發(fā)布時間：2017-12-11 13:31

  本文關鍵詞：緯度梯度及生境異質性對空心蓮子草入侵效應的影響

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【摘要】：伴隨經濟貿易全球化及環(huán)境變化的加劇,一些本土種被直接或間接引入到新環(huán)境中,構成生物入侵,嚴重破壞自然環(huán)境并威脅生態(tài)系統(tǒng)健康及全球生物多樣性。在全球變化背景下,外來生物凸顯出形式更為多樣的入侵進程,對生態(tài)環(huán)境帶來新的影響。本文以外來入侵植物空心蓮子草為研究對象,通過2012-2014年連續(xù)3年間野外大緯度梯度調查(N21°-N37°),在中國南北方10省25市范圍內共設置126個水、陸兩境的調查樣地(10m×10m),運用雙向聚類分析(TWINSPAN)、典范對應分析(CCA)及冗余分析(RDA)等技術對不同緯度帶空心蓮子草入侵態(tài)勢、入侵群落物種組成及生物多樣性特征、以及生境異質性與生物入侵的關系等關鍵科學問題進行了詳細分析,并在此基礎上,設置增溫、施氮田間控制實驗,探討氣候變暖及氮沉降對空心蓮子草種間入侵競爭能力的影響,為揭示并預測全球變化背景下空心蓮子草入侵機制、入侵態(tài)勢以及本土群落生物多樣性保護等工作提供科學依據(jù),主要研究結論如下：1.通過126個樣地調查,在水、陸生境空心蓮子草群落中共記錄到植物235種,隸屬于60科183屬。物種豐富度較高的科為：禾本科(30屬35種)、菊科(19屬28種)、唇形科(13屬15種)、蓼科(3屬13種)、豆科(10屬10種)和莎草科(5屬10種)。陸生空心蓮子草的主要伴生種為馬唐,雙向聚類分析(TWINSPAN)將陸生空心蓮子草群落劃分為10類群叢,空心蓮子草+馬唐是其主要群落類型；雙穗雀稗為水生空心蓮子草的主要伴生種,TWINAPAN將水生空心蓮子草群落劃分為6類群叢,空心蓮子草+雙穗雀稗+水芹是水生主要群落類型。除趨勢對應分析(DCA)進一步驗證了TWINSPAN分類的合理性。2.緯度梯度調查表明,在21°N-350N范圍內,陸生空心蓮子草入侵態(tài)勢隨緯度上升而增加,但350N之后其入侵態(tài)勢開始下降。小規(guī)模空心蓮子草入侵能提高群落α物種多樣性,而入侵蓋度超過7%則顯著削弱多樣性,且陸生空心蓮子草對本土植物多樣性“先促進后抑制”的生態(tài)學效應存在于其整個入侵進程。CCA排序表明陸生空心蓮子草群落物種隨緯度升高逐漸由旱生、中生植物過渡到濕生植物,α物種多樣性指數(shù)及Godron穩(wěn)定性指數(shù)計算結果表明,隨著緯度上升,空心蓮子草入侵群落物種多樣性及穩(wěn)定性均呈現(xiàn)一定程度的下降趨勢。3.水、陸兩境空心蓮子草群落對比調查表明,水生空心蓮子草群落物種組成及結構類型相對簡單,在4個α物種多樣性指數(shù)(Patrick指數(shù)、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Pielou指數(shù))中,水生生境的Patrick豐富度指數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)均顯著低于陸生生境,但其群落穩(wěn)定性要高于陸生。水生空心蓮子草入侵同樣存在對本土植物多樣性“先促進后抑制”的生態(tài)學效應。Pielou指數(shù)(物種分布均勻成度)對于空心蓮子草入侵最為敏感,且水生群落多樣性更容易遭受入侵威脅。水生生境中,空心蓮子草的天敵昆蟲-蓮草直胸跳甲發(fā)生量隨緯度升高顯著增大,而陸生生境的蓮草直胸跳甲發(fā)生量與緯度、氮素等因子之間無顯著相關性。冗余分析(RDA)表明,氨態(tài)氮、硝態(tài)氮和緯度對陸生空心蓮子草群落多樣性及物種分布的影響較為明顯,而制約水生空心蓮子草群落多樣性及物種分布的主要環(huán)境因子依次為經度、氨態(tài)氮和硝態(tài)氮。4.田間增溫實驗表明,當空心蓮子草與本土物種馬唐混播時,增溫顯著降低馬唐地上生物量而有利于空心蓮子草生物量積累,人工構建群落表明,空心蓮子草生物量增長速率隨伴生種豐富度增高而下降；施氮顯著增加馬唐生物量而抑制空心蓮子草生物量積累,隨著馬唐相對密度的增大,氮素抑制入侵的效應更加劇烈；相對產量(RY)計算結果表明,增溫有利于提升空心蓮子草種間競爭能力,而施氮則相對提高馬唐的種間競爭力；據(jù)此推測,在全球環(huán)境變化趨勢下,氣候變暖有利于陸生空心蓮子草進一步入侵擴散,氮沉降則可能減緩其入侵進程。以上結果表明,緯度梯度及生境異質性顯著影響空心蓮子草的入侵態(tài)勢、生態(tài)效應、入侵群落物種結構及生物多樣性等特征。本研究對于預測全球環(huán)境變化背景下空心蓮子草入侵態(tài)勢及制定合理的防治管理措施具有重要參考意義。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(武漢植物園)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S451
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本文編號：1278653