华南地区主要入侵植物的能量利用策略研究

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入侵种的扩散严重威胁着当地生物多样性、生态系统的结构和功能,给社会经济带来巨大的损失。虽然许多学者已经作了大量的研究工作,但到目前为止,尚未有哪种机制能够完全解释入侵种成功的原因。然而,每种植物的生长都涉及到能量利用过程。外来植物的入侵是甭与其特殊的能量利用过程有关;同时,在全球CO<,2>浓度持续升高的环境背景下,入侵植物的能量利用过程会受到怎样的影响。目前有关这方面的研究还为数不多。本研究分别以华南地区主要入侵植物为研究对象,从能量利用的角度,探讨了植物入侵与能量投资成本的关系;研究了CO<,2>浓度升高对入侵种和本地种能量利用过程的影响,揭示了CO<,2>浓度升高对植物入侵的影响以及具体作用机制;另外,尝试以能量利用特性作为判别因子,建立判别模型,定量的预测外来种入侵潜力,为入侵种的防治和管理提供理论依据。主要研究结果如下: 1.对薇甘菊(Mikania micrantha H.B.K.)入侵群落的研究发现,与其伴生植物相比,薇甘菊具有最低的叶片建成成本。叶片单位质量建成成本(CC<,mass>)为1.32g glucose g<-1>,单位面积建成成本(CC<,area>)为28.80 g glucose m<-2>。同时,薇甘菊在群落中处于优势地位,覆盖率达到60﹪。结果说明,薇甘菊在群落中较高的优势度与其较低的叶片建成成本有关。对群落中其他入侵种胜红蓟(Ageratum conyzoides L.)、三裂叶蟛蜞菊(Wedelia trilobata(L.)Hitchc)、马缨丹(Lantana camara L)和本地种鱼藤(Derris trifoliata Lour.)、肖梵灭花(Urenalobata L.)的研究也发现,入侵种比本地种具有较低的建成成本。这些结果说明,入侵种能量利用率较高,对于生物量的建成仅需要较少的能量,具有较低的能量投资成本可能是影响外来种入侵成功的一般性特征。 2.CO<,2>浓度升高,对入侵种和本地种的光合作用起到了不同程度的促进作用。相比较而言,入侵种薇甘菊、三裂叶蟛蜞菊、五爪金龙(Ipomoea cairica(L.)Sweet)和飞机草(Eupatorium odoratum L.)光合速率平均增加了66.1﹪,而本地种鸡矢藤(Paederia scandens(Lour.)Merr.)、蟛蜞菊(Wedelia chinensis(Osbeck.)Merr.)和厚藤(IPomoea pescaprae L.)的光合速率平均增加仅有23.4﹪,显著低于入侵种。同时,CO<,2>浓度升高促进了入侵植物三裂叶蟛蜞菊、飞机草和五爪金龙的最大饱和光合速率的显著提高;而本地种增加不明显。可以看出,CO<,2>浓度升高对入侵种光合作用的促进作用更加明显,是促进入侵种成功的机制之一。入侵种和本地种在CO<,2>浓度升高条件下不同的光合响应,导致了入侵种在生物量积累上明显高于本地种。入侵种平均生物量显著增加了92.5﹪,本地种平均生物量的增加不显著,为32.6﹪。可以预测,华南地区这4种主要的入侵种,会在今后持续CO<,2>浓度升高的环境条件下得到进一步的扩张。 3.CO<,2>浓度升高,改变了入侵种和本地种的能量同化、能量投资和分配模式、能量利用效率。入侵种薇甘菊、三裂叶蟛蜞菊和五爪金龙总碳同化量(Atotal)均表现出显著的增加,平均增加71.6﹪,而本地种鸡矢藤、蟛蜞菊和厚藤甲均增加了25.5﹪。CO<,2>浓度增加,对入侵种和本地种能量投资成本的影响较小。但总体上,降低了生物量建成的能量消耗,仅有本地种蟛蜞菊表现出相反的趋势。另外,入侵种的CC<,mass>在两个CO<,2>浓度下均小于本地种。CO<,2>浓度升高,增加了入侵植物的能量向茎的分配,能够促进入侵种的纵向生长,占据更大的生长空间。大气CO<,2>浓度下,入侵种的能量利用率高于本地种。CO<,2>浓度增加,入侵种甲均能量利用率显著增加了58.3﹪,本地种增加了7.0﹪。进一步扩大了入侵种的能量利用优势,从而显著提高了入侵种的生物量积累,甲均增加达65.3﹪。CO<,2>浓度升高通过影响入侵植物的能量利用过程,增加了入侵种的竞争优势,是促进入侵种成功的内在机制之一。 4.采用生物量建成成本(CC<,mass>)和比叶面积(SLA)作为判别指标,建立数学模型定量地判断外来植物的入侵潜力。判别模型如下:总预测正确率为82.6﹪,判别效果较好。同时,进一步证明了植物的能量利用特性对其入侵潜力的重要影响。
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