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加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)是一种世界性的入侵植物,严重威胁入侵地的生物多样性,干扰原有生态系统的群落结构,甚至引起生态系统服务功能退化,造成重大的经济损失。人们采取了多种方法对该入侵物种进行防除,化学防除是广泛被采用的方法,其中草甘膦因具有高效、低毒等优点,是目前被大量使用于防治加拿大一枝黄花的除草剂。自然群落中,植物个体之间普遍存在着相互联系,广泛使用化学除草剂防除外来入侵植物,抑制入侵植物生长的同时,必然也干扰了邻近植物的生长,直接或间接改变植物之间的相互联系,由此可能会对植物群落的自然演替造成干扰,破坏当地生态系统的动态平衡。 目前对草甘膦影响入侵植物的研究多集中在草甘膦对目标对象的防治效果、草甘膦对植物生理的影响以及抗性或非抗性植物对草甘膦处理的敏感性等方面,对于喷施草甘膦是否影响入侵植物与土著植物种间关系仍需要进一步研究。为了解草甘膦处理后植物种间相互作用的变化规律,本研究以杭州湾湿地公园内自然入侵的加拿大一枝黄花和其常见伴生禾本科植物白茅(Imperata cylindrica)为研究对象,设置了控制条件实验,研究不同浓度草甘膦处理后加拿大一枝黄花和白茅的邻体效应指数与相对产量指数的变化情况,以分析草甘膦处理下加拿大一枝黄花和白茅种间相互作用的变化规律。为探讨草甘膦对植物种间相互作用的影响机理,同样进行控制条件实验,研究喷施不同浓度草甘膦后加拿大一枝黄花和白茅的水解氨基酸含量、形态特征、光合作用、叶绿素荧光参数的变化情况,以及加拿大一枝黄花植株水浸提液化感活性和根际分泌化感物质含量的变化情况,初步分析草甘膦对植物种间相互作用的过程机理。旨在为进一步研究草甘膦的生态效应提供理论依据,为优化农药使用提供数据支持。本研究得到以下结果: (1)草甘膦对两个物种生长的影响 草甘膦处理显著抑制了入侵植物加拿大一枝黄花和土著植物白茅的生长,白茅先于加拿大一枝黄花出现失绿现象。随着草甘膦浓度升高,加拿大一枝黄花地上、地下部分积累的生物量明显不断减少,相应的,其体内所含水解氨基酸的总量也在减少。0~0.9mL/L浓度处理后加拿大一枝黄花株高仍有增长,而在1.2~1.8mL/L下植株株高基本停止增长;0~1.5mL/L处理后加拿大一枝黄花茎上的绿叶数随时间推移呈递增趋势,1.8 mL/L浓度处理后加拿大一枝黄花基本枯萎死亡。白茅的分蘖死亡数和枯萎叶片长均随着草甘膦处理浓度递增而增加,植株地上、地下积累的生物量不断减少,水解氨基酸含量也不断减少。0~0.6mL/L浓度下白茅的分蘖数和绿叶长度随时间延长呈上升趋势。相同浓度处理下,草甘膦对白茅生长的抑制作用远高于对加拿大一枝黄花的抑制。 (2)草甘膦对两个物种光合作用与叶绿素荧光的影响 草甘膦处理显著影响了加拿大一祓黄花和白茅的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(C)。与生长状态相符合,相同浓度草甘膦处理对白茅光合特性与叶绿素荧光参数的抑制作用要大于对加拿大一技黄花的抑制。与加拿大一枝黄花相比,随着处理浓度递增,白茅Pnmax和LSP的下降幅度、LCP的上升幅度更大;两个物种暗呼吸速率(Rd)以及表观量子效率(AQY)受草甘膦的影响较小。在不同种植方式下,草甘膦作用后加拿大一枝黄花和白茅的光合作用呈现出不同的变化趋势,0.6mL/L浓度的草甘膦处理对混种加拿大一枝黄花和白茅光合作用的影响大于两种植物的单种种群,随着处理浓度增加,草甘膦对不同种植方式下两种植物光合作用的影响趋近。草甘膦处理显著影响了加拿大一枝黄花和白茅的NPQ与Fv/Fo;白茅Yield、ETR和Fv/Fm等荧光参数所受的影响高于加拿大一枝黄花所受的影响。 (3)草甘膦对加拿大一枝黄花化感活性的影响 革甘膦处理后,加拿大一枝黄花植株水浸提液对自茅生长的抑制作用呈减弱趋势。随处理浓度升高,对应的加拿大一枝黄花植株水浸提液作用后白茅的分蘖数、绿叶片长以及积累的生物量均呈逐渐增加的趋势。草甘膦处理减少了加拿大一枝黄花根部组织向土壤环境中释放的总黄酮、总多酚的含量,但总皂苷的含量基本保持不变。总体而言,随草甘膦浓度递增,加拿大一技黄花对邻近自茅植株生长的化感抑制作用逐渐减弱,使得白茅种内竞争强度相对大于其种间竞争强度,因而与加拿大一枝黄花混合种植时,白茅有生长较好的趋势。 (4)草甘膦对加拿大一枝黄花与白茅种间相互作用的影响 自然条件下,RⅡ为负值,加拿大一枝黄花和自茅种间净相互作用表现为竞争。随草甘膦浓度递增,RⅡ负值不断减小,混种加拿大一枝黄花和白茅之间的竞争强度逐渐减弱。一方面,草甘膦处理抑制了加拿大一技黄花、白茅地上茎叶和地下根与根茎正常的生长发育,降低了两个物种地上部分竞争光照资源、地下部分从土壤环境吸收养分、水分的能力,由此减弱了两个物种种间竞争效应。另一方面,草甘膦影响了加拿大一枝黄花植株体内某些次生代谢物质的合成和分泌,减弱了其对邻近白茅生长的化感抑制作用。草甘膦处理后白茅的RY增大,其种内竞争强度相对大于种间竞争强度,因而与单种植株相比,混种白茅有生长较好的趋势。 与本土植物白茅相比,入侵并成功定居、往外扩散的加拿大一枝黄花对草甘膦的耐受性更强。基于试验得出的结果,建议在外来植物加拿大一枝黄花入侵前期,与土著植物相伴生长时,应避免采用除草剂草甘膦进行防除,以减小对土著白茅群落的影响。下一步的研究将建立在本研究结论的基础上,进一步研究除草剂草甘膦减弱入侵植物与土著植物种间竞争关系的过程中何种因素在其中起主导作用。