兩種替代植物對少花蒺藜草的生態(tài)修復(fù)技術(shù)

王 坤 芳

(遼寧省林業(yè)發(fā)展服務(wù)中心 草原保護(hù)部, 遼寧 沈陽 110036)

入侵植物對本地植物的競爭性抑制能力是其成功入侵、再生及擴(kuò)展的關(guān)鍵所在,也是影響植物群落組成及多樣性水平的重要因素[1]。少花蒺藜草(CenchruspauciflorusBenth.)被認(rèn)定為對遼寧省生態(tài)、經(jīng)濟(jì)及人民健康產(chǎn)生危害最大的3種入侵植物(其他2種為刺萼龍葵Solanumrostratum和豚草Ambrosiaartemisiifolia)之一[2]。少花蒺藜草的入侵嚴(yán)重影響農(nóng)牧民的經(jīng)濟(jì)收入和日常生活,現(xiàn)已成為科爾沁沙地及邊緣草原區(qū)域危害最為嚴(yán)重的入侵雜草之一[3-4]。針對嚴(yán)峻的入侵植物蔓延危害形勢,農(nóng)業(yè)部于2004年啟動開展了“十省百縣”外來入侵生物滅毒除害行動,建立了生物防治與替代控制相結(jié)合的一體化綜合治理技術(shù)體系,開創(chuàng)了我國入侵植物生態(tài)治理的先河[5]。經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐,生物控制與生態(tài)調(diào)控是外來入侵植物防控最為長治久效,安全可行的防控技術(shù)。劉輝等[6]采取翻耕、刈割物理防治措施與補(bǔ)播羊草(Leymuschinensis)相結(jié)合的防控手段防除少花蒺藜草,防控效果顯著。李銀春[7]認(rèn)為在16%～50%少花蒺藜草入侵地塊,采用人工刈割清穗結(jié)合人工種草及補(bǔ)播改良等人工生態(tài)修復(fù)措施,可以有效降低少花蒺藜草出苗率。近年來,國內(nèi)針對少花蒺藜草的生態(tài)修復(fù)調(diào)控技術(shù)的研究也逐漸增多,但大面積示范應(yīng)用成功案例較為少見。

本研究在多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇了沙打旺(AstragalusadsurgensPall.)和草木樨(Melilotusofficinalis( L.) Pall.)作為替代植物,結(jié)合低位刈割物理防控措施,對少花蒺藜草入侵地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)干擾調(diào)控,以期為少花蒺藜草入侵草原區(qū)的生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù),對保障草原生態(tài)安全具有重要意義。

1 示范區(qū)概況

少花蒺藜草生態(tài)修復(fù)防控技術(shù)示范區(qū)設(shè)在遼寧省彰武縣阿爾鄉(xiāng)鎮(zhèn)北甸子村,位于42°47′56.5″N～ 42°48′24.9″N、122°21′14.9″E～122°22′22.0″E之間,海拔最高為313.1 m,最低為59.3 m。屬東北平原,為內(nèi)蒙古高原與遼河平原的過渡段,屬彰武縣北部沙荒區(qū),地勢為坨甸相間,土壤為風(fēng)沙土,草原生產(chǎn)力水平極低,少花蒺藜草入侵度達(dá)50%以上,且地表遍布長年積累的少花蒺藜草籽實(shí)。該區(qū)屬于溫帶半濕潤、半干旱大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,雨熱同季,光照充足,晝夜溫差大,春季風(fēng)大且多,寒冷期長,年平均氣溫7.2 ℃,最高溫度37.4 ℃,最低溫度-30.4 ℃,平均風(fēng)速3.8 m·s-1,最大風(fēng)速38 m·s-1,年均降水量510.3 mm,平均相對濕度61%,平均無霜期156 d。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

1) 試驗(yàn)用種:草木樨和沙打旺,均為彰武縣林草發(fā)展服務(wù)中心草原生態(tài)保護(hù)部提供。

2) 設(shè)備:大型播種機(jī)、鐮刀、耙子、剪刀、尺子、樣框、計數(shù)器、天平等。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計

人工低位刈割與人工補(bǔ)播牧草相結(jié)合。9月,少花蒺藜草抽穗揚(yáng)花期至種子成熟前,進(jìn)行人工低位刈割,并用齒耙將地表殘留物清除出地塊。第2年5月,少花蒺藜草幼苗出土前后,選擇多年生草木樨和沙打旺進(jìn)行播種,給予適當(dāng)?shù)乃使芾?以保證牧草正常生長發(fā)育,確保出苗率。9月上中旬調(diào)查少花蒺藜草密度及出現(xiàn)概率和生長發(fā)育情況(包括株高、分蘗數(shù)、刺苞數(shù)和穎果數(shù))。示范區(qū)面積100 hm2,以示范區(qū)外為對照。

調(diào)查方法:在示范區(qū)內(nèi)外分別按照“Z”字型選取10個和3個調(diào)查樣方,樣方面積1 m2,進(jìn)行少花蒺藜草密度調(diào)查;同時在選取的樣方內(nèi)測定少花蒺藜草株高(平均值)、分蘗數(shù)、刺苞數(shù)、穎果數(shù),調(diào)查其生長發(fā)育情況;在示范區(qū)內(nèi)外各扔30次樣方,統(tǒng)計少花蒺藜草出現(xiàn)的概率;在示范區(qū)內(nèi)外各選定3個樣方,測定樣方內(nèi)植物群落的蓋度、高度、植物種類數(shù)量及生物量,計算其防控效果,

式中:E為防控效果;C為示范區(qū)外各少花蒺藜草調(diào)查指標(biāo)(包括少花蒺藜草密度Cd,株·m-2;概率Cf,%;平均株高Ch,cm;單位面積分蘗數(shù)Ct,個·m-2;單位面積刺苞數(shù)Cb,個·m-2;單位面積穎果數(shù)Cc,個·m-2);D為示范區(qū)內(nèi)各少花蒺藜草調(diào)查指標(biāo)(包括少花蒺藜草密度Dd,株·m-2;概率Df,%;平均株高Dh,cm;單位面積分蘗數(shù)Dt,個·m-2;單位面積刺苞數(shù)Db,個·m-2;單位面積穎果數(shù)Dc,個·m-2)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)采用WPS Office進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和繪圖,利用DPS 3.01 統(tǒng)計軟件Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 調(diào)控技術(shù)對少花蒺藜草種群密度及出現(xiàn)概率的影響

種群密度是群落中植物種群最基本的數(shù)量特征。示范區(qū)外的3個樣方內(nèi),少花蒺藜草密度范圍在84～124株·m-2,平均值為101株·m-2(見表1);示范區(qū)內(nèi)的10個樣方內(nèi),少花蒺藜草密度范圍在12～48株·m-2,平均值為30株·m-2,比示范區(qū)外少花蒺藜草密度低70.3%,說明低位刈割與補(bǔ)播調(diào)控技術(shù)對降低少花蒺藜草的種群密度有顯著效果。

表1 少花蒺藜草樣方調(diào)查各指標(biāo)信息Table 1 Information of each index in survey of C.pauciflorus

在示范區(qū)內(nèi)外各扔30次樣方統(tǒng)計少花蒺藜草出現(xiàn)的概率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在示范區(qū)外的概率為73.3%,出現(xiàn)在示范區(qū)內(nèi)的概率為53.3%,與示范區(qū)外對照相比下降20%,防控效果顯著。

3.2 調(diào)控技術(shù)對少花蒺藜草各項(xiàng)生長發(fā)育指標(biāo)的影響

調(diào)查結(jié)果顯示,示范區(qū)外少花蒺藜草高度變化范圍較小,為18～21 cm,均值為19 cm;示范區(qū)內(nèi)少花蒺藜草高度均值為21 cm,與項(xiàng)目區(qū)外無明顯差異。

在分蘗數(shù)方面,示范區(qū)內(nèi)少花蒺藜草單位面積分蘗數(shù)均值為64個·m-2,示范區(qū)外對照區(qū)均值為193個·m-2,示范區(qū)內(nèi)顯著低于項(xiàng)目區(qū)外,防控效果為66.8%,表明少花蒺藜草擴(kuò)散能力顯著下降。

在刺苞數(shù)和穎果數(shù)方面,示范區(qū)內(nèi)單位面積內(nèi)少花蒺藜草的刺苞數(shù)和穎果數(shù)均值分別為303和607個·m-2,示范區(qū)外分別為774和1 547個·m-2,示范區(qū)內(nèi)單位面積內(nèi)少花蒺藜草的刺苞數(shù)和穎果數(shù)顯著低于示范區(qū)外,該調(diào)控技術(shù)處理使單位面積內(nèi)的少花蒺藜草的刺苞數(shù)和穎果數(shù)分別下降了60.9%和60.8%,少花蒺藜草的繁殖能力顯著下降。

3.3 調(diào)控技術(shù)對入侵地植物群落特征的影響

植被蓋度是植物種群最基本的數(shù)量特征。示范區(qū)外,群落總蓋度為76%～80%,示范區(qū)內(nèi)為37%～55%,低于示范區(qū)外蓋度,這主要是因?yàn)樯倩ㄝ疝疾菝芏冉档汀５?從植物種類數(shù)量上來看,示范區(qū)外的植物種類為4～6種,示范區(qū)內(nèi)的植物種類為8～11種,調(diào)控技術(shù)對物種多樣性有顯著增加影響,群落高度無顯著差異(見表2)。

表2 示范區(qū)內(nèi)外的植物群落蓋度 、高度及植物種數(shù)Table 2 Plant community coverage, height and plant species inside and outside demonstration area

生物量是植物群落特征的重要指標(biāo)。示范區(qū)外的群落總生物量為304.0～391.8 g·m-2,平均值為354.5 g·m-2。示范區(qū)內(nèi)的生物量區(qū)間為74.0～107.7 g·m-2,平均值為89.9 g·m-2,示范區(qū)外明顯高于示范區(qū)內(nèi),這主要是由于少花蒺藜草出苗量大幅減少所致。但是,示范區(qū)內(nèi)毒害草的生物量顯著低于示范區(qū)外,其他植物的地上生物量也顯著增大(見圖1)。

圖1 示范區(qū)內(nèi)外的植物群落生物量變化Fig.1 Biomass changes of plant communities inside and outside the demonstration area

4 討 論

近年來,我國對入侵有害生物開展了大量生物控制和生態(tài)修復(fù)調(diào)控的研究工作。采用豚草與空心蓮子草(Alternantheraphiloxeroides)進(jìn)行生物防控已得到成功示范及應(yīng)用[8-9]。針對互花米草(Spartinaalterniflora)的生態(tài)調(diào)控工程中,利用蘆葦(Phragmitesaustrali)的大面積種植對互花米草生物替代,并在一定范圍內(nèi)取得了成功[10]。黑麥草(Lolaumpereuue) 、非洲狗尾草(Setaraaauceps)和紫穗槐(Camptothecaacumiuata)等對紫莖澤蘭(Ageratinaadenophora)具有很好的替代效應(yīng)[11-13]。孫江華等[14]通過研究侵物種緊急處理技術(shù)和環(huán)境調(diào)控新技術(shù)綜合控制技術(shù)體系,篩選處理一些優(yōu)良的紫莖澤蘭競爭替代牧草,研發(fā)了紫莖澤蘭的植物競爭替代的生態(tài)修復(fù)技術(shù),并將其應(yīng)用示范,效果良好。盧昌義等[15]研究利用白蝶合果芋(Syngoniumpodophyllum)、細(xì)葉萼距花(Cupheahyssopifolia)形成密集植被可有效控制外來入侵植物貓爪藤(Macfadyenaunguiscati)的萌生和生長。劉紹芹等[16]認(rèn)為我國豚草的防治采用生物防治為主,并結(jié)合物理防治、化學(xué)防治和植物替代等綜合防治技術(shù)具有較好的防控效果。張瑞海[17]在馬藺(Irislactea)替代控制科爾沁退化草地入侵雜草的研究中表明,馬藺能夠有效地抑制少花蒺藜草的株高、分蘗數(shù)、刺苞數(shù)及生物量。于童洲等[18]通過研究混播狀態(tài)下少花蒺藜草根際土壤中酶活性的變化,證明紫花苜蓿(Medicagosativa)、羊草和草木樨對少花蒺藜草均有一定的競爭作用,可以激發(fā)少花蒺藜草脲酶與磷酸酶活性的增長。張衍雷等[19]認(rèn)為利用植株高大、郁閉度好的向日葵(Helianthusannuus)和菊芋(Helianthustuberosus)作為替代植物,可以顯著降低少花蒺藜草的結(jié)實(shí)量。呂林有等[20]研究認(rèn)為在少花蒺藜草孕穗期到抽穗期對其嚴(yán)重侵染地區(qū)進(jìn)行低位刈割是今后少花蒺藜草刈割防控技術(shù)應(yīng)采用的主要手段。

本研究依據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際,選擇了2種易播牧草,沙打旺和草木樨,作為替代植物,結(jié)合低位刈割物理防控措施,對少花蒺藜草入侵地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)干擾調(diào)控,旨在通過降低少花蒺藜草種子庫基數(shù)和改善入侵地植被組成,逐步達(dá)到對少花蒺藜草的防控阻斷。研究結(jié)果表明,低位刈割與補(bǔ)播調(diào)控技術(shù)對降低少花蒺藜草的種群密度及出現(xiàn)概率有顯著效果;對降低單位面積內(nèi)的分蘗數(shù)、刺苞及穎果數(shù)有顯著效果,而對少花蒺藜草平均株高及單株分蘗數(shù)、刺苞及穎果數(shù)無明顯抑制作用。這主要是因?yàn)樯弦荒甓鹊牡臀回赘罴扒謇淼乇矶鴾p少春季少花蒺藜草的出苗導(dǎo)致,而補(bǔ)播調(diào)控技術(shù)對于抑制單株少花蒺藜草的株高、分蘗數(shù)、刺苞及穎果數(shù)等生長發(fā)育指標(biāo)在當(dāng)年表現(xiàn)不顯著,這需要第2年或多年牧草長成后的進(jìn)一步觀察。