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《沈阳农业大学》 2017年
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外来入侵植物与伴生非入侵植物叶片功能性状比较研究

刘明超  
【摘要】:随着人类活动的增加,外来植物入侵不断加剧,并给自然生态系统和社会经济造成严重的威胁。了解外来入侵植物的入侵性是控制和管理外来入侵植物的重要理论基础。将外来入侵植物与伴生非入侵植物(本地和外来非入侵)叶片功能性状进行对比分析是阐述外来入侵植物入侵性的有效手段。生长、防御以及凋落物分解与外来植物的入侵性密切相关,而目前相关的研究多局限于少数物种的比较,在野外生境下的研究相对较少,导致研究结果不具有普遍性。为了得到较为普遍的研究结论,有必要进行多物种和多区域的比较研究。本文利用Meta-分析的统计方法,以成对物种比较法比较了入侵中国从西南(西双版纳)到东北(哈尔滨)10个地点的外来入侵植物与伴生非入侵植物(本地和外来非入侵)叶片防御(52对物种)、生长(173对物种)和分解(147对物种)相关性状的差异。主要结果如下:1.外来入侵植物叶片物理防御性状,如总纤维素、纤维素、半纤维素、木质素、叶片组织密度和韧度均显著低于本地植物,而与外来非入侵植物差异不显著。化学防御性状(总酚含量)外来入侵植物与本地植物和外来非入侵植物差异都不显著。外来入侵植物较低的物理防御物质含量与摆脱专性天敌的取食压力有关,专性天敌的选择压力降低(天敌逃逸)导致外来入侵植物的物理防御投入减少,因此,可能会增加光合产物向生长和繁殖的分配,有利于提高其竞争能力,促进入侵。2.外来入侵植物叶片氮含量(Nm)、气孔导度(Gs)、光饱和光合速率(Pmax)、光合能量(PEUE)、氮(PNUE)和磷利用效率(PPUE)显著高于本地植物,碳氮比(C:N)和叶片建成成本偿还时间(PT)显著低于本地植物,与外来非入侵植物差异都不显著。叶片建成成本(CC)外来入侵植物与本地植物差异不显著,但显著高于外来非入侵植物。标准化的主轴回归分析(SMA)表明,Pmax、PEUE分别与Nm和Gs显著正相关,外来入侵植物与非入侵植物沿相同斜率的变化差异显著,并且外来入侵植物分布在数值较高的一端,表明外来入侵植物较高的Nm和Gs促进其较高的Pmax。较高的Pmax在相似的CC下导致较高的PEUE和低的PT,有利于入侵。外来入侵植物在相同的Nm下,Pmax显著高于非入侵植物,表明外来入侵植物具有较高的PNUE,与meta-分析结果一致。3.外来入侵植物叶片分解速率(Loss)显著高于本地植物,与外来非入侵植物差异不显著。SMA回归分析表明,外来入侵植物和非入侵植物Loss分别与Nm和PEUE都呈显著的正相关关系。外来入侵植物与非入侵植物在Loss与Nm和PEUE的SMA回归中沿相同斜率的变化差显著,并且外来入侵植物沿相同的斜率分布在数值较高的一端。结果表明,较高的Nm不仅提高外来入侵植物的Pmax,也促进其较快的Loss。较快的Loss有利于提高土壤养分的可利用性,促进外来入侵植物对养分的吸收利用,进而促进入侵。总之,外来入侵植物较低的物理防御投入(低的木质素、纤维素和半纤维等)可增加光合产物向生长繁殖的分配,提高其竞争能力。外来入侵植物较低的防御投入也能够增加叶片养分资源(如氮)向光合作用的分配,提高养分资源的利用效率(如高的PNUE)。外来入侵植物高的资源利用效率和高的资源捕获能力(高的Nm)促进其高的光合速率。高的光合速率在相似的叶片建成成本下导致外来入侵植物较高的光合能量利用效率和低的建成成本偿还时间,积累更多的光合产物投入生长繁殖,促进入侵。另外,外来入侵植物较低的防御物质含量和较高的叶片氮含量导致其较高的凋落叶分解速率(Loss),促进外来入侵植物对养分的循环利用,进一步促进入侵。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q948

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