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生物入侵是全球环境变化的重要组成部分,随着全球经济一体化,国际间交流往来日益频繁,生物入侵导致的生物多样性丧失、生态系统退化和生态安全问题已成为世界各国关注的焦点[1-3]。白花鬼针草(Bidens alba)原产于热带美洲,环境适应能力强,现已广泛分布于热带和亚热带地区,在我国形成大面积入侵态势,严重影响农林畜牧业正常生产、威胁人类健康[4]。当前对于白花鬼针草入侵机制的研究主要集中在化感作用、光合特性以及重金属富集等方面[5]。通过种间联结性、种群稳定性等数量学方法探讨被入侵植物群落中各物种之间的相互作用和种间关系、生态位宽度和群落稳定性评估白花鬼针草入侵的危害程度,能够为进一步治理和预防提供参考依据。
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通过统计共发现113种植物,属于41个科,95个属,其中豆科(Leguminosae)15种,禾本科(Poaceae)14种,菊科(Asteraceae)共14种,大戟科(Euphorbiaceae)共7种。相对盖度最高的前10种植物依次为:白花鬼针草(B. alba)、马唐(Digitaria sanguinalis)、牛筋草(Eleusine indica)、白茅(Imperata cylindrica)、稗(Echinochloa crusgalli)、含羞草(Mimosa pudica)、阔叶丰花草(Borreria latifolia)、厚藤(Ipomoea pes-caprae)、田菁(Sesbania cannabina)和莲子草(Alternanthera sessilis)。
白花鬼针草入侵群落种间总体联结性如下:方差比率Rw=0.501<1则表示种间关系主要为负,统计量W=36.6,大于
$ {\chi }_{0.95}^{2} $ (50)且小于$ {\chi }_{0.05}^{2} $ (50),说明种对间联结性不显著,群落中的主要植物种类环境适应性相似,种间关系趋于独立,群落极易受到扰动。对自然资源有明显竞争关系。白花鬼针草入侵群落的种间
$ {\mathrm{\chi }}^{2} $ 检验结果见表1,白花鬼针草与其他种均呈现负关联,其他36个种对呈正关联,正负比例为4∶1。其中,呈极显著负相关的为白花鬼针草-厚藤,极显著正相关的为牛筋草-田菁,其他种对物种间联结性较弱,种间关系松散甚至趋于独立,群落易受到扰动。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0.094 0.036 0.055 2.202 0.111 1.103 15.672 0.051 0.444 2 − 1.556 2.34 0.069 0.82 0.401 0.702 3.687 0.069 3 − + 0.918 0.38 0.546 0.504 0.059 4.477 0.38 4 − ▲ + 0.391 0.422 0.159 0.22 0.001 0.281 5 − ▲ ▲ ▲ 0.116 0.012 0.182 0.043 0.053 6 − + + ▲ ▲ 0.046 0.027 1.639 0.116 7 − + ▲ ▲ ▲ ▲ 2.789 0 0.012 8 ▼ + + + + + + 0.165 0.203 9 − + ▲ + + + + + 0.509 10 − ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ + + 注释:1白花鬼针草、2马唐、3牛筋草、4白茅、5稗、6含羞草、7阔叶丰花草、8厚藤、9田菁、10莲子草。表中▲表示显著正联结,▼为显著负联结,+为正联结,−为负联结。
Note: 1 Bidens alba, 2 Digitaria sanguinalis, 3 Eleusine indica, 4 Imperata cylindrical, 5 Echinochloa crusgalli, 6 Mimosa pudica, 7 Borreria latifolia, 8 Ipomoea pes-caprae, 9 Sesbania cannabina, 10 Alternanthera sessilis. ▲Highly significant positive association; ▼Highly significant negative association; +Positive association; −Negative association.Table 1.
$ {\mathbf{\chi }}^{2} $ correlation test of main plant species in the Bidens alba community根据
$ {\mathrm{\chi }}^{2} $ 检验结果仅能判断出种对间关联程度是否显著,加入联结系数指数可表明种对间联结程度大小。由图2可见,AC=−1的种对数量最多,占总数的35%,表明这些种对之间负联结程度达到最大,而目标种白花鬼针草与稗(−0.53)和厚藤(−0.61)的负联结程度较大,与田菁的(0.13)的正联结程度较大。结合Spearman相关定量分析,结果与$ {\mathrm{\chi }}^{2} $ 检验结果类似,能够相互补充。Figure 2. Semi-matrixes of association coefficients, Ochiai index, Dice index and Spearman’s rank correlation coefficients
引入Ochiai值可以纠正AC值受影响判断失真的问题。OI>0.6的种对数量为5个,分别为白花鬼针草-马唐,白花鬼针草-厚藤,马唐-白茅,牛筋草-田菁,阔叶丰花草-厚藤,说明他们之间关联程度较高,而马唐-白茅,牛筋草-田菁
$ {\mathrm{\chi }}^{2} $ 检验结果为正,说明在调查群落中往往会同时出现,白花鬼针草-马唐,白花鬼针草-厚藤$ {\mathrm{\chi }}^{2} $ 检验结果为负,说明他们之间一般不会相伴出现,而其余种对间关联程度不高。Dice指数结果与Ochiai结果基本相同。 -
植物群落的重要值和生态位宽度变化较小(见图2),其中白花鬼针草占据最大的重要值(IV=0.7)和生态位宽度(BL=26.06,BS=3.33),生态位重叠可以在一定程度上反应种间竞争与共生关系。本节研究结果表明生态位重叠最高的为白花鬼针草与阔叶丰花草(0.61),而大于0.5以上的有2对,即稗(0.56)和含羞草(0.52)。表明这三种植物对生境有较一致的要求。当资源充裕时,这些物种能够共存,一旦环境资源消耗,白花鬼针草与这三个物种之间将展开激烈竞争。
物种 属 科 相对高度 相对频度 相对盖度 重要值 生态位宽度 Species Genus Family RH RF RC IV BL BS 白花鬼针草 鬼针草属 菊科 0.65 0.5 0.94 0.7 26.06 3.33 白茅 白茅属 禾本科 0.51 0.81 0.54 0.62 9.26 2.38 稗 稗属 禾本科 0.48 0.6 0.42 0.5 4.15 1.51 斑叶朱砂根 紫金牛属 紫金牛科 0.31 0.08 0.1 0.17 1 0 潺槁木姜子 木姜子属 樟科 0.43 0.25 0.43 0.37 3.37 1.3 菖蒲 菖蒲属 天南星科 0.23 0.42 0.1 0.25 1 0 翅果菊 翅果菊属 菊科 0.27 0.42 0.4 0.36 1.98 0.69 大青 大青属 马鞭草科 1.56 0.08 0.2 0.62 1 0 淡竹叶 淡竹叶属 禾本科 0.2 0.12 0.13 0.15 1.89 0.66 地桃花 梵天花属 锦葵科 0.23 0.46 0.27 0.32 1.63 0.58 Table 2. Niche width of main plant species in the Bidens alba community
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图3为白花鬼针草植物群落稳定性分析结果,交点坐标越接近(20,80),群落越稳定。平滑曲线模拟方程模型y=−0.048x2+0.782x+15.150(r2=0.9681)与直线方程交点(60,40)与稳定交点坐标(20,80)有较大的差距,相对直线距离为56.57,这说明白花鬼针草入侵后,群落稳定性较差,可能处于演替初期,入侵后,群落中不同植物种类对自然生存资源竞争剧烈。随着演替进行,种间可能发生激烈竞争,为了降低竞争态势,物种间会出现一定分离,从而使群落达到稳态。
Effect of Bidens alba on Interspecific Association and the Stability of Companion Species
doi: 10.12172/202302230001
- Received Date: 2023-02-23
- Available Online: 2023-03-02
- Publish Date: 2023-04-25
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Key words:
- Bidens alba /
- Invasion /
- Interspecific association coefficient
Abstract: In conjunction with increasing levels of atmospheric CO2, anthropogenic land-use change and pollution, plant invasion is a key driver of ongoing global change and a major threat to biodiversity. Bidens alba (formerly B. pilosa L.) is an invasive plant species mainly occurring in the subtropics and tropics; this species is recorded to have an extensive range in central and southern China. In this study, sampling was undertaken along a 5 km of coastline in south Guangdong, China, in October 2018. Quantitative methods such as interspecific association coefficient, Godron M method and niche width, community stability among species in B. alba invasive communities were investigated, to assess the extent of B. alba damage to the coastal zone of Guangdong province. As a result, a total 113 species of plants, belonging to 41 families and 95 genera plants were observed in the plots of B.alba communities. The