CN111667887A - 基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，具体按以下步骤进行：获取外来入侵植物的关键特征的功能性状信息；确定本地植物的物种库；获取物种库内植物的功能性状信息，建立功能特性数据集；将功能性状信息进行相似度匹配，选取相似度高的多种本地植物；将选取的本地植物与外来入侵植物混合种植，验证选取的本地植物对外来入侵植物进行生物防治的有效性。本发明的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，可通过功能性状筛选模型针对外来入侵植物筛选出合适的本地植物，进而对相应的外来入侵植物进行生物防治；方法合理，针对性高，对合适的本地植物的筛选准确率高；提高了对外来入侵植物的防效。
Description
技术领域
本发明涉及生态环境修复领域，特别是涉及一种基于功能性状筛选模型选择本地植物对外来入侵植物进行生物防治的方法。
背景技术
外来植物的入侵影响了全球本土植物多样性、生态系统功能和服务。
外来植物相对于本地植物而言，指的是在一定区域内历史上没有自然发生分布而被人类活动直接或间接引入的物种、亚种或低级分类群；外来植物在入侵地建立了种群，且威胁并改变该地域的生物多样性时，就成为了外来入侵植物。
外来入侵植物的生态适应能力强、繁殖能力强、传播能力强，其在种群建立的生长与繁衍过程中会喧宾夺主地将本地植物取代，而破坏入侵地的生态系统的多样性；而入侵成功后，通过压制或排挤本地植物，形成单优势种群，危及本地植物。
目前，对于外来入侵植物的防治一直在持续，但没有合适的方法，使得对外来入侵植物的防效并不理想。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，参照外来入侵植物的功能性状来选择相似的本地植物，对外来入侵植物进行生物防治。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，具体按以下步骤进行：
S1、获取外来入侵植物的关键特征的功能性状信息；
S2、确定适合进行外来入侵植物生物防治的本地植物的物种库；
S3、获取物种库内植物的功能性状信息，建立功能特性数据集；
S4、将外来入侵植物的功能性状信息与物种库内植物的功能物性数据集进行相似度匹配，选取相似度高的一种或多种本地植物；
S5、将步骤S4中选取的本地植物与外来入侵植物混合种植，验证所选取的本地植物对外来入侵植物进行生物防治的有效性。
进一步的，步骤S1中，外来入侵植物的关键特征为帮助外来入侵植物战胜本地植物的特征。
进一步的，步骤S2中，本地植物的物种库以与外来入侵植物区域邻近的未受干扰区域的植物为基础。
进一步的，步骤S2中，本地植物的物种库扩大为以外来入侵植物所在地的大范围内的植物为基础。
进一步的，步骤S1和步骤S3中，获取功能性状信息的方式为：功能性状信息通过在野外和/或实验室内进行观察和测量获得。
进一步的，步骤S4中，对于相似度较高的本地植物，还可利用配对t检验方法，量化相似度。
本发明的优点：本发明的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，可通过功能性状筛选模型针对外来入侵植物筛选出合适的本地植物，进而对相应的外来入侵植物进行生物防治；方法合理，针对性高，对合适的本地植物的筛选准确率高；提高了对外来入侵植物的防效。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例
本实施例提供了一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，具体按以下步骤进行：
S1、获取外来入侵植物的关键特征的功能性状信息；
S2、确定适合对外来入侵植物进行生物防治的本地植物的物种库；
S3、获取物种库内植物的功能性状信息，建立功能特性数据集；
S4、将外来入侵植物的功能性状信息与物种库内植物的功能物性数据集进行相似度匹配，选取相似度高的一种或多种本地植物；
S5、将步骤S4中选取的本地植物与外来入侵植物混合种植，验证所选取的本地植物对外来入侵植物进行生物防治的有效性。
本实施例的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法中，步骤S1中，外来入侵植物的关键特征为帮助外来入侵植物战胜本地植物的特征。
本实施例的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法中，步骤S2中，本地植物的物种库以与外来入侵植物区域邻近的未受干扰区域的植物为基础。
本实施例的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法中，步骤S2中，本地植物的物种库扩大为以外来入侵植物所在地的大范围内的植物为基础。
本实施例的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法中，步骤S1和步骤S3中，获取功能性状信息的方式为：功能性状信息通过在野外和/或实验室内进行观察和测量获得。
本实施例的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法中，步骤S4中，对于相似度较高的本地植物，还可利用配对t检验方法，量化相似度。
下面以具体的试验例对本发明进行验证：
一、选择试验地点
试验地点位于海南岛三亚市的一座石灰岩山脉，海拔200米的抱坡岭(东经110°58′01′，北纬19°38′48′)。该地区气候属热带季风海洋性气候，年平均气温28摄氏度。三亚市年平均降水量1500毫米，生在6月至10月之间约91％的降水，植被类型为热带季风阔叶林，20年的石灰岩开采导致0.2平方公里的抱坡岭区域已经高度退化，不适于任何植物生命的裸露岩石组成。抱坡岭退化区以外的区域没有受到任何明显的干扰，仍然是物种丰富的热带雨林。三亚市政府投资实施了一项旨在恢复这一退化地区的造林项目。银合欢是我国最早在退化严重的山顶上单一种植，以迅速恢复植物景观。仅在经过3年的单一种植，银合欢已成为一个严重入侵物种，在银合欢周围没有任何植物能够存活，并且它已经成功入侵到周围自然森林中。在抱坡岭高度退化的中下部区域，种植了三种本地树种：三角梅、木棉和榕树。
二、试验过程
S1、获取外来入侵植物的关键特征的功能性状信息
能够捕捉外来入侵物种关键特征的功能性状可分为六种不同类型的功能性状。这六种性状包括植物生理性状(例如光合速率、蒸腾速率、气孔导度等)、叶片特征(比叶面积、叶片干物质含量和构建成本)、根茎特征(根茎面积比、根茎干物质比等)、生长速率(单位时间(年)的胸径、高度或生物量变化速率)、个体大小(平均胸径、高度和生物量等)和适合度特征(花、果和种子特征、存活率、死亡率等)；因此，用于选择本地植物物种的性状应该从这六种不同类型的功能性状中进行选择。对于银合欢来说，高生长率和耐旱性是帮助其成功地战胜本地物种的关键特征。而具体的功能性状信息包括与快速生长(最大光合作用速率、气孔导度和蒸腾作用)和耐旱性(叶片膨压损失点)的高度相关的性状。
S2、确定适合对外来入侵植物进行生物防治的本地植物的物种库
选择了单一种植的三种本地树种：三角梅(Bougainvillea spectabilis)、木棉(Bombax ceiba)和小叶榕(Ficus microcarpa)；
还在邻近的未受干扰的热带森林中作为本地植物物种库，选择了八种主要的本地植物树种，分别是土蜜树(Bridelia tomentosa)、美叶荚豆树(Radermachera frondosa)、赤才(Lepisanthes rubiginosa)、石斑木(Rhaphiolepis indica)、翻白叶树(Pterospermum heterophyllum)、瓜馥木(Fissistigma oldhamii)、九节(Psychotriarubra)、穿破石(Cudrania cochinchinensis)。
S3、获取物种库内植物的功能性状信息，建立功能特性数据集；
在旱季(2月)的高峰期，从胸径接近物种平均值的个体中选出上述本地物种的20片完全展开的健康叶片。所有取样的叶片都被用来测量与植物生长有关的功能特性，具体包括最大光合作用速率、气孔导度和蒸腾速率和耐旱性。
S4、将外来入侵植物的功能性状信息与物种库内植物的功能物性数据集进行相似度匹配，选取相似度高的一种或多种本地植物；
在测定的4个性状(最大光合速率、气孔导度、蒸腾速率和叶片膨压损失点)中，如表1所示。从表1可明显得出：三角梅和银合欢没有差异。相形之下，银合欢的积累量(SC和TR)远高于其余10种本地树种，但耐旱性却远低于其余10种本地树种。
表1
其中，最大光合速率的单位、气孔导度的单位、蒸腾速率的单位和叶片膨压损失点。
因此选择的结果是：仅选择了三角梅，因为三角梅和银合欢的相似程度达到99％，其余10种本地树种与银合欢的相似程度只在在0.001％-0.01％之间，与银合欢极不相似。
对于11种本地树种，通过配对t检验方法进一步证明，三角梅与银合欢非常相似，而其余10种本地树种则与银合欢完全不同。
S5、将步骤S4中选取的本地植物与外来入侵植物混合种植，验证所选取的本地植物对外来入侵植物进行生物防治的有效性
将100株三角梅与珠高和胸径一致的银合欢在抱坡岭中混合种植一年，每株银合欢株有25株三角梅在垂直和水平方向上环绕。
结果发现，所有100株三角梅个体都能与银合欢一起存活，并且，三角梅的株高和胸径显著高于银合欢，因此，判断三角梅确实有助于预防银合欢的入侵。
三、试验结果分析
根据三亚市气象局的数据，三亚旱季的平均降水量仅为雨季的1/10，说明三亚树木可能面临季节性干旱胁迫，为银合欢的入侵提供了良好的环境。这是因为银合欢具有耐旱性，在干旱胁迫下仍能保持较高的生长速度。因此，在全球范围内广泛应用于恢复高度退化的热带森林。事实上，我们观察到银合欢已经侵入了邻近的未受干扰的热带森林。只有耐旱性较低的植物，在水分供应非常有限的情况下，才能保持较高的气孔导度、光合速率和蒸腾速率，从而获得较高的生长速率。因此，耐旱性、较高的气孔导度、光合速率和较高的蒸腾速率这四从此性状信息，可以反映银合欢的关键性状，从而有利于选择本地树种，防止银合欢的入侵。
事实上，利用这四个性状对银合欢和所选择的11种邻近的本地树种进行筛选，也仅发现三角梅与银合欢最相似。相比之下，其余10种本地树种与银合欢极不相似。当进一步测试银合欢和11个本地树种的这四个性状的差异时，发现银合欢和三角梅的这四个性状没有差异。三角梅的气孔导度、光合速率和蒸腾速率均显著高于其它10个本地树种2-8倍，而耐旱性则显著低于其它10个本地树种。因此，银合欢和三角梅都有相当高的叶片膨压损失点，从而可以保持最高的生长速度。
另外，银合欢在其余10种本地树种中存在入侵，但在抱坡岭高度退化的中下部区域所种植的三角梅中没有发现入侵。进一步证明，三角梅能防止银合欢的入侵。为了反证模型筛选的正确性，通过银合欢和三角梅的混种，发现三角梅能很好地存活下来，而在没有三角梅和银合欢混合的地区，则没有任何植物能和银合欢一起生存。并且，经过二年的人工种植，三角梅的株高和胸径均高于银合欢，因此三角梅能够有效限制银合欢的生长。事实证明了三角梅与银合欢混种，可以通过三角梅对银合欢入侵进行生物防治。
综上所述，本发明的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法中可帮助选择本地植物物种，对外来植物物种的入侵进行生物防治。
上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，其特征在于：生物防治方法具体按以下步骤进行：
S1、获取外来入侵植物的关键特征的功能性状信息；
S2、确定适合对外来入侵植物进行生物防治的本地植物的物种库；
S3、获取物种库内植物的功能性状信息，建立功能特性数据集；
S4、将外来入侵植物的功能性状信息与物种库内植物的功能物性数据集进行相似度匹配，选取相似度高的一种或多种本地植物；
S5、将步骤S4中选取的本地植物与外来入侵植物混合种植，验证所选取的本地植物对外来入侵植物进行生物防治的有效性。
2.根据权利要求1所述的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，其特征在于：步骤S1中，外来入侵植物的关键特征为帮助外来入侵植物战胜本地植物的特征。
3.根据权利要求1所述的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，其特征在于：步骤S2中，本地植物的物种库以与外来入侵植物区域邻近的未受干扰区域的植物为基础。
4.根据权利要求3所述的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，其特征在于：步骤S2中，本地植物的物种库扩大为以外来入侵植物所在地的大范围内的植物为基础。
5.根据权利要求1所述的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，其特征在于：步骤S1和步骤S3中，获取功能性状信息的方式为：功能性状信息通过在野外和/或实验室内进行观察和测量获得。
6.根据权利要求1所述的一种基于功能性状筛选模型的外来入侵植物的生物防治方法，其特征在于：步骤S4中，对于相似度较高的本地植物，还可利用配对t检验方法，量化相似度。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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