维度梯度及生境异质性对空心莲子草入侵效应的影响

发布时间：2017-12-11 13:31

  本文关键词：纬度梯度及生境异质性对空心莲子草入侵效应的影响

  更多相关文章： 生物入侵 空心莲子草 纬度梯度 生境异质性 群落多样性

【摘要】：伴随经济贸易全球化及环境变化的加剧,一些本土种被直接或间接引入到新环境中,构成生物入侵,严重破坏自然环境并威胁生态系统健康及全球生物多样性。在全球变化背景下,外来生物凸显出形式更为多样的入侵进程,对生态环境带来新的影响。本文以外来入侵植物空心莲子草为研究对象,通过2012-2014年连续3年间野外大纬度梯度调查(N21°-N37°),在中国南北方10省25市范围内共设置126个水、陆两境的调查样地(10m×10m),运用双向聚类分析(TWINSPAN)、典范对应分析(CCA)及冗余分析(RDA)等技术对不同纬度带空心莲子草入侵态势、入侵群落物种组成及生物多样性特征、以及生境异质性与生物入侵的关系等关键科学问题进行了详细分析,并在此基础上,设置增温、施氮田间控制实验,探讨气候变暖及氮沉降对空心莲子草种间入侵竞争能力的影响,为揭示并预测全球变化背景下空心莲子草入侵机制、入侵态势以及本土群落生物多样性保护等工作提供科学依据,主要研究结论如下：1.通过126个样地调查,在水、陆生境空心莲子草群落中共记录到植物235种,隶属于60科183属。物种丰富度较高的科为：禾本科(30属35种)、菊科(19属28种)、唇形科(13属15种)、蓼科(3属13种)、豆科(10属10种)和莎草科(5属10种)。陆生空心莲子草的主要伴生种为马唐,双向聚类分析(TWINSPAN)将陆生空心莲子草群落划分为10类群丛,空心莲子草+马唐是其主要群落类型；双穗雀稗为水生空心莲子草的主要伴生种,TWINAPAN将水生空心莲子草群落划分为6类群丛,空心莲子草+双穗雀稗+水芹是水生主要群落类型。除趋势对应分析(DCA)进一步验证了TWINSPAN分类的合理性。2.纬度梯度调查表明,在21°N-350N范围内,陆生空心莲子草入侵态势随纬度上升而增加,但350N之后其入侵态势开始下降。小规模空心莲子草入侵能提高群落α物种多样性,而入侵盖度超过7%则显著削弱多样性,且陆生空心莲子草对本土植物多样性“先促进后抑制”的生态学效应存在于其整个入侵进程。CCA排序表明陆生空心莲子草群落物种随纬度升高逐渐由旱生、中生植物过渡到湿生植物,α物种多样性指数及Godron稳定性指数计算结果表明,随着纬度上升,空心莲子草入侵群落物种多样性及稳定性均呈现一定程度的下降趋势。3.水、陆两境空心莲子草群落对比调查表明,水生空心莲子草群落物种组成及结构类型相对简单,在4个α物种多样性指数(Patrick指数、Shannon指数、Simpson指数、Pielou指数)中,水生生境的Patrick丰富度指数、Shannon多样性指数均显著低于陆生生境,但其群落稳定性要高于陆生。水生空心莲子草入侵同样存在对本土植物多样性“先促进后抑制”的生态学效应。Pielou指数(物种分布均匀成度)对于空心莲子草入侵最为敏感,且水生群落多样性更容易遭受入侵威胁。水生生境中,空心莲子草的天敌昆虫-莲草直胸跳甲发生量随纬度升高显著增大,而陆生生境的莲草直胸跳甲发生量与纬度、氮素等因子之间无显著相关性。冗余分析(RDA)表明,氨态氮、硝态氮和纬度对陆生空心莲子草群落多样性及物种分布的影响较为明显,而制约水生空心莲子草群落多样性及物种分布的主要环境因子依次为经度、氨态氮和硝态氮。4.田间增温实验表明,当空心莲子草与本土物种马唐混播时,增温显著降低马唐地上生物量而有利于空心莲子草生物量积累,人工构建群落表明,空心莲子草生物量增长速率随伴生种丰富度增高而下降；施氮显著增加马唐生物量而抑制空心莲子草生物量积累,随着马唐相对密度的增大,氮素抑制入侵的效应更加剧烈；相对产量(RY)计算结果表明,增温有利于提升空心莲子草种间竞争能力,而施氮则相对提高马唐的种间竞争力；据此推测,在全球环境变化趋势下,气候变暖有利于陆生空心莲子草进一步入侵扩散,氮沉降则可能减缓其入侵进程。以上结果表明,纬度梯度及生境异质性显著影响空心莲子草的入侵态势、生态效应、入侵群落物种结构及生物多样性等特征。本研究对于预测全球环境变化背景下空心莲子草入侵态势及制定合理的防治管理措施具有重要参考意义。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(武汉植物园)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S451
，

本文编号：1278653