侵杂草生长的化感效应_王宇超.pdf

西 北 农 业 学 报 ，（）：本土蒿属植物浸提液对农田入侵杂草生长的化感效应收稿日期：修回日期：基金项目：陕西省林业科学院科技创新计划专项（）；陕西省科学院科技计划（）；陕西省重点研发计划（）。第一作者：王宇超，男，副研究员，从事植物入侵和恢复生态学研究。：王宇超，吕金林，毛祝新，李倩，（陕西省西安植物园（陕西省植物研究所），西安 ；陕西省植物资源保护与利用工程技术研究中心，西安 ）摘要旨在探究能有效减弱入侵植物生长和扩散蔓延的本地蒿属种浸提液。通过对农田入侵杂草粗毛牛膝菊和小蓬草的种子分别施加不同质量浓度的种本地蒿属植物地上和地下部分浸提液，比较分析质量浓度梯度、蒿属植物以及不同部位浸提液对入侵种萌发率、成苗率和根系长度的化感作用。结果表明：（）蒿属植物地上部分和地下部分浸提液对入侵植物萌发率、成苗率和根系长度的影响在种蒿属植物和不同质量浓度间均存在显著差异，并且随着浸提液质量浓度的增加，影响程度会加剧；（）相较于地下部分浸提液，蒿属植物地上部分浸提液对种入侵植物种子萌发和幼苗生长的影响更加明显，其中艾蒿浸提液对粗毛牛膝菊生长的影响较弱，其他蒿属植物浸提液的化感作用较强，例如猪毛蒿地上浸取液质量浓度为 和 时，萌发率、成苗率和根长为；黄花蒿和猪毛蒿对小蓬草的影响较强，地上浸取液质量浓度为 时，萌发率、成苗率和根长为；（）与萌发率和成苗率相比，入侵植物根系长度对蒿属植物地上部分和地下部分浸提液的响应更敏感。这些结果说明，本地蒿属植物地上和地下部分浸提液可以减弱粗毛牛膝菊和小蓬草的生长，并且随着质量浓度的升高而加剧，尤其是黄花蒿和猪毛蒿地上部分浸提液质量浓度为 时效果更加明显，对这种入侵植物的生物防治可以参考此数值。关键词蒿属植物；浸提液；粗毛牛膝菊；小蓬草；化感效应生物入侵目前已成为最棘手的环境问题之一，迅速的环境变化和持续增强的国际交流与贸易活动，增加了世界各地物种转移的范围和频率，为外来物种的入侵提供了良好的契机。特别是近几十年来，生物物种在全球范围内的大规模转移与分配以惊人的速度在增加。外来入侵植物作为入侵生物中的重要类群之一，在新的栖息地几乎没有天敌，呈现出较强的生存能力，种群迅速蔓延，极易呈现难以控制的爆发性增长，导致本地物种濒临灭绝，甚至取代本地物种，改变当地生态结构，对当地生物多样性、生态环境质量和农林牧渔及相关产业造成极其严重的影响。因此，外来入侵植物的控制与防治是当前生态系统管理高度重视和亟需解决的关键问题，备受国际社会广泛关注。农业生态系统是一个融合了自然、生物与人类社会生产活动的复杂系统，是在人类干预下发展起来的。相较于其他生态系统，它群落结构和营养结构简单、生物种类少、自我调节能力较弱、干扰性强，受人类影响最频繁直接，因此易遭受自然气候、病虫害、杂草生长等的影响，外来生物入侵问题较为严重。全球农业因生物入侵直接或间接造成的损失每年高达 亿美元。外来入侵植物中最常见的植物之一是菊科植物，中国现有的菊科植物大多是外来种，占入侵种的 左右。隶属菊科植物的粗毛牛膝菊和小蓬草是中国农业生态系统中常见的恶性杂草，其种子结实量大，传播能力强，扩散速度快，排挤本地种，迅速形成大面积的优势种群落，能够入侵农田、草坪、果园等，影响农作物、瓜果蔬菜、花卉等的生长和产量，给入侵地的生物多样性和土壤结构与肥力带来较大威胁。因此，为创造良好的农业生态环境，取得较佳的经济效益，针对农田杂草如何防治与管理的问题应得到足够重视。近年来，关于粗毛牛膝菊和小蓬草的研究大多是关注分布范围、化学成分和生物学特性、种子萌发、化感作用、入侵机理等方面 ，多数研究通过探究外来入侵植物对入侵地植物生长、物种多样性、土 壤 特 性 等 的 影 响 来 解 释 其 入 侵 机制 。但是，仍缺乏关于如何科学有效的防治这两种常见的农田杂草的方法研究，尤其是生物防治这一环保、不污染环境的方法。生物防治是以一种或一类生物去抑制另一种或一类生物，利用生物物种间的相互关系。然而，目前仅对不足 的农田入侵植物开展了生物防治方面的研究工作。本研究拟通过对粗毛牛膝菊和小蓬草种子分别施加不同质量浓度的种本地蒿属植物地上部分和地下部分浸提液，观察种入侵植物种子发芽和成苗情况，并测定根系长度，分析质量浓度梯度、不同部位浸提液和蒿属植物对入侵植物发芽率、成苗率和根长的化感效应，探究能有效减弱入侵植物生长的本地蒿属种浸提液，旨在降低粗毛牛膝菊和小蓬草的扩散蔓延并为制定防控措施提供科学依据与参考。材料与方法试验材料试验选取蒿属植物种，分别为黄花蒿（）、野艾蒿（）、艾蒿（）、毛莲蒿（）和猪毛蒿（），于秦岭化羊峪、小峪和渭河滩地采集规格相近的蒿属植物。选取粗毛牛膝菊（）和小蓬草（）种入侵植物，于秦岭北麓户菜路采集植物种子。将试验所需植物和种子样品完好地放置在牛皮袋中，并尽快带回实验室。试验方法将分别获取蒿属植物地上和地下部分浸提液，随后将其施加于种入侵植物的种子，观察种子的萌发、成苗和根系长度。具体步骤为：（）干燥，将蒿属植物的植物样品晾干；（）粉碎，将蒿属植物地上部分和地下部分分开进行粉碎；（）浸提，取粉碎后的样品溶于水中，其中每 粉碎样品加入 无菌水，室温，并超声，静置；（）离心，取浸提液离心，转速为 ，时间为 ；（）浓缩，利用旋转蒸发仪对离心后的上清液进行浓缩；（）过滤，对浓缩后的上清液进行过滤，采用 的水系过滤膜；（）定容，取过滤液定容，质量浓度依次为、和；（）加样，分别在入侵植物的种子中加入样品，第一次加浸提液，以后每隔 再加；设置空白对照，每个处理个重复，其中每个重复的供试种子数为 粒；（）将植物转移至光照培养箱，采用直径 的培养皿，设置光照时间为当日：至：，湿度，温度 ，无光照时间为当日：至次日：，湿度，温度。试验指标测定试验过程中，每天观察并记录入侵植物的种子萌发情况，当种子胚根突破种皮，露出白色细根时，即表明种子开始萌发，开始记录发芽种子数。连续观察直至 内未出现发芽种子视为发芽结束，统计种子发芽率。每日：定时观察成苗情况，以株高大于 成苗。在种子萌发后 记录成苗数，并计算成苗率。成苗后第 天时，使用量尺测定每株幼苗的根系长度。数据分析数据处理采用 统计分析软件，使用单因素方差分析（）对不同蒿属植物和不同浸提液质量浓度下入侵植物萌发率、成苗率和根系长度进行差异显著性检验。使用 对数据组进行制图，数据以“平均值标准差”表示。结果与分析蒿属植物浸提液对入侵植物萌发率的影响地上部分浸提液对萌发率的影响添加蒿属植物地上部分浸提液后，入侵植物的种子萌发时间明显延迟（图），浸提液质量浓度越高，种子萌发起始时间越晚。对照组在第天达到最大萌发率，而处理组萌发率则在第 天后陆续到达最大值，甚至在质量浓度较高浸提液中种子没有萌发。蒿属植物地上部分浸提液对入侵植物萌发率的影响大致呈现出随浸提液质量浓度的增加而加剧的趋势（表，表）。艾蒿地上部分浸提液质量浓度 为 ，其 他 蒿 属 植 物 质 量 浓 度 为 时，粗毛牛膝菊萌发率开始显著下西北农业学报 卷 分别为艾蒿、毛莲蒿、猪毛蒿、野艾蒿和黄花蒿地上部分浸提液处理后粗毛牛膝菊的萌发率时间曲线；分别为艾蒿、毛莲蒿、猪毛蒿、野艾蒿和黄花蒿地上部分浸提液处理后小蓬草的萌发率时间曲线 .，.，.，.，；.，.，.，.，图不同处理下粗毛牛膝菊和小蓬草的萌发率时间曲线 期王宇超等：本土蒿属植物浸提液对农田入侵杂草生长的化感效应表蒿属植物不同质量浓度地上部分浸提液处理后粗毛牛膝菊的萌发率 质量浓度（）不同处理的萌发率 黄花蒿.野艾蒿.艾蒿.毛莲蒿.猪毛蒿.注：不同大写字母表示相同质量浓度不同植物之间差异显著（），不同小写字母表示相同植物不同质量浓度之间差异显著（），字母相同表示差异不显著。下同。：（），（）表蒿属植物不同质量浓度地上部分浸提液处理后小蓬草的萌发率 质量浓度（）不同处理的萌发率 黄花蒿.野艾蒿.艾蒿.毛莲蒿.猪毛蒿.降；而 艾 蒿 地 上 部 分 浸 提 液 质 量 浓 度 为，其他蒿属植物质量浓度为时，对小蓬草萌发率开始有显著影响。相同质量浓度不同蒿属植物地上部分浸提液对入侵植物萌发率的影响同样存在差异。当浸提液质量浓度为 时，蒿属植物地上部分浸提液对粗毛牛膝菊萌发率没有显著影响，而其他质量浓度不同蒿属植物间的差异性达到显著水平；种蒿属植物中艾蒿对粗毛牛膝菊萌发率的影响相对较弱，猪毛蒿地上部分浸提液质量浓度为时其萌发率为；对于小蓬草而言，仅在浸提液质量浓度为 时，种蒿属植物间差异性不显著，黄花蒿和猪毛蒿对其萌发率的影响相对较强，质量浓度为 时种子不萌发。地下部分浸提液对萌发率的影响蒿属植物地下部分浸提液的添加明显推迟了入侵植物的种子萌发时间，并且质量浓度越高开始萌发时间越晚（图）。所有处理组中并未出现种子未萌发的现象，浸提液质量浓度越高，种子萌发情况相对较弱。蒿属植物地下部分浸提液对入侵植物萌发率的影响在不同植物和质量浓度之间均存在显著差异，大体呈现随质量浓度的增加而加剧的趋势（表，表）。对于粗毛牛膝菊而言，黄花蒿和艾蒿地下部分浸提液质量浓度分别在 和时，对其萌发率开始具有显著影响，其他蒿属植物在各质量浓度之间无显著性差异；除和 外，其他地下部分浸提液质量浓度在不同蒿属植物间均差异显著，其中黄花蒿对其萌发率的影响相对剧烈。而对于小蓬草来说，野艾蒿地下部分浸提液对其萌发率的影响在各质量浓度间无显著差异，黄花蒿、艾蒿、毛莲蒿和猪毛蒿对其萌发率表现出显著影响时的质量浓度分别为、和；仅在质量浓度为 和时蒿属植物地下部分浸提液对其萌发率的影响差异不显著。蒿属植物浸提液对入侵植物成苗率的影响地上部分浸提液对成苗率的影响蒿属植物地上部分浸提液质量浓度的增加会加剧对入西北农业学报 卷 分别为艾蒿、毛莲蒿、猪毛蒿、野艾蒿和黄花蒿地上部分浸提液处理后粗毛牛膝菊的萌发率时间曲线；分别为艾蒿、毛莲蒿、猪毛蒿、野艾蒿和黄花蒿地上部分浸提液处理后小蓬草的萌发率时间曲线 .，.，.，.，；.，.，.，.，图不同处理下粗毛牛膝菊和小蓬草的萌发率时间曲线 期王宇超等：本土蒿属植物浸提液对农田入侵杂草生长的化感效应表蒿属植物不同质量浓度地下部分浸提液处理后粗毛牛膝菊的萌发率 质量浓度（）不同处理的萌发率 黄花蒿.野艾蒿.艾蒿.毛莲蒿.猪毛蒿.表蒿属植物不同质量浓度地下部分浸提液处理后小蓬草的萌发率 质量浓度（）不同处理的萌发率 黄花蒿.野艾蒿.艾蒿.毛莲蒿.猪毛蒿.表蒿属植物不同质量浓度地上部分浸提液处理后粗毛牛膝菊的成苗率 质量浓度（）不同处理的成苗率 黄花蒿.野艾蒿.艾蒿.毛莲蒿.猪毛蒿.表蒿属植物不同质量浓度地上部分浸提液处理后小蓬草的成苗率 质量浓度（）不同处理的成苗率 黄花蒿.野艾蒿.艾蒿.毛莲蒿.猪毛蒿.西北农业学报 卷侵植物成苗率的影响程度（表，表）。艾蒿地上部分浸提液对粗毛牛膝菊和小蓬草成苗率影响显著的 起 始 质 量 浓 度 分 别 为 和 ，其余种蒿属植物的起始质量浓度则分别是 和时，均小于艾蒿。当地上浸提液质量浓度分别为 和 时，对粗毛牛膝菊和小蓬草成苗率的影响在种蒿属植物间无显著差异，其余质量浓度则差异明显。种蒿属植物中，艾蒿地上部分浸提液对粗毛牛膝菊成苗率的影响相对较弱，但是所有植物对小蓬草成苗率的影响均比较明显；黄花蒿和猪毛蒿相对较强，质量浓度为时种入侵植物的成苗率均为。地下部分浸提液对成苗率的影响蒿属植物地下部分浸提液对入侵成苗率的影响程度虽然在统计学上显著性不是很明显，但是数值上随着质量浓度的增加成苗率下降（表，表）。黄花蒿、艾蒿和毛莲蒿地下部分浸提液对粗毛牛膝菊成苗率影响的起始质量浓度分别为、和，而野艾蒿和猪毛蒿对其影响与质量浓度无明显关系；毛莲蒿和猪毛蒿地下部分浸提液质量浓度分别为和 时，小蓬草成苗率开始明显下降，而其他种蒿属植物在各质量浓度间无显著差异。地下部分浸提液质量浓度分别为 和、时，对粗毛牛膝菊和小蓬草成苗率的影响在蒿属植物间没有明显差异。种蒿属植物中，地下部分浸提液对粗毛牛膝菊和小蓬草成苗率影响相对较强的分别是黄花蒿和毛莲蒿。蒿属植物浸提液对入侵植物根系长度的影响地上部分浸提液对根系长度的影响随着蒿属植物地上部