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菊科(Compositae)藤本植物薇甘菊Mikania micrantha H.B.K.原产中、南美洲,现已在中国热带和南亚热带地区广泛分布,并对当地生态系统造成了严重危害,其分布范围正日益扩大。在防治薇甘菊的研究中发现,利用速生树种对被危害地进行群落改造的方法能有效抑制薇甘菊的扩散和蔓延,但其机制尚待深入研究,可能与非生物环境的改变、种间资源竞争、植物化感作用和人为干扰等因素有关。与治理相比,通过生态幅的研究对其潜在分布与危害进行预测并预防其传播的发生,是阻止薇甘菊危害的更有效途径,但现有研究资料不足以对其潜在分布和危害进行可靠的预测。攀援能力和快速生长是导致薇甘菊对植物群落的危害性高于其它外来草本植物的两个重要原因,对薇甘菊适应攀援和快速生长的结构特征的研究,将有助于揭示薇甘菊入侵和危害的机理。
本研究的主要目的是通过对藤本植物与自支持植物在宏观分布上受环境因子影响程度的差异、薇甘菊与其它植物对环境胁迫耐受能力的比较,结合薇甘菊的矿质元素含量特征、缠绕行为特征和茎干与导管的生物学特征,揭示影响薇甘菊分布与生长的主要环境因子,揭示非生物环境改造治理薇甘菊的机理和可操作性,揭示薇甘菊快速生长的生物学特征,并对薇甘菊在中国南部地区的潜在危害进行预测,为控制和防止薇甘菊的进一步蔓延提供决策依据。
本研究通过对中国86个地点植物区系中藤本植物的比例特征,对比分析了藤本植物与自支持植物,以及草质藤本与木质藤本多样性沿宏观地理和环境梯度的分布差异;并以种子相对萌发率80%和幼苗相对根长50%为耐受性判断依据,测定分析了薇甘菊和其它植物对低光、低温、盐度和铝毒耐受性的差异;测定分析了薇甘菊和其它植物在矿质元素组成上的差异;以人工提供支持物或设置障碍物的方法,探讨了薇甘菊的缠绕攀援能力与规律;比较分析了薇甘菊和其它藤本植物的茎干密度和茎横截面中导管特征;结合草质藤本植物的地理分布特征和薇甘菊的生态幅特征,选取对薇甘菊生长影响显著的环境参量对薇甘菊在中国的潜在分布范围和危害等级进行了预测。
研究主要结果如下:
(1)藤本植物在植物区系中的比率随纬度和海拔的升高而降低,随年均温和年降雨量的升高而升高;植物区系中木质藤本的比率与上述四种参量的相关程度显著高于草质藤本。
(2)生态幅研究结果表明,低温和低光照对薇甘菊生长的抑制作用高于其它非藤本菊科杂草,但当光照和水分条件充足时,6℃的低温不能致死薇甘菊的幼苗或植株;土壤盐度、pH和铝毒对薇甘菊也有显著影响,但薇甘菊对盐度的耐受性相对较高。薇甘菊茎中微量矿质元素Al、Mn、Fe和Zn的含量显著高于其余19种植物。
(3)支持物径级对薇甘菊的攀援速率和攀援的成功几率影响显著。薇甘菊能成功攀援上直径不超过6cm的支持物并保持一定的曲率缠绕,但在6-7cm直径的支持物上成功攀援的几率为10%,而在7.5cm直径支持物上则不能成功攀援。薇甘菊能在2cm直径的支持物上成功绕过直径不超过14cm的障碍物继续攀援。随支持物直径的增加,薇甘菊向上攀援的速率显著降低。
(4)与其它11种对照藤本植物相比,薇甘菊茎干密度相对较低(0.26g/cm3)、茎干横截面中导管面积所占比率相对较高(11.77%)、直径超过100μm的导管数目超过导管总数的90%,远高于其它藤本。
(5)预测结果表明,中国北纬25°以南的大部分地区,包括海南、台湾、广东、香港、澳门、广西南部、云南西南部、福建南部和江西东南部等地都是薇甘菊潜在危害程度较高的地区;其它地区薇甘菊的生长不超过最适生长条件下的46%,潜在危害程度相对较低。
以上结果表明:
(1)藤本植物的地理分布受低温和干旱的限制,且其受限制程度高于自支持植物;而木质藤本受低温和干旱的限制程度则高于草质藤本。推测草质藤本除受水分和能量条件影响外,还受其它环境因子的较强制约。
(2)温度、光照、水分和土壤pH是影响薇甘菊生长与分布的主要非生物环境因子,但土壤pH条件不是抑制薇甘菊在中国南部分布与危害的限制因子。
(3)可用支持物的空间分布是影响薇甘菊在生境中生长与扩散的重要环境因子。
(4)薇甘菊的茎干和导管结构特征有利于提高其水分和养分输导能力,为其的快速生长和蔓延提供支持。
(5)群落改造治理薇甘菊的非生物环境机理主要是通过改变支持物环境并同时造成遮蔽条件以营造出不利于薇甘菊生长的生境而抑制其生长和扩散。群落改造能提高群落对薇甘菊的抗性,是防治薇甘菊的有效途径。
(6)加强对薇甘菊潜在危害地区的监测和预防是阻止薇甘菊危害的最有效途径。