基于化感与化学计量的2种典型外来植物入侵机制的研究

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外来植物的入侵机制是当今全球生态环境研究中的一个热门问题。鬼针草(Bidens pilosa)和南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)是华南亚热带2种非常典型的恶性入侵杂草,已造成严重的经济损失和生态危害。本研究以鬼针草和南美蟛蜞菊为主要研究对象,从化感作用角度探查入侵植物间的生长竞争力;从植物体各器官(根、茎、叶)及根际土壤化学计量学角度探究外来植物在入侵生态过程中的能量分配趋势及营养策略;从土壤理化性质角度研究入侵地土壤环境的变化,以期揭示鬼针草和南美蟛蜞菊的竞争力和入侵性,为有效防控外来植物的入侵和维持生态系统的稳定提供理论依据。采用培养皿法研究鬼针草和南美蟛蜞菊根、茎、叶、花浸提液对受体植物种子萌发和幼苗生长的影响;采用重铬酸钾外部加热法、凯氏定氮法、钼锑抗比色法、碱解扩散法对鬼针草及其伴生种空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)和南美蟛蜞菊及其伴生种白花藿香蓟(Ageratum conyzoides)根、茎、叶和根际土壤C、N、P进行测定;采用靛酚蓝比色法、3,5-二硝基水杨酸比色法、高锰酸钾滴定法等测定根际土壤脲酶、蔗糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶、含水量和酸碱度。主要结果有:1.鬼针草不同器官浸提液通过抑制南美蟛蜞菊种子萌发和幼苗生长来提高自身入侵性和竞争力;南美蟛蜞菊花浸提液显著抑制鬼针草种子萌发,其不同器官浸提液在一定程度上能够促进鬼针草幼苗生长;二者对弱入侵植物鳢肠(Eclipta prostrata)种子萌发和幼苗生长均产生化感抑制作用,使其在群落中处于优势地位,进而快速定殖和蔓延。2.鬼针草和南美蟛蜞菊入侵地为低N和低P生境,该入侵地土壤有机质积累较高,对P元素的净矿化率较强;二者在生长过程中将N元素更多的分配至叶,鬼针草将C元素更多的分配至茎和叶,将P元素更多的分配至根和茎,各器官协调分配并充分利用营养资源而快速生长;与伴生种相比鬼针草根和茎P含量及南美蟛蜞菊茎和叶P含量较高,二者不同器官C:P和N:P较低,其中鬼针草叶C:P及南美蟛蜞菊叶N:P均高于根和茎,体现二者具有较高的生长速率。3.鬼针草和南美蟛蜞菊根C与茎C,根C:N与C:P均呈正相关,鬼针草茎C:N与N:P呈负相关,南美蟛蜞菊茎C:N与C:P呈正相关,二者能量的分配有利于根和茎的生长,符合适度权衡策略;鬼针草根N和P含量与土壤P含量呈正相关,其入侵增强了对土壤P元素的吸收和利用,进而快速生长和扩张;南美蟛蜞菊根和茎C含量与土壤AP含量呈负相关,根和茎对土壤养分的需求和获取策略存在差异性。4.鬼针草根际土壤脲酶、过氧化氢酶、纤维素酶活性以及南美蟛蜞菊根际土壤脲酶、蔗糖酶、纤维素酶活性均随入侵程度的加重显著升高;南美蟛蜞菊土壤含水量表现为重度>轻度,鬼针草土壤PH表现为轻度>重度;鬼针草根际土壤过氧化氢酶和纤维素酶活性与土壤PH呈负相关,南美蟛蜞菊根际土壤纤维素酶活性与土壤P、AP含量及含水量呈正相关。二者通过提高土壤不同酶的活性,促进土壤养分循环,改变土壤环境,为自身创造有利的根际营养条件。
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