水位等環(huán)境因子對(duì)入侵植物空心蓮子草的影響與機(jī)制.pdf

1、生物入侵因其巨大的危害性和影響的深遠(yuǎn)性，在近幾十年來(lái)受到生態(tài)學(xué)家們的廣泛關(guān)注。入侵生態(tài)學(xué)界也提出了各種各樣的理論來(lái)揭示生物入侵的機(jī)制，但尚沒有一種理論或假說能夠解釋所有的入侵過程。生物入侵是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，它的成功有著入侵生物自身性狀的內(nèi)在影響，也與人為干擾、環(huán)境變化等外在因素密切相關(guān)。相對(duì)而言，擾動(dòng)頻繁的地區(qū)更容易遭受生物入侵。
　　空心蓮子草(Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb

2、)是一種世界性的惡性入侵植物，現(xiàn)已從原產(chǎn)地南美洲擴(kuò)散到世界上大部分地區(qū)，其中包括中國(guó)黃河以南大片地區(qū)，且造成了巨大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)危害。空心蓮子草能入侵多種生境，尤其容易入侵水陸交界的河（湖）濱帶濕地，而這些地區(qū)由于自然或人為的原因極易受到擾動(dòng)。研究環(huán)境因子的變化對(duì)空心蓮子草的影響，對(duì)于理解它的入侵機(jī)制，預(yù)測(cè)它的分布趨勢(shì)以及對(duì)它的防治工作都有重要的意義。
　　極端強(qiáng)降水或者人為蓄水泄洪等都會(huì)使河湖水位上升，對(duì)河（湖）濱帶植物造成水淹。

3、而強(qiáng)降水帶來(lái)的地表徑流增加以及點(diǎn)源或面源污染的增多都會(huì)使更多的養(yǎng)分從陸地環(huán)境進(jìn)入水生環(huán)境中，造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化。因此，本論文第一個(gè)實(shí)驗(yàn)就是為了研究水淹和富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)空心蓮子草的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了3個(gè)水淹梯度（水位分別為0、7和13 cm）以及5個(gè)富營(yíng)養(yǎng)化（養(yǎng)分）水平(1000、100、50、10和1稀釋倍數(shù)的改良霍格蘭培養(yǎng)液)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水淹顯著抑制了空心蓮子草的生長(zhǎng)，而養(yǎng)分的增加在濃度較低時(shí)影響并不明顯，只有在養(yǎng)分大量增加的時(shí)候才促進(jìn)空心

4、蓮子草的生長(zhǎng)。水淹和養(yǎng)分增加都減少了空心蓮子草對(duì)根的生物量分配，而增加了水淹時(shí)對(duì)莖的投資和非水淹時(shí)對(duì)葉的投資。在應(yīng)對(duì)環(huán)境變化時(shí)，空心蓮子草展現(xiàn)了良好的表型可塑性，它通過快速伸長(zhǎng)來(lái)應(yīng)對(duì)水淹的脅迫，而且伸長(zhǎng)是通過增加節(jié)間長(zhǎng)而不是節(jié)間數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些結(jié)果表明空心蓮子草能積極地應(yīng)對(duì)水淹，而一般水平的富營(yíng)養(yǎng)化并不能促進(jìn)空心蓮子草的生長(zhǎng)，只有在水體中養(yǎng)分濃度很高時(shí)，富營(yíng)養(yǎng)化才能對(duì)空心蓮子草的生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用，同時(shí)緩解水淹的脅迫作用。由于氣候變化和人

5、為干擾的加劇，水淹和富營(yíng)養(yǎng)化將更加頻繁地在河（湖）濱帶濕地發(fā)生。雖然水淹會(huì)抑制空心蓮子草的生長(zhǎng)，但不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生致命的傷害，而水位的上升會(huì)使河（湖）面擴(kuò)大，增大了河（湖）濱帶地區(qū)的面積，即增大了空心蓮子草適宜生境的面積，而且重度的富營(yíng)養(yǎng)化還能促進(jìn)空心蓮子草的生長(zhǎng)，緩解水淹帶來(lái)的脅迫作用，這些都必將促進(jìn)空心蓮子草的分布與擴(kuò)散。因此，必須密切關(guān)注著河（湖）濱帶濕地的環(huán)境擾動(dòng)以及空心蓮子草的發(fā)展態(tài)勢(shì)，采取相應(yīng)的對(duì)策，減弱或者阻止空心蓮子草的分布

6、擴(kuò)大化和進(jìn)一步擴(kuò)散。
　　而由于擾動(dòng)的頻繁發(fā)生（如相隔幾天的暴雨或重復(fù)的蓄水放水），可能造成河（湖）濱帶濕地水位重復(fù)性的上升與下降，即重復(fù)性水位波動(dòng)，于是進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究重復(fù)性水位波動(dòng)對(duì)空心蓮子草的影響。該實(shí)驗(yàn)設(shè)置了3個(gè)平均水位(分別為0、10和30 cm)和4個(gè)波動(dòng)頻率（在96天的實(shí)驗(yàn)中分別有12、6、3和0個(gè)完整的波動(dòng)循環(huán)），波動(dòng)幅度均為平均水位±10 cm。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的平均水位下，波動(dòng)頻率的影響是完全不同的。在0 c

7、m水位下，波動(dòng)頻率的變化不影響空心蓮子草的生長(zhǎng);在10 cm水位下，水位波動(dòng)抑制了空心蓮子草的生長(zhǎng);在30 cm水位下，水位波動(dòng)則會(huì)促進(jìn)空心蓮子草的生長(zhǎng)。而另一方面隨著波動(dòng)頻率的增加，水位升高對(duì)空心蓮子草的抑制作用越來(lái)越小。在高水位下，空心蓮子草生物量更多的分配到莖以促進(jìn)伸長(zhǎng)應(yīng)對(duì)水淹，但在高波動(dòng)頻率下，生物量在根葉上的分配增多了，可能是因?yàn)樗兔{迫沒那么嚴(yán)重轉(zhuǎn)而增加養(yǎng)分的吸收和強(qiáng)化光合作用。以上結(jié)果說明，水位波動(dòng)能夠緩解水淹對(duì)空心蓮子草

8、的脅迫作用?？招纳徸硬菰谔幱诓煌沫h(huán)境時(shí)能迅速改變自身的性狀來(lái)適應(yīng)當(dāng)前的環(huán)境，如高波動(dòng)頻率下，空心蓮子草的莖壁厚更大，以防止頻繁的水位波動(dòng)對(duì)自身造成斷裂等傷害;而在恒定水位下，空心蓮子草的莖壁厚較小，空腔較大，更有利于空心蓮子草漂浮在水面上，同時(shí)較薄的莖壁可能有助于其與環(huán)境之間的氣體交換。綜上所述，在水位波動(dòng)的環(huán)境中，空心蓮子草能夠在水位更高的環(huán)境下生長(zhǎng)，這也變相增加了空心蓮子草的分布范圍，所以在易受擾動(dòng)的河（湖）濱帶地區(qū)，頻繁發(fā)生的環(huán)

9、境變化可能會(huì)促進(jìn)空心蓮子草的生長(zhǎng)與擴(kuò)散。
　　在水生環(huán)境下，由于水流或人類活動(dòng)帶來(lái)的擾動(dòng)常常使植物碎片化，而這些植物片段的遠(yuǎn)距離傳播與再生長(zhǎng)是水生植物擴(kuò)散的重要手段?？寺≈参锟招纳徸硬菀渤３Ｋ槠纬捎性偕L(zhǎng)和定居能力的無(wú)性系分株。如果空心蓮子草莖段能夠在新生境中再生長(zhǎng)并且具備繁殖能力，那么它就可以在此定居，然后入侵這個(gè)新的生態(tài)系統(tǒng)。那么，弄清楚在什么樣的環(huán)境下，空心蓮子草莖段能夠再生長(zhǎng)和繁殖是非常重要的?？招纳徸硬萸o段多是隨水

10、流等漂流到新生境中，那么它必將停留在不同的水位環(huán)境下，而它所?？康陌哆呉矔?huì)由于岸邊植物的遮蔭影響使得空心蓮子草處于不同的光照條件下。于是，本研究以水位和光照為變量設(shè)計(jì)了一個(gè)控制實(shí)驗(yàn)來(lái)探索空心蓮子草莖段在不同環(huán)境下的再生長(zhǎng)和繁殖能力。實(shí)驗(yàn)中,設(shè)置了3個(gè)水位梯度(0、2和10 cm)，2個(gè)光照對(duì)比（自然光照的10％和80％）以及空心蓮子草莖段有無(wú)頂端的三因素控制實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有無(wú)頂端僅對(duì)個(gè)別形態(tài)學(xué)指標(biāo)有影響，對(duì)生物量積累與分配等大多數(shù)指標(biāo)

11、無(wú)顯著影響。在分析水位和光照的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，除了10％光照且10 cm水位下的空心蓮子草莖段生物量沒有初始生物量高，其他莖段均有所生長(zhǎng)，這說明在大部分水位和光照條件下，空心蓮子草莖段的再生長(zhǎng)能力仍然較強(qiáng);但對(duì)貯藏根的分析發(fā)現(xiàn)，僅有處于高光照且水位為0或2 cm下的空心蓮子草莖段的貯藏根發(fā)育狀況能在第二年重新發(fā)芽，長(zhǎng)出新的空心蓮子草植株。這表明高水位和低光照嚴(yán)重限制了貯藏根的發(fā)育，阻礙了空心蓮子草在新環(huán)境下的繁殖，從而有可能限制它的傳播。<

12、br>　　綜上所述，本論文系統(tǒng)研究了水位等環(huán)境因子對(duì)入侵植物空心蓮子草的生長(zhǎng)與擴(kuò)散的影響，通過模擬自然條件下的環(huán)境變化開展控制實(shí)驗(yàn)，揭示了水位變化等對(duì)入侵植物空心蓮子草的影響。研究發(fā)現(xiàn)水位上升（水淹）會(huì)抑制空心蓮子草的生長(zhǎng)，而普通富營(yíng)養(yǎng)化并不能促進(jìn)空心蓮子草的生長(zhǎng)，但養(yǎng)分濃度的急劇增加能加速空心蓮子草的生長(zhǎng)，部分緩解水淹帶來(lái)的脅迫作用。同時(shí)水位波動(dòng)也有利于空心蓮子草應(yīng)對(duì)水淹脅迫。水位上升會(huì)擴(kuò)大水面面積同時(shí)增大河（湖）濱帶濕地面積，即增大