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上海地区杂草生态学研究——区系、群落、风险预警和环境影响

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上海地区城市化程度高，交通发达，对外交流活跃，农业生产上，直播面积大、蔬果种植范围广泛，又有众多的开发区和空闲地等，使得这一地区的杂草区系和群落强烈地受到外部环境的影响，需要通过系统的调查才能明确上海地区杂草区系和群落特点。同时像野老灌草、空心莲子草等外来植物已传入上海，并对农业生产环境带了影响，但是，我们并不清楚它们的具体影响情况；再有国内其他地区已经有分布的一些外来植物，又对上海农业生态系统构造了新危险，需要了解它们入侵上海的风险程度。针对上海地区杂草综合管理中出现的这些问题，本文在春季、秋两季，分别开展了杂草区系和群落生态学调查，分析了该地区杂草区系组成、生活型和发生情况；常春藤叶婆婆纳(Veronica hederaefolia L.)、飞扬草(Euphorbia hirta L.)、霍香蓟(Ageratum conyzoides L.)、马樱丹(Lantanacamara L.)和紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum Spreng.)等是上海以外地区发生严重危害的杂草，为了解它们对上海的入侵风险，基于19个全球生物气候环境因子和外来杂草全球地理分布记录，应用MaxEnt模型及ArcGIS9.3地理分布系统对它们入侵上海的风险进行了评估；同时以已经传入上海的入侵性杂草野老鹳草为对象，开展其对小麦化感潜力、入侵对桃园土壤养分、微生物群落和土壤酶活力的影响；以及空心莲子草及伴生的双穗雀稗对稻田节肢动物和水稻产量的影响，并讨论它们的防除经济阈值。主要结论如下：
　　 1.在上海郊区的金山、嘉定、宝山、南汇、松江、奉贤、青浦、闵行、崇明等地设立样点，其中春季有356样点，秋季有215点，进行了杂草区系与群落生态学调查。发现上海地区有春季杂草141种，秋季杂草130种，春秋两季共发现201种杂草，它们隶属于45科、138属。201种杂草中，禾本科为优势科，共有43种、28属，其次为菊科(22属32种)，分别占调查区总杂草种数的21.39％和15.92%。201种杂草60.70%为一年生、两年生植物。分析表明与短命植物在高强度、高频度的干扰生境下采取的r-对策相符。
　　 2.571个样点中共发现38种外来杂草，占调查样点杂草总种数的18.91%。外来杂草的原产地主要是美洲(57.89%)和欧洲(28.9%)。
　　 3.群落生态学研究表明，春季上海郊区以猪殃殃(Galium aparine var。tenerum)、早熟禾(Poa annua)、大巢菜(Vcia sativa)、芦苇(Phragmites australis)、加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)、波斯婆婆纳(Veronica persica)为优势种的杂草群落为主；秋季主要以狗尾草(Alternanthera philoxeroides)、千金子(Leptochloa chinensis)、乌蔹莓(Cayratia japonica)、马唐(Digitaria sanguinalis)、葎草(Humulus scandens)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)、加拿大一枝黄花为优势种的杂草群落为主；
　　 4.春季141种杂草中，生态位宽度较宽的有猪殃殃(0.3392)、早熟禾(0.2680)、荠菜(Capsella bursa-pastoris)(0.3016)、大巢菜(0.1941)泽漆(Euphorbia helioscopia)(0.2209)；秋季130种杂草中，生态位宽度较高的有狗尾草(0.3157)、马唐(0.2737)、千金子(0.2294)、空心莲子草(0.2124)、狗牙根(Cynodon dactylon)(0.2354)；基于杂草的生态重要值，应用PC-ORD对群落样地进行聚类分析，将春季356个样地分成38个样地组，将秋季215个样地分成40样地组，计算了各样地组中杂草的平均生态重要值，在此基础上，计算了主要杂草的生态位重叠值，基于生态位重叠值，生成了主坐标(PPA)二维排序图和最小生成树，探讨了上海地区主要杂草的生态位特点。发现42种主要杂草分别分成不同生境需求类型，代表性的有：生长于田埂、路边、撂荒地等环境旱生类群，分布于休耕稻田、麦田、玉米地等环境的中生类群及分布于滩涂、池沼、水沟边等潮湿土壤环境中湿生类群。
　　 5.根据预测结果，依据入侵上海地区的风险程度排序，分别是飞扬草、霍香蓟、紫茎泽兰、马缨丹和常春藤叶婆婆纳。其中飞扬草和霍香蓟在在我国具有较高入侵概率，上海植物检疫部分应该加强这两种杂草的监测；而紫茎泽兰、马缨丹和常春藤叶婆婆纳在上海的入侵风险很低。
　　 6.在实验室条件下研究了外来杂草野老鹳草地上部水浸提液对小麦的化感潜力。结果表明野老鹳草地上部分水浸提液对小麦种子萌发的综合效应为抑制作用，其中对小麦种子根长的抑制最大，最高质量浓度0.100/g·ml-1时处理组根长为对照组的33.80%；对小麦盆栽苗的重量和光合利用效率为随质量浓度而增加的抑制作用，尤以对小麦根系的抑制最为显著，根系投影面积、表面积、总体积和根部分叉数、根部交叉数等指标不及对照组的5%。野老鹳草水浸提对小麦的化感抑制作用主要是通过抑制小麦根系生长而实现的。
　　 7.对嘉定毛桥村桃园林下的野老灌草种群进行了不同的处理，分别为：①不做任何处理任凭野老鹳草自然生长；②将野老鹳草全部铲除并将植株平均覆盖于桃树下；③将野老鹳草全部铲除并全部移出；④以化学除草组作为对照。测定了四种不同处理方式下桃园林下土壤温度、含水量、盐度及电导率。结果表明，在野老灌草发生的地方进行盖草处理，能够降低夏季土壤温度，保持水分、较高盐度及电导率，同时也能够有效地控制野老灌草种群。野老鹳草的入侵对桃园林土壤养分，微生物数量及酶活性有一定影响。野老鹳草的生长会降低土壤有机质、全氮及速效K含量，抑制细菌种数及真菌的数量，增加亚硝酸细菌数量，抑制尿酶、过氧化氢酶及转化酶活性，但是也一定程度上增加土壤有效磷含量。
　　 8.通过上海郊区稻田外来杂草空心莲子草及双穗雀稗杂草群落对节肢动物和水稻产量影响的研究，构建了双穗雀稗-空心莲子草杂草鲜重与昆虫发生量、水稻产量、每穗实粒数、正常穗数、白穗数等指标之间关系的回归方程。发现双穗雀稗-空心莲子草杂草群落发生量的增加，会通过水稻穗数、每穗粒数极显著地降低水稻的产量，增加产量的损失率；也极显著地通过同翅目、双翅目等昆虫数的增加而增加稻田昆虫的发生量，增加稻田昆虫的多样性，并使某些优势昆虫的发生加大，但是并没有增加有益动物-蜘蛛的发生。混生杂草群落一方面通过对环境资源的竞争性利用，也通过诱发昆虫、白穗等病虫害的发生而引起水稻产量的下降。多元线性回归分析表明，双穗雀稗和空心莲子草是引起水稻产量下降的主要原因，该类杂草群落中，昆虫的发生更多是由双穗雀稗引起的。根据经济危害允许损失率计算公式，得出移栽稻田双穗雀稗和空心莲子草混生杂草的防除经济阈值为21g/m2，大致是14kg/亩。

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