农田外来杂草对资源波动的适应策略及与作物竞争机制的研究

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研究内容。农田生态系统由于受到人类耕作活动的影响，经常处于资源波动的状况，但目前为止，尚未有针对资源波动条件下外来杂草与作物的竞争机制研究。本研究拟以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氮素波动条件，定期测定反枝苋和大豆的氮素资源利用效率、氮素资源分配、氮素循环关键酶活性、生物量积累的动态变化情况，同时通过活性炭添加的对照实验来区分外来杂草反枝苋的化感作用和资源竞争能力在其与作物竞争过程中的贡献率，全面探讨两者的竞争机制及反枝苋对氮素波动的适应策略。通过本项研究，在理论上将会为我们深入具体地阐明农田生态系统中外来杂草的入侵过程和适应机制奠定基础，在实践上则为我们更好地管理和控制外来杂草提供基础数据和科学依据，具有重要的理论价值和实践意义。

农田是外来入侵种入侵的主要生境类型，由于人类耕作活动的影响，经常处于资源波动的状况，本研究以中国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氮素波动条件，研究了两物种在氮素波动条件下的竞争机制，结果表明：. (1)无论在哪种氮素波动条件下，反枝苋茎部的硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸脱氢酶（GDH））的活性均大于大豆茎部的NR、GS 和GDH的活性，而大豆根部NR 和GS 的活性均大于反枝苋根部的NR 和GS 的活性，说明两物种的竞争策略不同，反枝苋以地上部的竞争为主，主要通过增加茎的生长获取更多的光，而大豆以地下部的竞争为主，主要通过根系生长来吸收更多的资源。在单峰式施肥条件下，反枝苋在第一个生长季具有较高的NR 活性，可以进行快速的生长；在双峰式施肥条件下，两物种都在第二个生长季具有最大的NR和GDH 活性，因此两物种竞争最为激烈；在均匀式施肥条件下，后两个生长季大豆NR活性均大于反枝苋，因此在这种施肥条件下大豆更具竞争优势。反枝苋在单峰和双峰式施肥条件下具有较大的竞争优势，而这两种施肥方式正是中国东北地区大豆田施肥的主要模式。因而，本研究说明反枝苋之所以成功入侵中国东北农田，在一定程度上是由于其体内的氮代谢对氮素波动作出的不同响应及其与大豆之间的差别所致。 . (2) 无论是大豆还是反枝苋，其体内的硝态氮和铵态氮含量均可对环境中的氮素添加作出快速响应，但两者混栽时，反枝苋体内的硝态氮和铵态氮含量均在生长初期就达到了较高水平，且均大于大豆。反枝苋在生长初期即可对环境中的氮素进行快速吸收并作出响应，很可能是其成功入侵的一个重要原因。. （3）反枝苋和大豆的化感作用均随着氮素资源的增加而增加，且反枝苋和大豆主要产生化感物质的部位不同，反枝苋根的化感作用较强，大豆叶的化感作用较强。作为一年生外来入侵种，反枝苋在入侵初期，即释放大量化感物质，抑制周围植物生长，迅速占领生态位，一旦竞争对手处于下峰，则减弱化感物质的释放。且无论在何种氮素波动条件下，苗期反枝苋的最大净光合速率（Pmax）均显著高于大豆，而开花结荚期大豆的Pmax则略高于反枝苋；无论苗期还是开花结荚期，反枝苋的光合氮利用效率均高于大豆；说明在入侵初期，反枝苋能够保持高的光合能力，对氮素资源进行高效利用，能是其迅速抢占生态位，从而成功入侵的原因之一。