水位等環(huán)境因子對入侵植物空心蓮子草的影響與機制.pdf

1、生物入侵因其巨大的危害性和影響的深遠性，在近幾十年來受到生態(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揭示生物入侵的機制，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)。相對而言，擾動頻繁的地區(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)地南美洲擴散到世界上大部分地區(qū)，其中包括中國黃河以南大片地區(qū)，且造成了巨大的生態(tài)和經(jīng)濟危害。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。研究環(huán)境因子的變化對空心蓮子草的影響，對于理解它的入侵機制，預(yù)測它的分布趨勢以及對它的防治工作都有重要的意義。
　　極端強降水或者人為蓄水泄洪等都會使河湖水位上升，對河（湖）濱帶植物造成水淹。

3、而強降水帶來的地表徑流增加以及點源或面源污染的增多都會使更多的養(yǎng)分從陸地環(huán)境進入水生環(huán)境中，造成水體的富營養(yǎng)化。因此，本論文第一個實驗就是為了研究水淹和富營養(yǎng)化對空心蓮子草的影響。實驗設(shè)置了3個水淹梯度（水位分別為0、7和13 cm）以及5個富營養(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，而養(yǎng)分的增加在濃度較低時影響并不明顯，只有在養(yǎng)分大量增加的時候才促進空心

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

5、為干擾的加劇，水淹和富營養(yǎng)化將更加頻繁地在河（湖）濱帶濕地發(fā)生。雖然水淹會抑制空心蓮子草的生長，但不會對其產(chǎn)生致命的傷害，而水位的上升會使河（湖）面擴大，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，而且重度的富營養(yǎng)化還能促進空心蓮子草的生長，緩解水淹帶來的脅迫作用，這些都必將促進空心蓮子草的分布與擴散。因此，必須密切關(guān)注著河（湖）濱帶濕地的環(huán)境擾動以及空心蓮子草的發(fā)展態(tài)勢，采取相應(yīng)的對策，減弱或者阻止空心蓮子草的分布

6、擴大化和進一步擴散。
　　而由于擾動的頻繁發(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，于是進一步設(shè)計實驗探究重復(fù)性水位波動對空心蓮子草的影響。該實驗設(shè)置了3個平均水位(分別為0、10和30 cm)和4個波動頻率（在96天的實驗中分別有12、6、3和0個完整的波動循環(huán)），波動幅度均為平均水位±10 cm。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的平均水位下，波動頻率的影響是完全不同的。在0 c

7、m水位下，波動頻率的變化不影響空心蓮子草的生長;在10 cm水位下，水位波動抑制了空心蓮子草的生長;在30 cm水位下，水位波動則會促進空心蓮子草的生長。而另一方面隨著波動頻率的增加，水位升高對空心蓮子草的抑制作用越來越小。在高水位下，空心蓮子草生物量更多的分配到莖以促進伸長應(yīng)對水淹，但在高波動頻率下，生物量在根葉上的分配增多了，可能是因為水淹脅迫沒那么嚴(yán)重轉(zhuǎn)而增加養(yǎng)分的吸收和強化光合作用。以上結(jié)果說明，水位波動能夠緩解水淹對空心蓮子草

8、的脅迫作用。空心蓮子草在處于不同的環(huán)境時能迅速改變自身的性狀來適應(yīng)當(dāng)前的環(huán)境，如高波動頻率下，空心蓮子草的莖壁厚更大，以防止頻繁的水位波動對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，在水位波動的環(huán)境中，空心蓮子草能夠在水位更高的環(huán)境下生長，這也變相增加了空心蓮子草的分布范圍，所以在易受擾動的河（湖）濱帶地區(qū)，頻繁發(fā)生的環(huán)

9、境變化可能會促進空心蓮子草的生長與擴散。
　　在水生環(huán)境下，由于水流或人類活動帶來的擾動常常使植物碎片化，而這些植物片段的遠距離傳播與再生長是水生植物擴散的重要手段?？寺≈参锟招纳徸硬菀渤３Ｋ槠纬捎性偕L和定居能力的無性系分株。如果空心蓮子草莖段能夠在新生境中再生長并且具備繁殖能力，那么它就可以在此定居，然后入侵這個新的生態(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，而它所停靠的岸邊也會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)計了一個控制實驗來探索空心蓮子草莖段在不同環(huán)境下的再生長和繁殖能力。實驗中,設(shè)置了3個水位梯度(0、2和10 cm)，2個光照對比（自然光照的10％和80％）以及空心蓮子草莖段有無頂端的三因素控制實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有無頂端僅對個別形態(tài)學(xué)指標(biāo)有影響，對生物量積累與分配等大多數(shù)指標(biāo)

11、無顯著影響。在分析水位和光照的影響時發(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，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能力仍然較強;但對貯藏根的分析發(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)境因子對入侵植物空心蓮子草的生長與擴散的影響，通過模擬自然條件下的環(huán)境變化開展控制實驗，揭示了水位變化等對入侵植物空心蓮子草的影響。研究發(fā)現(xiàn)水位上升（水淹）會抑制空心蓮子草的生長，而普通富營養(yǎng)化并不能促進空心蓮子草的生長，但養(yǎng)分濃度的急劇增加能加速空心蓮子草的生長，部分緩解水淹帶來的脅迫作用。同時水位波動也有利于空心蓮子草應(yīng)對水淹脅迫。水位上升會擴大水面面積同時增大河（湖）濱帶濕地面積，即增大