（植物学专业论文）入侵种与濒危种生长策略比较研究.pdf

摘要 本研究通过对入侵亚热带地区的加拿大一枝黄花自身生长特性，并与其入侵群落同生种生 长和生理生态的比较及与本地特有濒危植物杭州石荠芋的比较，来分析其在亚热带入侵地区的 生长策略。 对入侵亚热带地区的加拿大一枝黄花与原产地的加拿大一枝黄花进行比较，发现两地的加 拿大一枝黄花在组分生物量与总生物量的关系，植株高度与组分生物量及总生物量的关系上表 现出一致的趋势。对不同生艮季节加拿大一杖黄花植株生物量分配的研究发现，茎生物量比高 低顺序为1 2 月 1 1 月 8 月，叶生物量比8 月显著高于1 1 月，1 2 月的根生物量比显著高于1 1 月。对加拿大一枝黄花植株对密度的响应的研究发现，丛生植株和单生植株只在茎生物量比上 存在差异丛生植株显著高于单生植株。杭州石荠芋的比根长显著高于加拿大一枝黄花，说明 加拿大一枝黄花的根更粗，这有利于其穿透较硬的土层。 将加拿大一枝黄花的根移入芦苇、自茅群落中的试验结果显示，芦苇群落可以在一定程度 上抑制加拿大一枝黄花的生长；而自茅在9 月前还可与加拿大一枝黄花竞争，9 月后由于自身 生活史特征及植株高度已达到高限，不再能抵御加拿大一枝黄花的生k 。加拿大一枝黄花与同 生的同样属于外来植物的一年蓬等在s l a 、l a r 、r l r 、r w r 等方面没有差异。这些指标所 反映的生长策略可能是入侵种的一些基本特性。加拿大一枝黄花的最大光合速率、光饱和点和 光补偿点均高。说明其是比较典型的阳生植物。 杭州石荠_ 芋的株高比显著低于加拿大一枝黄花，说明同样的地上生物量投入，杭州石荠芋 的株高要低很多。不利于获取光能。在被其他植物遮蔽后，杭州石荠芋提高叶片中叶绿索b 的 含量，来忍耐群落中的低光环境。这种可塑性发展的方向是不利的，物质积累的下降影响了生 殖生长，从而造成了杭州石荠芋的濒危。 对植物下土壤特性的研究，有助于探讨植物入侵成功的机制。通过对4 种类型2 0 余个土壤 样品的测试数据进行比较和分析，发现盐酸浸提、i c p - a e s 法与乙酸铵浸提、火焰光度法在测 定土壤速效钾时，在各个土壤类型上都有很好的相关性，而将所有类型土壤作为一个整体分析 时，相关性也很好，说明豫种方法可比性比较高。在土壤速效钠方面，将所有类型土壤作为一 个整体分析时，两种方法的致性较差，说明在对各类土壤的两种方法测定数据进行比较时， 应采用不同的方程进行换算。本研究在土壤钾、钠含量测定方面，为新的研究方法与老的研究 方法的比较提供了合理的平台。 关键词：入侵种；加拿大一枝黄花；濒危种；杭州石荠芋；生长；光合 a b s t r a c t s o l i d a g oc a n a d e n s i s ，ap e r e n n i a lp l a n to f f # h a t i n gf r o mn o r t ha m e r i c a ，h a sb e c o m ea l li n v a s i v e p l a n ti ns u b t r o p i c a lz o 玎e ，e a s t e r nc h i n a w es t u d i e dg r o w t hc h a r a e t e r so f s c a n a d e n s 括，c o m p a r e d t h e g r o w t ha n de c o p h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f xe a n a d e n s i sa n d i t sc o m p a n i o ns p e c i e s ，c o m p a r e dt h e g r o w t ha n dp b o t o s y n t h e t i cc h a r a c t e r i s t i c so fsc a n a d e n s i sa n dn a t i v ee n d a n g e r e dp l a n tm o l s a h a n g c h o w e n s 括，t h e na n a l y z e dt h eg r o w t hs t r a t e g i e so f s c a n a d e n s 扫 w ec a m p e f e dg r o w t hc h a r a c t e r so fsc a n a d e n s 如f r o mk i n g s t o na n dh a n g z h o u ，t h e yh a v e c o n s i s t e n tr e l a t i o n s h i pb e t w e e nm o d u l eb i o m a s sa n dt o t a lb i o m a s s ，a n db e t w e e nh e i g h ta n dm o d u l e b i o m a s s ，t o t a lb i o m a s s sc a n a d e n s 妇h a sd i f f e r e n c ei nb i o m a s sa l l o c a t i o na m o n gd i f f e r e n tg r o w t h s e a s o n f o rs t e mw e i g h tr a i t o ( s w r ) ，d e c n o v a u 岛f o rl e a fw e i g h tr a t i o ( l w r ) ，a u g n o v , f o r r o o tw e i g h tr e t i o ( r w r ) ，d e c n o v w ef o u n dt h a tt h ec l u s t e r & c a n a d e n s i ss h o w e ds i g n i f i c a n th i g h e r l w r f p 3 月，且相 互问差异显著( p 日o 0 5 ) 。8 月份的叶生物量比( l w r ) 显著高于1 1 月份( p 0 5 ) 。根生物量比 ( r w r ) 和根冠比( r o o t s b 0 0 t ) 的大小关系均是1 2 月 8 月 1 1 月，1 2 月份与8 月份都显著高于 1 1 月份( p 0 5 ) ，但1 2 月份与8 月份闻无显著差异。 表3 2 不同季节加拿大一枝黄花生长参数比较 8 月1 1 月1 2 月 r w r ( g g ) 0 2 8 i - 0 0 3 a 0 1 7 ：l - 0 0 2 b0 3 1 士0 0 2 a s w r ( g g ) 0 3 6 ：t ：0 0 6 c0 5 3 i - 0 0 2 b0 6 6 士o 0 3 a l w r ( g g ) 0 3 6 士o 0 4 a0 1 仳o o l b r o o t s h o o t ( g g ) 0 4 1 x - 0 0 7 a0 2 1 i 0 0 3 b ，0 ，4 ，6 ，士0 0 4 a 不同的字母代表差异显著( p 以0 5 ) 上述数据中叶生物量比( l w r ) 和茎生物量比( s w r ) 的变化规律说明，在生长季早期 植株更多的投入叶生物量，以增加其光合能力；在生长季后期则更多投入茎生物量，以增加 植株在群落中的竞争能力。 根生物量比( r w r ) 的变化规律说明，在花期结束后，植株根会继续生长，为越冬和来 年生长储备养分，这与董梅等( 2 0 0 6 ) 的报道一致。 同样的，对不同生长期加拿大一技黄花植株数量性状问的关系，综合选取相关性高的幂 函数作为定量分析的模型。 研究发现，8 月份与1 1 月份加拿大一枝黄花植株各组分如根、叶的生物量与植株株高的 相对生长规律相一致( 图3 3 ) 。 2 2 0 0 冒1 5 0 3 幄 粪l 卯 o 2 钟 2 言1 5 0 3 耀 卷1 0 0 5 0 o o5 1 01 52 0 叶生物量( g ) o 5 dl 1 5 0 地上生物量( g ) o 1 0 2 0 3 04 0鲰 根生物量( g ) a u g o n o v a u g 一一一n o v 图3 3 加拿大一枝黄花生长季不同时期植株株高与组分生物量的关系 1 6 渤 搬 啪 m 鼬 。 言o ) 担蜷 3 入侵亚热带地区的加拿大一枝黄花生长对密度的响应 加拿大一枝黄花营养繁殖能力强，经常形成单种优势的密闭群落我们比较了杭州萧山样 地丛生加拿大一枝黄花植株与单生加拿大一枝黄花植株的生长状况，比较了不同生长密度下加 拿大一枝黄花植株生物量分配的策略 由表3 3 可以看出，不同生长密度下，加拿大一枝黄花植株在根生物量比( r w r ) 、叶生物 量比( l w r ) 和根冠比( r o o t s h o o t ) 之间均无显著差异，在根生物量比上，单生植株高于丛 生植株；而在叶生物量比上，则是丛生植株高于单生植株；根冠比上，单生植株高于丛生植株 研究发现，不同生长密度下，加拿大一枝黄花植株的茎生物量比( s w r ) 存在显著差异 ( p s 月，由于加拿大一枝黄花1 1 月起果实开始成熟，一直到1 2 月末、1 月初地上部枯萎，说明加 拿大一枝黄花在果实成熟期投入更多的资源到植抹的支撑结构。叶生物量比8 月份显著高于1 1 月份是由于，在g 月份加拿大一枝黄花需要捕获更多的光来满足植株快速生长的能量需要，而 在1 1 月份则分配更多的能量到果实积累上。叶生物量比和茎生物量比的变化规律说明，在生长 季早期植株更多的投入叶生物量，以增加其光合能力：在生长季后期则更多投入茎生物量，以 增加植株在群落中的竞争能力。1 2 月份的根生物量比显著高于1 1 月，说明加拿大一枝黄花在 休眠前投入更多的资源到多年生地下，为次年地上部快速恢复打下了基础 对加拿大一枝黄花植株对密度的响应的研究发现，丛生植株和单生植株只在茎生物量比上 存在差异，丛生植株显著高于单生植株，这是由于密集生长肘植株捕获光的角度受到很大的限 制，为了更好的获取光资源，植株必须在株高上投入更多。 对加拿大一枝黄花和杭州石荠芋的比较研究发现，加拿大一枝黄花在根上的投入显著高于 杭州石荠芋。这是由于加拿大一枝黄花作为多年生物种，会通过根储存养分满足来年的生长， 而一年生的杭州石荠芋则不需要比根长可以表征根系收益和花费的关系( f i t t e r , 1 9 9 1 ；韦兰 英，上官周平，2 0 0 6 ；) 比根长也反映了植物对不同生境的适应特征，研究表明紧实土壤使植 物比根长降低( 韦兰英，上官局平，2 0 0 6 ) 。杭j 石荠芋的比撮长显著高于加拿大一枝黄花，说 明加拿大一枝黄花的根更粗，这有利于在废弃地的紧实土壤环境下生长。这与加拿大一枝黄花 在荒地逸生严重( 李振字，解焱，2 0 0 2 ) 的现状相一致 加拿大一枝黄花的株高比( f i r ) 显著高于杭州石荠芋，说明同样的地上生物量的投入，加 拿大一枝黄花更多的用于纵向的株高生长上，这有利于其在群落中有效的获取光能，这是其竞 争力强的原因之一 2 0 第四章一群落中加拿大一枝黄花与其同生种的 生理生态比较及与本地濒危植物的比较 1 加拿大一枝黄花在芦苇、白茅群落中的株高动态 为了研究加拿大一枝黄花在成熟优势群落中的竞争力，我们在2 0 0 4 年末将加拿大一枝黄花 的根分别移栽入芦苇和白茅群落，在2 0 0 5 年3 月下旬其萌发新枝后定期观测。观测结果表明， 在整个观测期间，加拿大一枝黄花的株高都低于同期芦苇的株高，6 月，当芦苇种群生长达斟 密闭程度后，加拿大一枝黄花的生长受到一定的抑制，植株叶片较少并且有的叶片枯黄( 图 4 1 a ) a 3 5 0 2 2 0 0 5 - 3 - i2 0 0 5 - 4 - i2 0 0 5 - 5 - 12 0 0 5 - 6 - i2 0 0 5 - 7 - i2 0 0 5 - 8 - 12 0 0 5 - 9 - i2 0 0 5 - 1 0 - i2 0 0 5 - i i - i 观察日期 b 2 0 0 1 5 0 喜啪 嚣 5 0 o 2 0 0 5 - 3 - i 2 0 ( 5 - 4 - i2 0 0 5 - 5 - i2 0 0 5 - - & i2 0 0 5 - 7 - i2 0 0 5 - 8 - i2 0 0 5 - 9 - i2 0 0 5 - 1 0 - 1 2 0 0 5 - i i - i 。 观察日期 图4 i 芦苇和自茅群落中加拿大一枝黄花株高的动态变化 m m o 一基恒嚣 在白茅群落中，在8 月份之前。加拿大枝黄花的株高低于同期自茅株高，从s 月份开始， 白茅生长基本停滞并倒伏，加拿大一枝黄花植株的株高占据了优势( 图4 2 b ) 上述实验结果说明，当地可以稳定生长的芦苇群落基本可以在一定程度上抑制加拿大一枝 黄花的生长，面白茅这种演替早期的植物种类在