第二章 杂草生物学生态学特征.ppt
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1、第二章杂草生物学生态学特征 杂草通常有以下特点:杂草通常有以下特点:杂草通常有以下特点:杂草通常有以下特点:杂草出现在几乎所有植物群落中杂草出现在几乎所有植物群落中杂草常常在人类干扰后入侵杂草常常在人类干扰后入侵人类干扰越厉害,杂草入侵越厉害人类干扰越厉害,杂草入侵越厉害天然系统中的多样性越高,杂草入侵的可能性越低天然系统中的多样性越高,杂草入侵的可能性越低大多数杂草不会在树冠层郁闭良好的森林中茂盛生长大多数杂草不会在树冠层郁闭良好的森林中茂盛生长天然系统的恢复会降低杂草过度生长天然系统的恢复会降低杂草过度生长第二章第二章 杂草生物学生态学特征杂草生物学生态学特征一一一一、杂杂杂杂草草草草形形
2、形形态态态态结结结结构构构构的的的的多多多多型型型型性性性性:在在人人为为和和自自然然的的选选择择压压力力下下,杂杂草草的的形形态态结结构构形形成成了了多多种种多多样样的的适适应应方方式式,主要表现在以下方面。主要表现在以下方面。1.1.杂杂杂杂草草草草个个个个体体体体大大大大小小小小变变变变化化化化大大大大:不不同同种种类类个个体体大大小小差差异异明明显显,高高的的可可达达2 2mm以以上上,如如假假高高粱粱、芦芦苇苇等等,中中等等的的有有约约1 1mm的的梵梵天天花花等等,矮矮的的仅仅有有几几个个厘厘米米,如如鸡鸡眼眼草草、地地锦等。锦等。2.根茎叶形态特征多变化:根茎叶形态特征多变化:根
3、茎叶形态特征多变化:根茎叶形态特征多变化:阳光充足地带,多数杂草阳光充足地带,多数杂草茎秆粗壮、叶片后实、根系发达,具有较强的耐旱茎秆粗壮、叶片后实、根系发达,具有较强的耐旱耐热能力。阴湿地带杂草,则茎秆细弱,叶片宽薄、耐热能力。阴湿地带杂草,则茎秆细弱,叶片宽薄、根系不发达。根系不发达。3.3.组织结构随生态习性变化:组织结构随生态习性变化:组织结构随生态习性变化:组织结构随生态习性变化:水湿环境中的杂草水湿环境中的杂草 生长在陆地湿度的杂草生长在陆地湿度的杂草二、杂草生活史的多型性二、杂草生活史的多型性根据杂草当年开花,一次结实成熟,隔年开花一次结实成熟和多年多次开花结实成熟的习性,可将杂
4、草的生活史过程分为一年生、二年生和多年生3种类型。二、杂草生活史的多型性二、杂草生活史的多型性1.1.一一年年生生杂杂草草在一年中完成从种子萌发到产生种子直至死亡的生活史全部过程。2.2.3.3.春季一年生杂草4.4.夏季一年生杂草 2.二年生杂草二年生杂草的生活史在跨年度中完成。第一年秋季杂草萌发生长产生莲座叶丛,耐寒能力增强,第二年抽茎、开花、结实、死亡,如野胡萝卜等。3.3.多年生杂草可存活多年生杂草可存活多年生杂草可存活多年生杂草可存活2 2 2 2年以上。这类杂草不但能结子传年以上。这类杂草不但能结子传年以上。这类杂草不但能结子传年以上。这类杂草不但能结子传代,而且能通过地下变态器官
5、生存繁衍。代,而且能通过地下变态器官生存繁衍。代,而且能通过地下变态器官生存繁衍。代,而且能通过地下变态器官生存繁衍。简单多年生杂草简单多年生杂草简单多年生杂草简单多年生杂草(simple perennialsimple perennialsimple perennialsimple perennial),),),),如蒲公英、如蒲公英、如蒲公英、如蒲公英、酸模等可借种子繁殖,也可因切割由宿根繁殖;酸模等可借种子繁殖,也可因切割由宿根繁殖;酸模等可借种子繁殖,也可因切割由宿根繁殖;酸模等可借种子繁殖,也可因切割由宿根繁殖;匍匐多年生杂草匍匐多年生杂草匍匐多年生杂草匍匐多年生杂草(creepin
6、g perennialcreeping perennialcreeping perennialcreeping perennial),),),),可以借球可以借球可以借球可以借球茎、匍匐茎或根状茎繁殖。这类杂草(尤其是茎、匍匐茎或根状茎繁殖。这类杂草(尤其是茎、匍匐茎或根状茎繁殖。这类杂草(尤其是茎、匍匐茎或根状茎繁殖。这类杂草(尤其是匍匐多匍匐多匍匐多匍匐多年生杂草)年生杂草)年生杂草)年生杂草)是一类很难控制的杂草。是一类很难控制的杂草。是一类很难控制的杂草。是一类很难控制的杂草。不同类型之间在一定条件下可相互转变。多年生的蓖麻马唐三、杂草营养方式的多样性三、杂草营养方式的多样性1.光合自
7、养型:绝大多数杂草光合自养型:绝大多数杂草2.2.寄生性:寄生性:1 1)全全寄寄生生:菟菟丝丝子子是是茎茎寄寄生生性性杂杂草草;列列当当是是一一类类根根寄寄生生杂杂草草,主主要要寄寄生生和和危危害害瓜瓜类类、向向日日葵葵。无无根根藤藤是是樟科木本植物的茎寄生或半寄生性杂草。樟科木本植物的茎寄生或半寄生性杂草。2 2)半半寄寄生生:桑桑寄寄生生和和槲槲寄寄生生,依依赖赖桑桑等等寄寄主主提提供供水水和和无机盐,自身营养光合作用。无机盐,自身营养光合作用。四、杂草适应环境能力强四、杂草适应环境能力强1.抗逆性强抗逆性强(adverseresistance):在对盐碱、人工干扰、旱涝、极端高低温等由
8、很强的耐受能力。2.2.可塑性大可塑性大(plasticity):由于长期对自然条件的适应和进化,植物在不同生境下对其个体大小、数量和生长量的自我调解能力称为可塑性。3.生生长长势势强强:杂草中的C4植物比例明显较高,在16种主要作物中,只有玉米、谷子、高粱等是C4植物。4.杂杂合合性性(heterozygosity):由于杂草群落的混杂性、种内异花受粉、基因重组、基因突变和染色体数目的变异性,一般杂草基因型都有杂合性 5.5.拟态性拟态性(mimicry):稗草与水稻伴生 野燕麦或看麦娘与麦类作物伴生 亚麻荠与亚麻、狗尾草与谷子伴生等五、杂草繁衍滋生的复杂性与强势性杂草繁衍滋生的复杂性与强势
9、性1.惊人的多实性惊人的多实性:野燕麦1千粒,蒿81万粒2.种种子子的的寿寿命命长长:藜等杂草的种子最长可在土壤种存活1700年。一般杂草种子皮越厚,透水性越差,其寿命越长。3.种种子子的的成成熟熟度度与与萌萌发发时时期期参差不齐:梯递性、序列性4.繁殖方式多样繁殖方式多样:营养繁殖和有性繁殖。5.5.子实具有适应广泛传播的结构和途径子实具有适应广泛传播的结构和途径。杂草的种子或果实有容易脱落的特性,有些杂草具有适应与散布的结构或附属物,借外力可以传播很远,分布很广。醡浆草、野老鹳草、苍耳、鬼针草等。第二章 杂草生物学生态学特征 杂草生态学(weedecology)是研究杂草与其环境之间关系的
10、一门学科。主要揭示杂草的群体消长、杂草与杂草、杂草与其他环境因子等的内在规律。一、杂草个体生态一、杂草个体生态1杂草个体生态:a)a)种子休眠的生理生态。b)b)大多数种子甚至营养器官都具有休眠的特点。休眠是有活力的子实及地下营养繁殖器官暂时处于停止萌动和生长状态。休眠的主要原因:原生休眠原生休眠种子或腋芽或不定根中含有生长抑制剂。果皮或种皮不透水、不透气机械强度很高。如牵牛、菟丝子胚未发育成熟。诱导休眠 大多是由于不良环境条件如高温、低温、干旱涝渍、除草剂、黑暗和高的CO2的比例所引起,使已经解除原生休眠可以萌发的子实重新进入休眠状态。解除休眠的方法解除休眠的方法:取出抑制物质(自然界中雨水
11、的淋洗)对果皮或种皮坚硬不透性的种子,可以通过机械或其他物理因素解除(如用刀、针、砂纸等划破外皮)。化学刺激剂(硫酸脱绒、硝酸钾、赤霉素等)砂藏和低温促进胚胎成熟2.2.种子萌发的生理生态种子萌发的生理生态 萌萌发发是是杂杂草草种种子子的的胚胚由由休休眠眠转转变变为为生生理理生生化化代代谢谢活活跃跃、胚胚胎胎体体积积增增大大并并突突出出子子实实皮皮、长长成成幼幼苗苗的的过程。过程。杂草萌发需要适宜的环境条件 温度温度:晚春性杂草如马唐最低萌发温度在15度,最适为3040度早春杂草早熟禾、藜、野燕麦、卷茎蓼的最低发芽温度为25度,最适在30度以下。湿度湿度:一一般般均均可可在在土土壤壤湿湿度度达
12、达到到田田间间持持水水量量4040100100时时发芽。发芽。种子越大,其发芽要求的湿度就越高。种子越大,其发芽要求的湿度就越高。旱旱地地杂杂草草萌萌发发所所要要求求的的土土壤壤湿湿度度低低于于水水田田或或水水浇浇地地杂杂草。草。光照:光照:光光照照对对某某些些杂杂草草的的萌萌发发是是必必不不可可少少的的。环环境境可可以以改变杂草种子的需光性。改变杂草种子的需光性。光光对对杂杂草草种种子子萌萌发发的的干干扰扰主主要要通通过过调调节节种种子子内内部部活活跃跃型型(PfrPfr)和和非非活活跃跃型型(PrPr)光光敏敏素素的的比比例例而而作用的。作用的。活活跃跃型型光光敏敏素素(PfrPfr)促促
13、进进种种子子萌萌发发,非非活活跃跃型型光光敏素(敏素(PrPr)抑制种子萌发。抑制种子萌发。适宜的适宜的O2/CO2 比例比例:多多年年生生杂杂草草的的根根芽芽或或茎茎芽芽的的萌萌动动同同样样受受到到上上述述因素的影响,尤其以温度的影响最甚。因素的影响,尤其以温度的影响最甚。已已萌萌发发的的草草籽籽能能否否出出苗苗很很大大程程度度上上取取决决于于土土壤壤结结实度,其在土壤中所处的深度及幼芽的顶土力。实度,其在土壤中所处的深度及幼芽的顶土力。二、杂草的种群生态1.杂草种子库杂草种子库1)这这些些残残留留于于土土壤壤中中的的杂杂草草种种子子或或营营养养繁繁殖殖体体的的总总体体 称称 为为 杂杂 草
14、草 种种 子子 库库 或或 繁繁 殖殖 体体 库库(weedweed seedseedbankbank)2 2)杂草种子库动态:杂草种子库动态:由输入、输出、滞留三个子系统组成。由输入、输出、滞留三个子系统组成。A输入主要由成熟杂草结实,少部分由外地传播。B输出主要有萌发、传播、动物觅食、死亡等输出。其中萌萌发发和和死死亡亡是主要的输出方式。杂 草 种 子 在 土 壤 中 的 寿 命(longevity)是影响杂草种子库的一个重要因素。CC滞留滞留3)3)对对杂杂草草种种子子库库的的研研究究对对杂杂草草可可持持续续治治理理具具有有重重要意义要意义2.杂草种群动态杂草种群动态从从理理论论上上讲讲
15、,在在资资源源环环境境资资源源(光光、水水、养养分分、COCO2 2)及及空空间间充充足足的的条条件件下下,一一个个种种群群如如按按它它固固有有的的增增长长率率(r r)增增长长,其其个个体体数数或或生生物物量量(N N)可可按几何级数增长。按几何级数增长。资资源源环环境境总总是是有有限限的的,种种群群总总是是按按逻逻逻逻辑辑辑辑斯斯斯斯蒂蒂蒂蒂(LogisticLogistic)曲线增长曲线增长曲线增长曲线增长 即即起起初初增增长长缓缓慢慢,接接着着有有一一个个迅迅速速增增长长期期;当当种种群群的的个个体体数数量量达达到到一一定定程程度度后后,个个体体之之间间出出现现竞竞争争,种种群群的的增
16、增长长速速度度放放慢慢,最最终终当当种种群群个个体体数数达达到环境载有量(到环境载有量(k k)是,增长率变为零。是,增长率变为零。3杂草和作物间的竞争杂草和作物间的竞争a)a)竞争的定义:植物间的竞争(竞争的定义:植物间的竞争(competitioncompetition)是指植是指植物载生存资源(光、物载生存资源(光、CO2CO2、水、养分)有限的情形水、养分)有限的情形下,为争夺较多资源的生存斗争。下,为争夺较多资源的生存斗争。发生条件:资源有限;两者应占有相似的生境发生条件:资源有限;两者应占有相似的生境(nicheniche)。)。分为种内竞争(分为种内竞争(intraspecifi
17、ccompetitionintraspecificcompetition)和种间竞争(和种间竞争(interspecificcompetitioninterspecificcompetition)。)。b)杂草与作物间的资源竞争 地上竞争:主要指对光的竞争。地上竞争:主要指对光的竞争。地下竞争:包括营养竞争和水分竞争。地下竞争:包括营养竞争和水分竞争。杂草和作物的地下竞争常常重于地上竞争。杂草和作物的地下竞争常常重于地上竞争。正所谓正所谓“明争暗斗明争暗斗”不同资源竞争的互作:竞竞争争地地上上资资源源必必然然影影响响到到地地下下资资源源的的竞竞争争。一一般般讲讲,竞竞争争一一种种资资源源将将加
18、加剧剧对对另另一一种种资资源源的的竞竞争争;对对一一种种资资源源竞竞争争占占优优势势将将导导致致对对另另一一种种资资源的竞争也占优势。源的竞争也占优势。c)杂草竞争造成的作物产量损失模型:杂杂草草密密度度和和作作物物产产量量损损失失之之间间不不是是直直线线关关系系,而而是呈是呈S S型曲线和双曲线型曲线和双曲线型曲线和双曲线型曲线和双曲线关系。关系。而杂草生物量和作物产量损失呈直线关系。而杂草生物量和作物产量损失呈直线关系。作物竞争力作物竞争力杂草杂草S S型曲线型曲线作物竞争力作物竞争力 杂草杂草双曲线双曲线d)响杂草与作物竞争的因素:杂草种类和密度:作物种类、品种和密度相对出苗时间:早出苗
19、的竞争者可提前占据空间,竞争力提高。水肥管理:在有杂草的农田施用肥料,特别是施用底肥,会加重杂草危害。环境条件:4.4.杂草竞争临界期和经济阈值杂草竞争临界期和经济阈值杂草竞争临界期和经济阈值杂草竞争临界期和经济阈值 1 1)竞竞竞竞争争争争临临临临界界界界期期期期(criticalcriticalperiodperiodofofcompetitioncompetition):当当杂杂草草生生长长存存留留对对作作物物产产量量的的损损失失和和无无草草状状态态下下作作物物产产量量增增加加量量相相等等时时的的天天数数,即即为为杂杂草草竞竞争争的的临临界界期期,是指作物对杂草竞争敏感的时期。是指作物对
20、杂草竞争敏感的时期。竞竞竞竞争争争争临临临临界界界界期期期期是是是是进进进进行行行行杂杂杂杂草草草草防防防防除除除除的的的的关关关关键键键键时时时时期期期期,只只只只有有有有此此此此期期期期除草才是最经济有效的。除草才是最经济有效的。除草才是最经济有效的。除草才是最经济有效的。2 2)经济阈值)经济阈值杂杂杂杂草草草草的的的的(危危危危害害害害经经经经济济济济阈阈阈阈值值值值):杂杂草草群群体体在在其其与与作作物物共共生生全全生生育育期期后后所所引引起起的的损损失失值值等等于于除除草草成成本本时时所所处处于于的水平。的水平。生生生生态态态态经经经经济济济济阈阈阈阈值值值值:杂杂草草群群体体在在
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