两种替代植物对少花蒺藜草的生态修复技术.pdf

收稿日期:2 0 2 2 0 9 0 2作者简介:王坤芳(1 9 8 1),女,河北任丘人,高级畜牧师,博士。第3 5卷第4期2 0 2 3年 8月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fS h e n y a n gU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c e)V o l.3 5,N o.4A u g.2023文章编号:2 0 9 5-5 4 5 6(2 0 2 3)0 4-0 2 9 5-0 5两种替代植物对少花蒺藜草的生态修复技术王 坤 芳(辽宁省林业发展服务中心 草原保护部,辽宁 沈阳 1 1 0 0 3 6)摘 要:为建立一套科学、有效、绿色的草原少花蒺藜草防控修复技术,选择沙打旺和草木樨为替代植物,结合低位刈割物理防控措施,对少花蒺藜草入侵地进行生态修复干扰调控,以期通过降低少花蒺藜草种子库基数和改善入侵地植被组成达到对少花蒺藜草的逐步防控阻断。结果表明,低位刈割与替代植物补播调控技术能显著降低少花蒺藜草的种群密度、出现概率及单位面积分蘖数、刺苞和颖果数等。与示范区外相比,示范区内少花蒺藜草密度降低了7 4.3%,出现概率降低2 0%;单位面积分蘖数、刺苞及颖果数分别降低了6 6.8%、6 0.9%和6 0.8%。低位刈割与替代植物补播调控对少花蒺藜草平均株高及单株分蘖数、刺苞及颖果数无明显抑制作用。关 键 词:入侵植物;少花蒺藜草;生态修复技术;低位刈割;替代控制中图分类号:S 4 5 9 文献标志码:AE c o l o g i c a lR e s t o r a t i o nT e c h n i q u e so fT w oA l t e r n a t i v eP l a n t sf o rC e n c h r u s p a u c i f l o r u sWANGK u n f a n g(D e p a r t m e n t o fG r a s s l a n dC o n s e r v a t i o n,L i a o n i n gS e r v i c eC e n t e r o fF o r e s t r yD e v e l o p m e n t,S h e n y a n g1 1 0 0 3 6,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e rt oe s t a b l i s has e to fs c i e n t i f i ca n de f f e c t i v eg r a s s l a n dC.p a u c i f l o r u sp r e v e n t i o n a n d c o n t r o l r e s t o r a t i o n t e c h n o l o g y,A s t r a g a l u s a d s u r g e n sa n dM e l i l o t u so f f i c i n a l i sw e r es e l e c t e da sa l t e r n a t i v ep l a n t s,c o m b i n e d w i t hl o w-l e v e lm o w i n gp h y s i c a lp r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e s,e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ni n t e r f e r e n c ea n dr e g u l a t i o no fC.p a u c i f l o r u si n v a s i o ns i t e sw e r ec a r r i e do u t,s oa st oa c h i e v et h eg r a d u a lp r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fC.p a u c i f l o r u sb yr e d u c i n gt h es e e db a n kb a s ea n di m p r o v i n gt h ev e g e t a t i o nc o m p o s i t i o no f t h ei n v a s i o na r e a.T h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e g u l a t i o nt e c h n o l o g yo fl o w-l e v e lm o w i n ga n da l t e r n a t i v ep l a n tr e p l a n t i n gc o u l ds i g n i f i c a n t l yr e d u c et h ep o p u l a t i o nd e n s i t ya n df r e q u e n c y,t o t a ln u m b e ro f t i l l e r s,t o t a ln u m b e ro fs p i n yb u d sa n df r u i t so fC.p a u c i f l o r u s.C o m p a r e dw i t h t h en o n-d e m o n s t r a t i o na r e a,t h ed e n s i t yo fC.p a u c i f l o r u si n t h ed e m o n s t r a t i o na r e aw a s r e d u c e db y7 4.3%,a n dt h e f r e q u e n c yo fo c c u r r e n c ew a s r e d u c e db y2 0%.T h e t o t a ln u m b e ro f t i l l e r s,t h o r nb r a c t sa n dc a r y o p s e sd e c r e a s e db y6 6.8%,6 0.9%a n d6 0.8%r e s p e c t i v e l y.T h er e g u l a t i o no fl o w-l e v e lm o w i n ga n dr e p l a n t i n go fa l t e r n a t i v ep l a n t sh a dn os i g n i f i c a n t i n h i b i t o r ye f f e c to nt h ea v e r a g ep l a n th e i g h to fC.p a u c i f l o r u sa n dt h en u m b e ro f t i l l e r s,t h o r nb r a c t sa n dc a r y o p s e sp e rp l a n t.K e yw o r d s:i n v a s i v ep l a n t;C e n c h r u sp a u c i f l o r u s;e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o nt e c h n o l o g y;l o wm o w i n g;r e p l a c e m e n t c o n t r o l入侵植物对本地植物的竞争性抑制能力是其成功入侵、再生及扩展的关键所在,也是影响植物群落组成及多样性水平的重要因素1。少花蒺藜草(C e n c h r u s p a u c i f l o r u sB e n t h.)被认定为对辽宁省生态、经济及人民健康产生危害最大的3种入侵植物(其他2种为刺萼龙葵S o l a n u mr o s t r a t u m和豚草Am b r o s i aa r t e m i s i i f o l i a)之一2。少花蒺藜草的入侵严重影响农牧民的经济收入和日常生活,现已成为科尔沁沙地及边缘草原区域危害最为严重的入侵杂草之一34。针对严峻的入侵植物蔓延危害形势,农业部于2 0 0 4年启动开展了“十省百县”外来入侵生物灭毒除害行动,建立了生物防治与替代控制相结合的一体化综合治理技术体系,开创了我国入侵植物生态治理的先河5。经过多年的生产实践,生物控制与生态调控是外来入侵植物防控最为长治久效,安全可行的防控技术。刘辉等6采取翻耕、刈割物理防治措施与补播羊草(L e y m u s c h i n e n s i s)相结合的防控手段防除少花蒺藜草,防控效果显著。李银春7认为在1 6%5 0%少花蒺藜草入侵地块,采用人工刈割清穗结合人工种草及补播改良等人工生态修复措施,可以有效降低少花蒺藜草出苗率。近年来,国内针对少花蒺藜草的生态修复调控技术的研究也逐渐增多,但大面积示范应用成功案例较为少见。本研究在多年生产经验的基础上,选择了沙打旺(A s t r a g a l u s a d s u r g e n sP a l l.)和草木樨(M e l i l o t u so f f i c i n a l i s(L.)P a l l.)作为替代植物,结合低位刈割物理防控措施,对少花蒺藜草入侵地进行生态修复干扰调控,以期为少花蒺藜草入侵草原区的生态修复提供科学依据,对保障草原生态安全具有重要意义。1 示范区概况少花蒺藜草生态修复防控技术示范区设在辽宁省彰武县阿尔乡镇北甸子村,位于4 2 4 7 5 6.5 N4 2 4 8 2 4.9 N、1 2 2 2 1 1 4.9 E1 2 2 2 2 2 2.0 E之间,海拔最高为3 1 3.1m,最低为5 9.3m。属东北平原,为内蒙古高原与辽河平原的过渡段,属彰武县北部沙荒区,地势为坨甸相间,土壤为风沙土,草原生产力水平极低,少花蒺藜草入侵度达5 0%以上,且地表遍布长年积累的少花蒺藜草籽实。该区属于温带半湿润、半干旱大陆性季风气候,四季分明,雨热同季,光照充足,昼夜温差大,春季风大且多,寒冷期长,年平均气温7.2,最高温 度3 7.4,最低温 度-3 0.4,平 均风速3.8ms-1,最大 风速3 8ms-1,年均降水量5 1 0.3mm,平均相对湿度6 1%,平均无霜期1 5 6d。2 材料与方法2.1 试验材料1)试验用种:草木樨和沙打旺,均为彰武县林草发展服务中心草原生态保护部提供。2)设备:大型播种机、镰刀、耙子、剪刀、尺子、样框、计数器、天平等。2.2 试验设计人工低位刈割与人工补播牧草相结合。9月,少花蒺藜草抽穗扬花期至种子成熟前,进行人工低位刈割,并用齿耙将地表残留物清除出地块。第2年5月,少花蒺藜草幼苗出土前后,选择多年生草木樨和沙打旺进行播种,给予适当的水肥管理,以保证牧草正常生长发育,确保出苗率。9月上中旬调查少花蒺藜草密度及出 现概率和生 长发育情 况(包括株 高、分蘖 数、刺 苞 数 和 颖 果 数)。示 范 区 面 积1 0 0h m2,以示范区外为对照。调查方法:在示范区内外分别按照“Z”字型选取1 0个和3个调查样方,样方面积1m2,进行少花蒺藜草密度调查;同时在选取的样方内测定少花蒺藜草株高(平均值)、分蘖数、刺苞数、颖果数,调查其生长发育情况;在示范区内外各扔3 0次样方,统计少花蒺藜草出现的概率;在示范区内外各选定3个样方,测定样方内植物群落的盖度、高度、植物种类数量及生物量,计算其防控效果,E=C-DC1 0 0%。式中:E为防控效果;C为示范区外各少花蒺藜草调查指标(包括少花蒺藜草密度Cd,株m-2;概率Cf,%;平均株高Ch,c m;单位面积分蘖数Ct,个m-2;单位面积刺苞数Cb,个m-2;单位面积颖果数Cc,个m-2);D为示范区内各少花蒺藜草调查指标(包括少花蒺藜草密度Dd,株m-2;概率Df,%;平均株高Dh,c m;单位面积分蘖数Dt,个m-2;单位面积刺苞数Db,个m-2;单位面积颖果数Dc,个m-2)。692沈阳大学学报(自然科学版)第3 5卷2.3 数据分析试验采用WP SO f f i c e进行数据计算和绘图,利用D P S3.0 1统计软件D u n c a n新复极差法进行数据分析。3 结果与分析3.1 调控技术对少花蒺藜草种群密度及出现概率的影响种群密度是群落中植物种群最基本的数量特征。示范区外的3个样方内,少花蒺藜草密度范围在8 41 2 4株m-2,平均值为1 0 1株m-2(见表1);示范区内的1 0个样方内,少花蒺藜草密度范围在1 24 8株m-2,平均值为3 0株m-2,比示范区外少花蒺藜草密度低7 0.3%,说明低位刈割与补播调控技术对降低少花蒺藜草的种群密度有显著效果。表1 少花蒺藜草样方调查各指标信息T a b l e1 I n f o r m a t i o no f e a c h i n d e x i ns u r v e yo fC.p a u c i f l o r u s样地密度/(株m-2)平均株高/c m分蘖/(个m-2)刺苞/(个m-2)颖果/(个m-2)示范区外1 0 1A a1 9A a1 9 3A a7 7 4A a15 4 7A a示范区内3 0B b2 1A a6 4B b3 0 3B b6 0 7B b 注:表中同一列中不同小写字母表示差异性显著(P0.0 5),不同大写字母表示差异性极显著(P0.0 1)。在示范区内外各扔3 0次样方统计少花蒺藜草出现的概率,结果发现出现在示范区外的概率为7 3.3%,出现在示范区内的概率为5 3.3%,与示范区外对照相比下降2 0%,防控效果显著。3.2 调控技术对少花蒺藜草各项生长发育指标的影响调查结果显示,示范区外少花蒺藜草高度变化范围较小,为1 82 1c m,均值为1 9c m;示范区内少花蒺藜草高度均值为2 1 c m,与项目区外无明显差异。在分蘖数方面,示范区内少花蒺藜草单位面积分蘖数均值为6 4个m-2,示范区外对照区均值为1 9 3个m-2,示范区内显著低于项目区外,防控效果为6 6.8%,表明少花蒺藜草扩散能力显著下降。在刺苞数和颖果数方面,示范区内单位面积内少花蒺藜草的刺苞数和颖果数均值分别为3 0 3和6 0 7个m-2,示范区外分别为7 7 4和1 5 4 7个m-2,示范区内单位面积内少花蒺藜草的刺苞数和颖果数显著低于示范区外,该调控技术处理使单位面积内的少花蒺藜草的刺苞数和颖果数分别下降了6 0.9%和6 0.8%,少花蒺藜草的繁殖能力显著下降。3.3 调控技术对入侵地植物群落特征的影响植被盖度是植物种群最基本的数量特征。示范区外,群落总盖度为7 6%8 0%,示范区内为3 7%5 5%,低于示范区外盖度,这主要是因为少花蒺藜草密度降低。但是,从植物种类数量上来看,示范区外的植物种类为46种,示范区内的植物种类为81 1种,调控技术对物种多样性有显著增加影响,群落高度无显著差异(见表2)。表2 示范区内外的植物群落盖度、高度及植物种数T a b l e2 P l a n t c o m m u n i t yc o v e r a g e,h e i g h t a n dp l a n t s p e c i e s i n s i d ea n do u t s i d ed e m o n s t r a t i o na r e a样地盖度/%群落高度/c m植物种类/(个m-2)示范区外7 8A a4 3A a5A b示范区内4 7B b3 5A a1 0A a 注:表中同一列中不同小写字母表示差异性显著(P0.0 5),不同大写字母表示差异性极显著(P0.0 1)。生物量是植物群落特征的重要指标。示范区外的群落总生物量为3 0 4.03 9 1.8gm-2,平均值为3 5 4.5gm-2。示范区内的生物量区间为7 4.01 0 7.7gm-2,平均值为8 9.9gm-2,示范区外明显高于示范区内,这主要是由于少花蒺藜草出苗量大幅减少所致。但是,示范区内毒害草的生物量显著低于示范区外,其他植物的地上生物量也显著增大(见图1)。4 讨 论近年来,我国对入侵有害生物开展了大量生物控制和生态修复调控的研究工作。采用豚草与空心792第4期 王坤芳:两种替代植物对少花蒺藜草的生态修复技术图1 示范区内外的植物群落生物量变化F i g.1 B i o m a s sc h a n g e so f p l a n t c o m m u n i t i e s i n s i d ea n do u t s i d e t h ed e m o n s t r a t i o na r e a莲子草(A l t e r n a n t h e r ap h i l o x e r o i d e s)进行生物防控已得到成功示范及应用89。针对互花米草(S p a r t i n aa l t e r n i f l o r a)的生态调 控 工 程 中,利 用 芦 苇(P h r a g m i t e sa u s t r a l i)的大面积种植对互花米草生物替代,并在一定范围内取得了成功1 0。黑麦草(L o l a u m p e r e u u e)、非 洲 狗 尾 草(S e t a r a aa u c e p s)和紫穗槐(C a mp t o t h e c aa c u m i u a t a)等 对 紫 茎 泽 兰(A g e r a t i n aa d e n o p h o r a)具 有 很 好 的 替 代 效 应1 11 3。孙江华等1 4通过研究侵物种紧急处理技术和环境调控新技术综合控制技术体系,筛选处理一些优良的紫茎泽兰竞争替代牧草,研发了紫茎泽兰的植物竞争替代的生态修复技术,并将其应用示范,效果良好。卢昌义等1 5研究利用白蝶合果芋(S y n g o n i u mp o d o p h y l l u m)、细叶萼距花(C u p h e ah y s s o p i f o l i a)形成密集植被可有效控制外来入侵植物猫爪藤(M a c f a d y e n au n g u i s c a t i)的萌生和生长。刘绍芹等1 6认为我国豚草的防治采用生物防治为主,并结合物理防治、化学防治和植物替代等综合防治技术具有较好的防控效果。张瑞海1 7在马蔺(I r i s l a c t e a)替代控制科尔沁退化草地入侵杂草的研究中表明,马蔺能够有效地抑制少花蒺藜草的株高、分蘖数、刺苞数及生物量。于童洲等1 8通过研究混播状态下少花蒺藜草根际土壤中酶活性的变化,证明紫花苜蓿(M e d i c a g o s a t i v a)、羊草和草木樨对少花蒺藜草均有一定的竞争作用,可以激发少花蒺藜草脲酶与磷酸酶活性的增长。张衍雷等1 9认为利用植株高大、郁闭度好的向日葵(H e l i a n t h u s a n n u u s)和菊芋(H e l i a n t h u s t u b e r o s u s)作为替代植物,可以显著降低少花蒺藜草的结实量。吕林有等2 0研究认为在少花蒺藜草孕穗期到抽穗期对其严重侵染地区进行低位刈割是今后少花蒺藜草刈割防控技术应采用的主要手段。本研究依据当地生产实际,选择了2种易播牧草,沙打旺和草木樨,作为替代植物,结合低位刈割物理防控措施,对少花蒺藜草入侵地进行生态修复干扰调控,旨在通过降低少花蒺藜草种子库基数和改善入侵地植被组成,逐步达到对少花蒺藜草的防控阻断。研究结果表明,低位刈割与补播调控技术对降低少花蒺藜草的种群密度及出现概率有显著效果;对降低单位面积内的分蘖数、刺苞及颖果数有显著效果,而对少花蒺藜草平均株高及单株分蘖数、刺苞及颖果数无明显抑制作用。这主要是因为上一年度的低位刈割及清理地表而减少春季少花蒺藜草的出苗导致,而补播调控技术对于抑制单株少花蒺藜草的株高、分蘖数、刺苞及颖果数等生长发育指标在当年表现不显著,这需要第2年或多年牧草长成后的进一步观察。参考文献:1L E V I N EJM,V I L M,ANT ON I OCMD,e t a l.M e c h a n i s m su n d e r l y i n g t h e i m p a c t s o f e x o t i cp l a n t i n v a s i o n sJ.P r o c e e d i n g s o ft h eR o y a lS o c i e t yo fL o n d o nS e r i e sB:B i o l o g i c a lS c i e n c e s,2 0 0 3,2 7 0(1 5 1 7):7 7 5 7 8 1.2 邱月,庄武,曲波,等.少花蒺藜草辽宁省分布现状、存在问题及防控建议J.农业环境与发展,2 0 0 9,2 6(3):5 6 5 7.Q I U Y,Z HUAN G W,QU 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