专利名称：利用紫花苜蓿替代黄顶菊的方法
技术领域：
本发明涉及生态控制技术领域，尤其是黄顶菊的生物替代方法。
背景技术：
生物由原生存地经自然的或人为的途径侵入到另一个新环境，对入侵地的生物 多样性、农林牧渔业生产以及人类健康造成经济损失或生态灾难(万方浩，郭建英，王德 辉.中国外来入侵生物的危害与管理对策[J].生物多样性，2002，10(1) :119-125.)，即为 生物入侵。在自然界中，生物入侵是一种普遍存在的现象，生物入侵的种类也包括了几乎 所有的生物类群，随着全球经济一体化，国际、国内贸易往来越来越频繁，生物成功入侵的 机率也大大增加。外来生物入侵能够对特定的生态系统的结构、功能及生态环境产生严重 的干扰与危害；外来生物入侵通过压制或排挤本地物种的方式改变食物链或食物网络组成 及结构，特别是外来杂草，在入侵地往往导致植物区系的多样性变得非常单一，并破坏可耕 地；外来生物入侵影响到每一个生态系统和生物区系，使成百上千的本地物种陷入灭绝境 地，加速了生物多样性的丧失和物种的灭绝；外来生物入侵可以威胁一个国家的生物安全， 危及一个国家的生态安全，危害一个国家的经济安全，损害一个国家的人民利益，甚至动摇 一个社会的稳定根基。中国是一个地产丰富、物种繁多的农业大国，生物入侵对我国的影响尤为严重。外 来入侵生物与本地物种竞争生存空间、养分，危及本地物种特别是珍稀濒危物种的生存，造 成生物多样性的丧失，对我国生态系统的结构和功能产生不良影响；外来生物入侵对农田 园艺、草坪、森林、畜牧、水产等可带来直接经济危害；外来生物入侵通过改变入侵地的自然 生态系统、降低物种多样性从而对当地社会、文化甚至人们健康产生严重危害。生物入侵正 成为威胁我国农林业生产、生物多样性与生态环境的重要因素之一。目前，我国已查明的记录在案的外来入侵生物有427种，其中植物病原微生物 55种(真菌30种、细菌6种、病毒10种、线虫9种)；植物244种(水生植物18种、陆生 226种)；动物128种(包括无脊椎动物、两栖爬行类、鱼类、哺乳类等)。黄顶菊(Flaveria bidentis(L.)Kuntze)是近年来入侵我国，对农业危害非常大的外来植物。黄顶菊，属菊科堆心菊族黄顶菊属，为1年生草本，起源于南美洲，是一种喜光、喜 湿、耐盐碱、耐贫瘠、生长迅速、繁殖能力强、结实量极大的杂草，具有很强的抗逆性和环境 适应性。黄顶菊由于引种等原因传播到南非、埃及、英国、法国、澳大利亚、日本等国，成为世 界性的恶性入侵杂草。黄顶菊可以入侵多种生态环境，包括田边地头、沟渠边、河流湖泊边、 铁路公路边、房前屋后等地，一旦入侵，便可形成单一的优势群落，排斥本地物种，彻底改变 生态系统的物种组成、数量和营养结构。黄顶菊入侵农田后，与农作物争肥、争水、争光，抑 制农作物生长。在麦田生长黄顶菊后，可造成亩穗数降低、千粒重下降。在生长过黄顶菊的 土壤里种植大豆，其发芽能力降低(周显忠，刘丽云.浅谈新外来物种黄顶菊的危害与防治 [J].农技服务，2008，25(1) :52-89.)。黄顶菊侵占性与抗逆性极强，生命力非常旺盛，通过 不断竟争，替代本地植物资源，对入侵地的生态系统造成不可逆转的破坏，引起严重的生物污染。黄顶菊的花期长，花粉量大，花期与大多数土著菊科交叉重叠。如果黄顶菊与发生区 域内的其他土著菊科植物属间杂交，就有可能导致形成新的危害性更大的物种。自2001年在我国河北省衡水湖畔首次发现以来，由于缺乏有效的防控技术措施， 黄顶菊在河北省、天津市、山东省及河南省扩散蔓延，造成大面积危害，对我国粮食生产及 生态环境构成严重威胁。仅2007年，河北省黄顶菊疫情已扩大到11地市89县(区、市)， 严重危害面积达56万多亩。黄顶菊能够随着扩散范围的扩大逐渐成为入侵种，其原因之一就是黄顶菊的根系 能分泌化感物质(植物或微生物分泌的一种对环境中其他植物或微生物有利或不利的代 谢分泌物)抑制其他植物生长(李香菊，张米茹，李咏军，等.黄顶菊水提取液对植物种子 发芽及胚根伸长的化感作用研究[J].杂草科学，2007，(4) :15-19.)。目前，对黄顶菊中的 化感物质研究和报道较多的主要为类黄酮(槲皮素硫酸酯)(Guglielmone H A,AgneseA M， Nunez Montoya S C，et al. Anticoagulant effect and action mechanism of sulphated flavonoids from Flaveria bidents[J] Thrombosis Research，2002，105(2) : 183-188.) 禾口噻吩类化合物(Agnese A M，Nunez Montoya S C，Espinar L A，et al. Chemotaxonomic features in Argentinian species [J]. Biochemical Systematics and Ecology,1999， 27 739-742.)。国内有研究表明，黄顶菊的花、根、茎、叶提取液对苋菜、狗尾草、藜种子萌发 均有化感作用，且与提取液浓度有关，表现在黄顶菊的提取液能降低种子的发芽率、胚根的 长度(李素静.黄顶菊化感作用的研究[J].陕西农业科学，2007，(6) :80-81.)。黄顶菊 不同提取物对小麦幼苗生长表现出不同程度的抑制作用，这种抑制活性随着各部分提取物 的浓度增加而增强，相同浓度下新鲜黄顶菊植株水提物对小麦幼苗生长的抑制作用强于其 根系水提液对小麦幼苗生长的抑制作用(陈艳.外来入侵杂草黄顶菊对小麦的化感作用分 析.2008，硕士论文.)。黄顶菊茎叶水提物对玉米、小麦、棉花、大豆、花生、马唐和反枝苋都 表现出不同程度的抑制作用，其中以对棉花的化感效应最强，在其浓度为0. 2g/mL时，对根 长和茎长的化感指数分别为-0. 85和-0. 88 (许文超，徐娇，陶哺，等.外来人侵植物黄顶菊 的化感作用初步研究[J].河北农业大学学报，2007，30 (6) :63-67.)。另外，黄顶菊根系非常发达，吸水能力极强，生长势强。它植株高大，枝叶非常稠 密，严重遮挡了其它生物生长所必需的阳光，挤占其它植物的生存空间，具有生态占位性， 久而久之就会形成植被单一，植物资源匮乏的恶劣生态环境。目前治理黄顶菊的主要方法有物理防治目前最有效的防除方法之一，4 8月份是黄顶菊营养生长期，也是铲 除黄顶菊的最佳时机，充分发动群众，对成片发生地区，先人力割除植株，再耕翻晒根，再拣 尽根茬，然后焚烧，做到斩草除根，随发现，随拔除。但物理防治消耗大量的人力物力，效率 低，对于危害严重、面积大的地方不适用。化学防治利用化学防治是控制黄顶菊的主要方法之一，灭生性除草剂草甘膦、百 草枯对防治黄顶菊有较好的效果，激素类除草剂对防治黄顶菊有特效(王秋霞，张宏军，郭 美霞，等.外来入侵杂草黄顶菊的化学防除[J].生态环境，2008，17 (3) =1184-1189.)。但 化学防治对土壤中的种子效果差，不能根除黄顶菊，并且对人类健康和非靶标物种来说都 有太多的威胁。另外，随着化学药剂的大量使用，黄顶菊的抗性将会不断增加，药剂昂贵的 价格以及重复施用的必要性经常使连续施药防治变得不太可能。
生物防治利用天敌动物或者致病微生物来防治黄顶菊尚处于试验阶段，还不能 彻底有效地铲除黄顶菊。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种生物替代方法来控制黄顶菊的外来入侵， 本发明的技术方案如下1、一种控制黄顶菊外来入侵的生物替代方法，其特征在于，所述方法采用紫花苜 蓿(Medicago sativa L.)来对黄顶菊进行生物替代。2、如技术方案1所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿采用播种方式种植。3、如技术方案2所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿采用条播的方式种植。4、如技术方案3所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿的种植行距为30cm 35cm05、如技术方案2 4任一项所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿的播种深度 为 lcm 3cm06、如技术方案2 5任一项所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿的种植密度 为 lg/m2 3. 5g/m20本发明提供的控制黄顶菊外来入侵的生物替代方法具有以下优点该方法可使黄 顶菊的出苗率降低76. 63%，平均株高降低62. 70%，平均单株分支数减少92%、平均单株 叶片数减少94. 76%、平均单株生物量减少14. 63%、平均可溶性蛋白含量减少24. 79%，对 黄顶菊的外来入侵的控制作用显著；采用紫花苜蓿对黄顶菊进行生物替代，种子容易获得， 种植方法简单，易操作，可免除物理防治消耗的大量人力物力；紫花苜蓿为一种常见植物， 可免除化学防治对人类健康和非靶标物种的威胁；紫花苜蓿还是一种优质的牧草，在控制 黄顶菊种群数量的同时又能够实现一定的经济价值。
具体实施例方式如前文所述，本发明提供了一种控制黄顶菊外来入侵的生物替代方法，所述方法 采用紫花苜蓿来对黄顶菊进行生物替代。在本发明中，术语“生物替代法”是指通过种植一种或多种植物，使同一生长环境 中的另外一种或多种植物的生长发育受到抑制，从而使所述“一种或多种植物”在所述同一 生长环境中替代了所述“另外一种或多种植物”的方法，这种生物替代法属于针对被替代植 物的一种生物防治方法。在本发明中，被替代的植物为黄顶菊，用以替代黄顶菊的植物为紫
花苜蓿。关于紫花苜蓿，尽管目前关于其对黄顶菊具有显著的生物替代作用在微观层面上 的具体原因还不是非常清楚，但是本发明人认为可能是因为紫花苜蓿的根系发达，具有较 强的耐贫瘠、耐盐碱和耐旱能力，并且在自然条件下，紫花苜蓿的出苗时间比黄顶菊早，并 且紫花苜蓿可在黄顶菊出苗前形成优势种群，从而抑制黄顶菊幼苗的生长。紫花苜蓿的种植方法一般利用播种方法进行，本发明方法对紫花苜蓿的播种方式 没有特别的限制，可以采用例如条播、点播或撒播等，但是从更充分抑制黄顶菊生长和便于 收获紫花苜蓿等方面综合考虑，优选采用条播方式种植紫花苜蓿。
本发明方法对紫花苜蓿播种的具体时间没有特别限制，只要气候条件适宜紫花苜 蓿出苗生长即可。例如，在河北地区，紫花苜蓿的适宜播种时间为4月中下旬，黄顶菊的出 苗时间一般为4月下旬，黄顶菊苗期生长缓慢，紫花苜蓿一般可在黄顶菊出苗前形成优势 种群，从而形成对黄顶菊生长的抑制。在条播紫花苜蓿的情况下，本发明方法对种植行距没有特别的限制。但是，从更充 分抑制黄顶菊生长、便于收获紫花苜蓿并且收获更多的紫花苜蓿等方面考虑，条播行距优 选为30cm 35cm，如可以为30cm、31cm、32cm、33cm、34cm或35cm。如果行距过大，则可能 不利于对黄顶菊的抑制作用；如果行距过小，则可能不利于紫花苜蓿自身的生长。另外，紫花苜蓿的播种深度一般为1cm 3cm，如可以为1cm、1. 5cm、2cm、2. 5cm或 3cm。如果播种深度过深，则可能不利于紫花苜蓿的出土；如果播种深度过浅，则可能不利于 紫花苜蓿根系的固定，从而影响紫花苜蓿的后期生长。另外，紫花苜蓿的种植密度一般为lg/m2 3. 5g/m2，例如可以为lg/m2、l. 5g/m2、 2g/m\2. 5g/m2、3g/m2或3. 5g/m2。如果种植密度过小，则可能不利于对黄顶菊加以抑制；如 果种植密度过大，则可能不利于紫花苜蓿自身的生长。对于后期的养护，本发明没有特别限定，采用常规的田间方法对紫花苜蓿进行养 护管理即可。顺便提及的是，除非另有说明，否则本文所述及的数值范围包括端值以及两端值 (即上限和下限)之间的任意值。下文将通过实施例来对本发明进行进一步的说明，不过这些实施例仅为说明目 的，不应解释为对本发明范围的限制。实施例实施例1在4月18日，采用条播的方式在黄顶菊发生地种植紫花苜蓿，种植行距为30cm，播 种深度为1cm，种植密度为lg/m2，采用常规的田间方法对紫花苜蓿进行养护管理。到黄顶 菊开花时对如下数据进行测定，得出黄顶菊的出苗率为25%，平均株高为98cm，平均单株 分支数为63个、平均单株叶片数为200片、平均单株生物量为330g、平均可溶性蛋白含量为 0. 8mg g—FW，平均保护酶含量为 8. 9 AA470 min—1 g—FW。实施例2 12除表1中所列内容之外，实施例2 12采用与实施例1相同的方式实施。比较例在黄顶菊发生地不播种紫花苜蓿，到黄顶菊开花时对如下数据进行测定，得出黄 顶菊的出苗率为92%、平均株高为185cm，平均单株分支数为575个、平均单株叶片数为 1850片、平均单株生物量为335g、平均可溶性蛋白含量为1. 17mg g^FW，平均保护酶含量 为 11. 5 AA470 mirT1 g-1FW。各实施例和比较例所测得的黄顶菊的各项生理指标如表2所示。表1各实施例所采用的种植方式
6 表2各实施例和比较例所测得的黄顶菊的各项参数 注平均单株生物量是指黄顶菊地上部分的平均单株生物重。
黄顶菊各指标的测定方法如下(每个小区为3X3m2，随机选取):出苗率根据种子的千粒重，计算小区的播种粒数，出苗后对相应小区的出苗数进 行计数，求算出苗率的平均值。株高每小区5点取样，每点取4株，用最小刻度为1mm的卷尺测定株高，计算株高 的平均值。分支数和叶片数每个小区5点取样，每点取4株进行计数并求算平均值。生物量每个小区5点取样，每点取4株的地上部分，用烘箱在104°C杀青15钟后， 在80°C烘干至恒重。在电子天平上称其干重。可溶性蛋白含量每个小区5点取样，每点取4株，每株取植株倒三叶一片，混合 后称取0. 3g 0. 5g，剪碎于冷冻过的研钵中加提取液3ml，加少量石英砂，在冰浴中快速 研磨成勻浆，勻浆倒入离心管中，再用5ml提取液(分两次)将研钵中勻浆洗入离心管，然 后在lOOOOr/min (转/分钟)，4°C条件下离心20min (分钟)，上清液即为可溶性蛋白质提 取液。采用 Gisnnopolitis 的考马斯亮蓝法(Gisnnopolitis C, Nries S K. Superoxide dismutases occurrence in higher plants. Plant Physiology, 1977, 59 :309-314. ) iH^fT 测定。取0. lml酶液分别放入试管中，试管中再加Tris缓冲液0. 9ml，空白对照管加Tris 缓冲液lml，然后各管分别再加入考马斯亮蓝染色液5ml，摇勻，在595nm波长处测定吸光度 (A)值。每个样品重复3次。 保护酶含量(pod)每个小区5点取样，每点取4株，称取0. 5g左右样品，加入5mL 提取缓冲液(内含聚乙烯聚吡咯烷酮)为提取液，冰浴研磨，然后转入离心管，在4°C 下，lOOOOr/min，离心lOmin。上清液为粗酶液。采用李合生的愈刨木酚法(李合生主编，植 物生理生化实验原理和技术，高教出版社，北京2000)测定，在470nm波长下测定样品反应 3min的吸光度，每30s(秒)读取一次数据。每个样品重复3次。 从上表2中的结果可以看出，紫花苜蓿对黄顶菊的生物替代作用显著。本发明人 在进一步的试验中，发现通过优化紫花苜蓿的种植密度，可以进一步加强紫花苜蓿对黄顶 菊的抑制作用。从上表2可以看出，黄顶菊的出苗率降低76. 63%，平均株高降低62. 70%, 平均单株分支数减少92%、平均单株叶片数减少94. 76%、平均单株生物量减少14. 63%, 平均可溶性蛋白含量减少24. 79% (根据实施例3和比较例的数据进行计算而得)。而且， 随着紫花苜蓿种植密度的增大，黄顶菊的出苗率、平均株高、平均分支数、平均叶片数、平均 单株生物量、平均可溶性蛋白含量等指标均有减小的趋势。不过，随着种植密度的增大，平 均保护酶含量的变化不大，这可能是因为黄顶菊受到一定胁迫，因而刺激保护酶增加，但是另一方面，由于黄顶菊受到紫花苜蓿的抑制，黄顶菊长势较弱，保护酶生成能力较弱，所以 平均保护酶含量变化不大。 本文中所描述的实施例仅仅是对本发明的优选实施例所作的举例说明。本发明所 属技术领域的技术人员可以根据本发明所公开的内容对所描述的实施例进行各种修改，但 是由此修改而得到的没有偏离本发明的实质的技术方案仍然落在所附权利要求书所限定 的范围之内。
权利要求
一种控制黄顶菊外来入侵的生物替代方法，其特征在于，所述方法采用紫花苜蓿来对黄顶菊进行生物替代。
2.如权利要求1所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿采用播种方式种植。
3.如权利要求2所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿采用条播的方式种植。
4.如权利要求3所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿的种植行距为30cm 35cm0
5.如权利要求2 4任一项所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿的播种深度为 lcm 3cm0
6.如权利要求2 5任一项所述的生物替代方法，其中，所述紫花苜蓿的种植密度为 lg/m2 3. 5g/m20
全文摘要
本发明提供了一种利用紫花苜蓿替代黄顶菊的方法，所述方法采用紫花苜蓿来对黄顶菊进行生物替代。该方法可使黄顶菊的出苗率降低76.63％，平均株高降低62.70％，平均单株分支数减少92％、平均单株叶片数减少94.76％、平均单株生物量减少14.63％、平均可溶性蛋白含量减少24.79％，对黄顶菊的外来入侵可起到显著的控制作用；紫花苜蓿为一种常见植物，种子容易获得，种植方法简单，易操作；紫花苜蓿是一种优质的牧草，在控制黄顶菊种群数量的同时又能够实现一定的经济价值。
文档编号A01G1/00GK101874449SQ200910249679
公开日2010年11月3日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者付卫东, 张国良, 张瑞海, 张衍雷, 韩颖 申请人:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所