农田外来杂草对降水季节变化的响应及与作物竞争机制的研究

Farmland is one of the major habitats which invaded by invasive species,while the invasive weed and crop competition is one of the important research contents in the study of invasive mechanism of successful invasive species.The agriculture of the arid, semiarid and semihumid area of china is mainly depend on natural precipitation, which is rain-fed dryland farming regions, the variation of annual and seasonal precipitation is severely, and the precipitation seasonal pattern is often changeable. However, until now there has no research which was studied the competition mechanism between invasive weed and crop under the changing precipitation seasonal patterns. This project will carry out in tipical rain-fed dryland farming regions in northeast China, and take the tipical crop-soybean (Glycine max) and representative invasive weed-redroot pigweed (Amaranthus retroflexus) as the study objects, measure the dynamics of the photosynthetic characters, phenotypic plasticity, water-use efficiency, osmotic adjustment mechnism and biomass accumulation of soybean and redroot pigweed in different precipitation seasonal patterns, so as to predict the effects of global climate change on the invasive weed, and illustrate the invasive mechanism of invasive weed in agroecosystem on the background of global climate change, and also provide scientific evidence for management and control the invasive weed, which will have great value in theory and practice.

农田是外来入侵种入侵的主要生境类型，而外来杂草和作物的竞争机制则是探索外来入侵种成功入侵机制的一项重要内容。目前，我国干旱、半干旱和半湿润易旱区的农业还主要依靠自然降水，以旱作雨养农业为主，这些地区降水的年际和年内变化大，降水季节格局多变，但迄今为止，尚未有针对降水季节变化下外来杂草和作物竞争机制的研究。本研究以东北地区旱作雨养农田生态系统中典型外来杂草反枝苋和典型作物大豆为研究对象，通过人为模拟不同的降水季节格局，定期测定反枝苋和大豆的光合特性、表型可塑性、水分利用效率、渗透调节机制和生物量积累的动态变化，来探讨两者的竞争机制及反枝苋对降水季节变化的响应机制。通过本项研究，不但有助于预测全球气候变化对外来杂草的影响，还有助于阐明外来杂草在全球气候变化背景下对农田生态系统的入侵机制，从而更好地管理和控制外来杂草，具有重要的理论和实践意义。

农田是外来入侵种入侵的主要生境类型，我国东北地区的旱作雨养农田中，降水的年际和年内变化大，降水格局多变。本研究以东北农田中常见外来杂草反枝苋和典型作物大豆为研究对象，通过人为模拟不同的降水年型和降水季节格局，研究了两物种在不同降雨格局下的竞争机制，结果表明：.(1)无论在何种降雨季节格局下，反枝苋净光合速率的最大值均出现在苗期，最低值出现在结实期；而降雨季节变化对大豆的净光合速率影响显著，最大净光合速率随降雨格局的不同而不同，说明大豆对降雨季节波动更为敏感；苗期反枝苋的净光合速率均能保持较高水平，后峰条件下的净光合速率与降雨量高的前峰差别较小；但苗期大豆在后峰条件下的净光合速率显著低于前峰；苗期反枝苋的气孔导度均保持较高水平，有利于更多的CO2进入叶片；苗期反枝苋的光合水分利用效率均显著高于大豆，在后峰条件下仍能保持较高的光合水分利用效率；说明反枝苋作为一种世界范围的外来杂草，能适应不同降雨格局的变化；苗期反枝苋以高的净光合速率、气孔导度、水分利用效率，在与大豆的竞争中获取优势地位。.(2) 无论在何种降雨季节格局下，单栽大豆均大于混栽大豆的株高，而反枝苋则是混栽大于单栽，在欠水年尤甚，当两物种在一起时，反枝苋具有高度优势；大豆的特殊叶面积均显著大于反枝苋，即相同的叶生物量在大豆中形成的叶面积大，这很可能是其竞争光能的生态策略, 而反枝苋则在高度上占有优势，以高度来竞争光，两者的竞争策略不同；而苗期反枝苋形成的植株总叶面积均显著大于大豆。.(3) 无论在何种降雨季节格局下，苗期反枝苋的相对生长速率均显著大于大豆；反枝苋的生物量积累均大于大豆，且在混栽条件下尤甚，说明种间竞争显著影响两物种的生物量积累；对于大豆而言，均是种间竞争＞种内竞争，而对于反枝苋而言，均是种间竞争＜种内竞争。说明反枝苋对降水格局变化具有很强的适应能力；无论在何种降雨格局下，均能成功入侵东北大豆田。