Функционална растителна екология

Тази статия е част от изследователската тема

Опазваща екология на водните растения Вижте всички 49 статии

Редактиран от
Росано Болпани

Университет в Парма, Италия

Прегледан от
Рудра Д. Трипати

Национален ботанически изследователски институт (CSIR), Индия

Khawar Jabran

Университет „Niğde Ömer Halisdemir“, Турция

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

преки

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Катедра по биология, Concordia College, Moorhead, MN, САЩ
  • 2 Катедра по аналитична химия, Селскостопанска експериментална станция в Кънектикът, Ню Хейвън, CT, САЩ

Въведение

Също така има голям интерес към възможностите за биологичен контрол на инвазивни водни растения като М. spicatum (Reeves et al., 2008; Havel et al., 2017). Три насекоми са свързани с намаляване на М. spicatum популации (вж. рецензия от Newman, 2004). Cricotopus myriophylli Доказано е, че Оливър (Diptera: Chironomidae) консумира М. spicatum меристеми и потискат растежа. Ефемерела на Acentria (Денис и Шифърмюлер) (Lepidoptera: Pyralidae) е доказано, че намалява М. spicatum биомаса в експерименти с мезокосмос и е свързано с драматично намаляване на М. spicatum биомаса в езерата в Ню Йорк (Johnson et al., 2000; Gross et al., 2001). Euhrychiopsis lecontei (Dietz) (Coleoptera: Curculionidae) може да контролира М. spicatum популации и е особено интересно, тъй като неотдавнашните проучвания показват, че всъщност дългоносицата предпочита инвазията М. spicatum към родния си домакин родния milfoil (М. сибирикум Комаров) (Haloragaceae) (Solarz and Newman, 1996, 2001; Sheldon and Jones, 2001). Въпреки това, поради забавянето на времето за реакция на дълговете към увеличаване на М. spicatum популацията, местното разнообразие може да бъде увредено и популациите от милфили могат да станат проблемни.

Целта на настоящото проучване беше директно сравняване на въздействието на три различни възможности за лечение върху М. spicatum при контролирани условия. Две често прилагани системни хербициди, изброени за М. spicatum контрола, 2,4-дихлорофеноксиоцетна киселина и флуридон, са сравнени с въведен биоконтрол, E. lecontei. Определено е въздействието на тези обработки върху биомасата от милфойл, както и специфичното за тъканите съдържание на полифеноли, въглехидрати, нишесте, пепел и въглерод: азот. Преди това не е извършвано пряко сравнение на въздействието на милфолията с хербициди в контролирана среда. Това сравнение е важна част от определянето на оптималните средства за контрол с цел намаляване на употребата на хербициди и насърчаване на дългосрочното планиране и възстановяване.

Материали и методи

Дизайн на микрокосмоса

Експериментални резервоари за микрокосмос бяха създадени във фермата Lockwood в Хамдън, Тексас, САЩ. Шестнадесет 387 L (132 cm × 69 cm × 71 cm, L × W × H) резервоари (Rubbermaid) бяха подредени в произволен блок. Всеки резервоар беше поправен с 32 пластмасови саксии (10,5 cm × 10,5 cm × 11 cm), съдържащи смес от езерни утайки/земеделски глинести (50:50). Дехлорирана чешмяна вода бавно се добавя на дълбочина 30 cm. М. spicatum, събрана от езерото Кунипоуг, Гилфорд, CT, САЩ (Lat. 41.388923 °, Lon. −72.698632 °), беше инспектирана за повреди, почистена от безгръбначни, нарязана на 20 см дължина и засадена с плътност от четири стъбла на саксия. Растенията се оставят да се вкоренят и установят за около 3 седмици. Плаващите или неустановените стъбла се подменяха ежедневно. По време на експеримента растежът на водорасли е минимален, но при необходимост се отстранява от резервоарите на ръка. Нивата на водата се поддържат в резервоари на приблизително 60 cm или приблизително 350 L.

Експериментален дизайн

Култури на милфойл дългоносица E. lecontei, събрани от Dooley Pond, Middletown, CT, Съединени щати (Lat. 41.5116712 °, Lon. -72.6679638 °), са установени в нашата лаборатория приблизително 1 месец преди лечението. За да се постигне желаната плътност от 1-2 дръвника на стъбло, за което е известно, че контролира М. spicatum (Newman, 2004), десет възрастни дългоноси (поне пет женски) бяха добавени към всеки резервоар и оставени да яйцеклетки за 10-14 дни. М. spicatum меристемите се инспектират ежедневно, за да се постигне крайната плътност от 1-2 яйца на стъбло. Плеверите обикновено излизат от какавидацията след около 25 дни (Mazzei et al., 1999); популациите се наблюдават през следващите 40 дни.

Въпреки внимателната проверка и отстраняване на безгръбначните в началото на експеримента, някои безгръбначни са останали върху растенията или в събраната утайка. Следователно щетите от дългоносици, заедно с характерни щети от други безгръбначни, като охлюви, кадисфалии, А. ефемерела, и Парапоникс sp. бе отбелязано. Наличието и увреждането на безгръбначните се определят чрез индивидуални инспекции на всички стъбла, събрани от всякакви лечения на всеки две седмици. Присъствието на зърна се изброява по етапа на живот (яйце, ларва, какавида, възрастен). Общото въздействие на дрънчака се оценява чрез наличие на някакъв жизнен етап или характерно увреждане на ларвите.

Растеж на растенията

На месечна база от всеки репликиран резервоар бяха избрани на случаен принцип поне два саксии с четири стъбла за определяне на биологични и химични параметри. За анализи бяха използвани средни стойности на резервоар. Биологичните параметри, които се наблюдават, включват плътност на дългите дървета, най-дългата дължина на стъблото (cm), най-дългата дължина на корена (cm), влажна и суха маса (mg), както и определяне на броя на меристемите на растение. Растенията бяха разделени на растителни части: горните 15 см („върхове“), останалата надземна част („средата“) и корените. При анализите на биомаса надземните части (върховете и средата) се комбинират като обработки на земята.

Химичен анализ на растенията

Растенията се разделят на части (върхове, средата и корените), лиофилизират се, смилат се на фин прах с кафемелачка (Braun) или хоросан и пестик и се претеглят за химически анализи. Химичните анализи включват определяне на процентния състав на въглерода, азота и елементарното съотношение въглерод: азот, въглехидрати, нишесте, органични вещества, полифеноли и пепел. Стъблата на Milfoil са анализирани за съдържание на въглерод и азот с PerkinElmer Series II, CHN/O Analyzer 2400 (Norwalk, CT, САЩ). Моларните съотношения на C: N бяха изчислени и използвани при статистически анализи. Общите фенолни съединения (TPC) бяха определени с анализа на Folin-Ciocalteau, използвайки танинова киселина като стандарт (Bowyer et al., 1983). Резултатите бяха изразени като еквиваленти на танинова киселина на базата на суха маса (TAE). Съдържанието на въглехидрати и нишесте се определя чрез разграждане на тъканите, последвано от HPLC анализ съгласно метода на Gent (1984); за въглехидратите обаче скоростта на потока е модифицирана до 0,6 ml/min. Концентрациите на глюкоза, фруктоза и захароза се измерват отделно и се сумират за концентрациите на въглехидрати. Съдържанието на пепел се определя чрез определяне на масата на суха проба от растението преди и след нагряване при 350 ° С в продължение на 24 часа.

Хербициден анализ

Количество на хербицидите

Статистически анализ

Данните бяха анализирани със SAS 9.1 (SAS Institute Inc., Cary, NC, САЩ). Данните за биомасата на Milfoil бяха тествани за нормално разпределение (K-S тест или тест на Shapiro-Wilk) и дисперсионна хомогенност (тест на Levene’s). Премахнати бяха крайни крайни стойности. Проведена е дневна трансформация с данни за биомаса, които не отговарят на тестовете за нормалност и хомогенност. Променливите на отговора бяха анализирани отделно по част от растението. Статистическите разлики бяха определени чрез двупосочна ANOVA (GLM процедура), като се използва лечение, дата на събиране (DAT, дни след лечението) и лечение чрез DAT взаимодействие. Когато датата е значително различна, променливите на отговора се анализират отделно чрез лечение за всеки DAT. Третираните 2,4-D растения бяха мъртви при последното събиране на растения и бяха изключени от анализи на проби при окончателното събиране. Присъствието на охлюви и кадифи се оценява с помощта на логаритарен модел (процедура GENMOD, разпределение на отровите) с дата на третиране и събиране като обяснителни променливи.

Резултати

Ефективност на лечението

Възстановяването на 2,4-D и флуридон с вода чрез SPE е съответно 103 ± 5,16% и 135 ± 13,6%. Както пробите с контролна вода, които не са добавени, така и пробите за вода от резервоара за предварителна обработка имат неоткриваеми нива на хербицидите. Един ден след приложението, нивата на 2,4-D са 0.41 mg/L; на осмия ден концентрацията беше 0,55 mg/L и впоследствие започна да намалява (Фигура 1А). Към 53-ия ден нивата бяха само малко над границите на откриване. Един ден след приложението, концентрацията на флуридон достига 49 μg/L, но непрекъснато намалява до 12 μg/L на 28-ия ден, в който момент се добавя допълнителен флуридон (Фигура 1В). Към 38-ия ден концентрацията се е повишила до 56 μg/L и постепенно намалява до 19 μg/L до ден 84. Има неоткриваеми нива както на хербицидите във водата от контролни, така и от резервоари за дървесни чаши.

Фигура 1. (А) Концентрация на 2,4-D (Navigate ®) във водата от резервоари, третирани с хербицида на 24.07.2007 г. (Б) Концентрация на флуридон (Sonar TM) във водата от резервоари, третирани с хербицида на 24.07.2007 г. Остатъците от флуридон са измерени след редовния експеримент, за да се гарантира, че дозата се поддържа поне 60 дни.

Нито хербицид не е открит в проби от утайки, взети през периода на експозиция. Освен това 2,4-D не е открит в нито една от събраната растителност. Флуридон е открит в проби от растителност, събрани 14 и 48 дни след третирането. Средната концентрация на флуридон (сухо тегло) в събраните издънки и корени на милфоли е била съответно 31,8 (± 20,3, ± 1 стандартно отклонение) ng/g (сухо тегло) и 14,3 (± 20,3, ± SD) ng/g (сухо тегло) . Нямаше значителни разлики в съдържанието на флуридон в корена или летораста между двата периода на вземане на проби.

Стабилни популации от E. lecontei образувани във всички инокулирани резервоари, достигащи целевата плътност от 2 дръвника/стъбло (2,08 ± 0,376, средно ± 1 SE). По време на експеримента охлювите бяха открити във всички резервоари в малък брой (0,49 ± 0,12) и не се различаваха значително по отношение на третирането или датата след третирането (χ 2 = 121,5, df = 131, P > 0,1). Caddflies са открити в много резервоари и са извадени при ежедневни инспекции (0,12 ± 0,012) и не се различават съществено по лечение или дата след третирането (χ 2 = 56,4, df = 131, P > 0,1).

Растеж на растенията

Трансформираната в дневник растителна биомаса (мокро тегло) е била значително по-висока при контролни обработки, отколкото при резервоарите, обработени с хербициди или трева (таблица 1 и фигура 2). По време на 53-дневния експеримент надземната влажна биомаса на контролните растения се е увеличила с 2,7 пъти. Обратно, влажната маса на издънките, изложени на гъбички или флуридон, намалява съответно с 5,5 и 37%. Растенията, изложени на 2,4-D, загубиха 57% от масата си през първите 2 седмици и бяха напълно мъртви до края на опита. По подобен начин влажната биомаса на корените е най-висока за контролните растения, междинна за третираните с флуридон и растенията с трева и най-ниска за третираните 2,4-D растения. Надземната суха биомаса е била най-висока за контролни и третирани растения и най-ниска за растения, третирани с 2,4-D и флуридон; сухата маса на корените на контролните растения е по-голяма от всички третирани растения в последния ден от експеримента (P Ключови думи: разпределение на въглерод, евразийско водно фолио, Euhrychiopsis lecontei, 2,4-D, флуридон

Позоваване: Марко MD и White JC (2018) Директно сравнение на хербицидно или биологично лечение на Myriophyllum spicatum Контрол и биохимия. Отпред. Растителна Sci. 9: 1814. doi: 10.3389/fpls.2018.01814

Получено: 01 септември 2017 г .; Приет: 22 ноември 2018 г .;
Публикувано: 10 декември 2018 г.

Rossano Bolpagni, Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (IREA), Италия

Khawar Jabran, Университет Düzce, Турция
Рудра Део Трипати, Национален ботанически изследователски институт (CSIR), Индия