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外来入侵种凤眼莲（Eichhornia crassipes）的营养生态学研究

作　者: 谢永宏
导　师: 于丹
学　校: 武汉大学
专　业: 植物学
关键词: 凤眼莲 生态入侵 生长繁殖 营养
分类号: Q948
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要


近年来由于生态环境恶化及地表水体的富营养化，我国南方的湖泊与河流中普遍发生外来种凤眼莲（Eichhornia crassipes（Mart．） Solms）大量繁殖覆盖水面，改变水体环境使乡土种植物死亡，破坏水生生态系统结构，降低生物多样性，最终使使湖泊湿地的价值受到直接影响。凤眼莲产生有害影响与其快速繁殖与扩散的生物学特性紧密相关。据研究表明该植物为C2植物，但其生长速率比C4植物还高。仅从光合效率的角度是难以对这一现象进行解释的，而植物的实际光合效率与其它资源（如营养）能否充分供给有着密切关系。因此，本研究拟以植物所需的大量元素N和P为对象，通过系统的室内和野外实验以阐明营养对凤眼莲生长繁殖的影响及其机理，揭示凤眼莲高生长繁殖速率的营养生理生态学机制，探求低营养环境下凤眼莲的适应对策。结果表明： 环境中营养水平对凤眼莲的生长繁殖有明显影响。无论从植物总分株数、各级分株数及各组织的生物量来看，营养水平越高，生长繁殖越快。营养水平影响着植物的生物量分配，高营养条件下，植物分配更多的生物量到叶部，低营养时有更多的生物量被分配到根部。协方差分析表明这种生物量分配变化是一种可塑性反应，在一定程度上提高了植物对外界环境的适应能力；营养水平梯度升高对凤眼莲的生长繁殖有着明显的促进作用，并有利于对营养的吸收利用。值得注意的是，在该条件下，植物地下／地上生物量在实验期间随营养水平的升高而不断下降，表现出明显的可塑性变化。此外，对该条件下的资源（生物量、N、P）分配比的分析表明生物量和N在各组织的相对分配比率不受实验处理影响，但P分配比在不同处理间存在显著性差异，预示着P是本实验中凤眼莲生长的限制性资源。 在同一P营养水平下，凤眼莲的相对生长速率（RGR）和单位根重 （鲜重）的磷吸收速率（以R）明显高于同生活型乡土种植物水鳖 （功价口c儿aris dubia）的，但凤眼莲各组织和总的P浓度却比水鳖的低。进一步的研究表明，在相同的P水平下凤眼莲单位根重（鲜重）的总表面积、活跃表面积和比表面积比水鳖的高，但活跃表面积百分比比水鳖的低。凤眼莲较大的根表面积保证了其高营养吸收速率，而较高的营养吸收速率和较低的植物营养浓度为其快速生长繁殖奠定了营养基础。从生物量分配上而言，凤眼莲分配到根系生物量的相对比率比水鳖的高，水鳖的主要在冠部，表现出两物种在资源利用策略上的不同。加强营养吸收有利于凤眼莲适应水体环境、保证高生长速率。P水平对两物种的P吸收效率（PAE）和P利用效率（PUE）有明显影响，随外界营养水平的升高而降低。与水鳖相比，凤眼莲的PAE和PUE要高些，可见凤眼莲对环境中的营养利用得更为充分并能有效地将吸收的营养转化成物质生产。 营养供给水平对凤眼莲根系形态学特征产生了明显影响。在低营养条件下凤眼莲侧根变得更长、更细，侧根密度变得更大，致使特殊根长 （sRL）和特殊根面积（sRA）明显增大。当P供给水平由4.89/mZ/年下降为0.69/mZ/年时，由侧根组成的植物根系总表面积由91 .5%增加为99.8%，可见低P条件时因侧根形态学变化极大地增加了根系与水体的接触面积。虽然高营养条件时凤眼莲累积的植物总P呈线性上升，但低营养条件时的却不随时间而变化，说明在低营养条件下凤眼莲可通过植物体内的营养再分配部分满足生长需求。在梁子湖，凤眼莲的N、P浓度在各组织中很快达到恒定水平，与东湖的相比，其营养浓度要低得多。在这种低营养环境中，枯萎叶片中的营养浓度在不同时期没有明显差异，与生活叶P浓度差异不是很大，主要原因可能是该条件下凤眼莲廿十片过早凋谢营养来不及充分回收转运造成的。此外，单株重随时间而不断下降。因此，凤眼莲在低营养条件下维持生命的营养机理在于增加根系表面积以增强营养吸收能力和较低的维持营养浓度，而不是增加营养回收效率。 凤眼莲在东湖7、8、9月份生长最快，但最大生物量累积值在11月份，12月份因霜冻而使叶和叶柄生物量明显下降。各个时期的枯萎叶片中的营养浓度没有明显差异，但12月份的明显偏高，说明凤眼莲没有象其它落叶植物一样适应于亚热带气候条件。从不同时期枯萎叶和生活叶营养浓度的比值来看，东湖的差异明显，说明凤眼莲在高营养条件下不仅具有高营养获取速率，而且选择了高营养回收效率来保护营养以免损失。

全文目录


中文摘要  3-6
英文摘要  6-14
第一章 概述  14-34
  1 凤眼莲的生物学特性  14-16
    1.1 形态学  14
    1.2 繁殖生物学  14-15
    1.3 生态适应  15-16
  2 凤眼莲生态入侵  16-23
    2.1 凤眼莲生态入侵  16-20
      2.1.1 生态入侵  16-18
      2.1.2 凤眼莲生态入侵  18-20
    2.2 凤眼莲生态入侵的主要原因  20-23
      2.2.1 生长繁殖能力强  20-21
      2.2.2 忍耐力和竞争力强  21-22
      2.2.3 缺乏专一性天敌  22-23
      2.2.4 水体富营养化加剧  23
  3 植物营养生态学  23-28
    3.1 营养获取  24-25
    3.2 营养效率  25-27
      3.2.1 营养利用效率  25-26
      3.2.2 营养转移(再利用)效率  26-27
    3.3 营养分布格局  27-28
  4 凤眼莲营养生态学研究进展及存在的问题  28-32
    4.1 营养对凤眼莲生长繁殖的影响  28-29
    4.2 凤眼莲的营养对策  29-31
    4.3 低营养环境的适应机理  31-32
  5 本研究的目的与意义  32-34
第二章 营养对生长繁殖及生物量分配的影响  34-47
  1 材料与方法  34-36
    1.1 实验材料  34-35
    1.2 实验处理  35
    1.3 收获  35
    1.4 生物量分配  35-36
    1.5 统计分析  36
  2 结果与分析  36-43
    2.1 克隆分枝数  36
    2.2 生长  36-42
    2.3 生物量分配  42-43
  3 讨论  43-47
    3.1 凤眼莲的克隆繁殖  43-44
    3.2 营养与生长繁殖的关系  44-45
    3.3 生物量分配调节资源获取  45-47
第三章 营养水平梯度升高对生长及资源分配的影响  47-58
  1 材料与方法  47-50
    1.1 植物材料与生长条件  47-48
    1.2 收获  48
    1.3 植物化学分析  48
    1.4 植物生长与克隆繁殖分析  48-49
    1.5 资源分配  49
    1.6 统计分析  49-50
  2 结果与分析  50-53
    2.1 分株数  50-52
    2.2 生物量、总N、总P和单叶面积  52
    2.3 地下／地上生物量  52
    2.4 资源分配  52-53
  3 讨论  53-58
    3.1 生长与生物量分配  54-56
    3.2 资源分配  56-58
第四章 外来种凤眼莲和本地种水鳖在三种P营养水平下的生长和P吸收速率的比较研究  58-69
  1 材料和方法  58-61
    1.1 三种P水平下的生长实验  58-60
    1.2 根系特征和营养吸收速率实验  60-61
  2 结果与分析  61-65
    2.1 生长分析  61-64
    2.2 根系特征  64-65
    2.3 P吸收速率  65
  3 讨论  65-69
第五章 凤眼莲高生长速率的营养生态生理基础  69-82
  1 材料与方法  69-71
    1.1 实验材料  69-70
    1.2 实验处理  70
    1.3 收获  70
    1.4 化学分析  70
    1.5 计算方法  70-71
  2 结果与分析  71-77
    2.1 生长  71
    2.2 生物量分配格局  71-74
    2.3 植物P浓度和总植物P  74-75
    2.4 磷利用效率和磷吸收效率  75-77
  3 讨论  77-82
    3.1 凤眼莲的生长优势  77-78
    3.2 凤眼莲高生长速率的营养生态生理基础  78-82
第六章 侧根在P吸收中的重要意义  82-93
  1 材料与方法  82-84
    1.1 实验材料  82
    1.2 实验处理  82-83
    1.3 收获及测定方法  83-84
    1.4 计算及统计处理  84
  2 结果与分析  84-89
    2.1 侧根的形态可塑性  84-86
    2.2 生长和死亡组织生物量  86-89
    2.3 植物P浓度和总P  89
  3 讨论  89-93
    3.1 侧根的形态可塑性  89-90
    3.2 侧根在适应低P环境的意义  90-93
第七章 东湖和梁子湖凤眼莲生长及营养浓度动态比较研究  93-112
  1 研究地点  93-94
  2 材料与方法  94-95
    2.1 实验材料  94
    2.2 取样方法  94
    2.3 化学分析  94
    2.4 计算方法  94-95
  3 结果与分析  95-103
    3.1 东湖凤眼莲群落学研究  95-99
    3.2 东湖和梁子湖凤眼莲生长特征  99-101
    3.3 营养浓度动态  101-103
  4 讨论  103-112
    4.1 亚热带地区群落学特征  103-106
    4.2 影响凤眼莲生长的营养浓度  106-108
    4.3 低营养条件下生命维持机理  108-112
第八章 结论  112-114
参考文献  114-139
在读期间发表研究论文及参编专著  139-140
致谢  140

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中图分类: > 生物科学 > 植物学 > 植物生态学和植物地理学
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