收藏本站
《复旦大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

外来植物入侵对生态系统碳、氮循环的影响:案例研究与整合分析

廖成章  
【摘要】: 生物入侵是全球性的环境问题之一,对被入侵生态系统可能产生深刻的影响,因此生物入侵在生态系统水平上的后果吸引了越来越多生态学家的关注。尽管对外来植物入侵(简称为"植物入侵")影响生态系统碳、氮循环已进行了大量的研究,但是对其机制的了解还非常有限,尤其是缺乏全面和统一的认识。原产于北美东海岸的互花米草(Spartina alterniflora),是全球海岸带的一种外来入侵杂草。本研究以互花米草在长江口九段沙入侵海三棱藨草(Scirpusmariqueter)和芦苇(Phragmites australis)为建群种的湿地为例,探讨互花米草入侵对生态系统碳库和凋落物碳、氮循环的影响及其机制。此外,本研究还应用整合分析(meta-analysis)方法探讨了植物入侵对生态系统碳、氮循环影响的一般规律。 为了澄清互花米草的入侵是否改变生态系统的碳氮库大小,从2003年11月到2004年12月在野外测定了3种植物决定生态系统净初级生产的生理、生态特征,如生长季长度、叶面积指数和净光合作用速率、根系生物量等,以及决定生态系统碳释放的凋落物分解速率;同时还测定了分别以这3种植物为建群种的生态系统碳、氮库。结果表明,互花米草比土著植物海三棱藨草和芦苇有更长的生长季、更高的叶面积指数、更高的净光合作用速率、更大的根系生物量和更低的植物和凋落物氮浓度。就3种生态系统而言,其净初级生产量均都比凋落物分解所释放的碳量大。然而,互花米草生态系统碳的积累(净初级生产与凋落物分解之差)在3个所比较的生态系统中最大,为1.39kg m~(-2)year~(-1),分别是海三棱藨草和芦苇生态系统的660%和150%。2004年9月,互花米草生态系统的碳库为20.9kg m~(-2),分别是海三棱藨草和芦苇高22.7%和7.3%。同时,互花米草生态系统的氮库为699g m~(-2),高于海三棱藨草(597g m~(-2))和芦苇的氮库(578g m~(-2))。这些研究结果表明,互花米草入侵改变了被入侵生态系统的物种组成,导致了决定生态系统净初级生产和凋落物分解的植物生理、生态特征的变化,进而提高了被入侵生态系统的碳库。 从2003年11月到2004年12月,通过定期收集3个物种的空中、地表和地下的凋落物比较了凋落物库的大小,并采用凋落袋法在野外研究了茎、鞘、叶凋落物在空中、地表的分解,根系凋落物在地下的分解。结果表明,互花米草生态系统总凋落物(包括空中、地表和地下)的年平均值为1.99kg m~(-2),分别是海三棱藨草(0.57kg m~(-2))和芦苇生态系统(1.62 kg m~(-2))的250%和123%。互花米草生态系统的凋落物主要分布在空中(45%)和地下(48%),而分布在地表的凋落物仅占7%;海三棱藨草和芦苇凋落物则主要分布在地下(分别为85%和59%)。互花米草空中、地表和地下凋落物分解速率的平均值分别为0.80、1.69和1.15 year~(-1),分别是海三棱藨草相对应分解速率的45%、50%和61%,是芦苇相对应分解速率的140%、141%和77%。3种植物分解速率的差异主要由凋落物化学性质的差异所决定。互花米草茎和鞘凋落物氮含量在空中和地表分解过程中显著增加,其根凋落物氮含量也在地下分解过程中显著增加。而海三棱藨草和芦苇所有类型的凋落物在空中、地表和地下的分解过程中氮含量均显著降低。同时,互花米草秆和鞘凋落物氮浓度的升高具有普遍性,可能由腐生微生物固氮所引起。这些研究结果表明,互花米草的入侵改变了被入侵生态系统凋落物碳、氮循环过程,导致更多的氮进入被入侵生态系统。 为了探寻植物入侵对生态系统碳、氮循环影响的一般规律,本研究对106项不同研究所涉及生态系统碳、氮循环的19个参数进行了整合分析。这些参数包括植物和土壤的碳、氮库,凋落物碳库,植物根:冠比,凋落物和土壤的碳:氮比、地上净初级生产、凋落物分解速率、土壤氮的净矿化和硝化作用、植物氮的浓度、凋落物氮和木质素的浓度、土壤NH_4-~+和NO_3~-浓度。结果表明,被入侵生态系统中储存在植物和土壤的碳、氮库都显著高于土著生态系统相对应的碳、氮库,其升高的幅度范围为4%(土壤碳库)~110%(植物地上碳库)。相对于土著生态系统,被入侵生态系统的植物根:冠比、凋落物和土壤的碳:氮比分别降低了14%、20%和5%。被入侵生态系统的地上净初级生产、凋落物分解速率和土壤氮的净矿化和硝化速率分别是土著生态系统的1.41、1.63、1.43和1.91倍。被入侵生态系统的植物氮浓度、凋落物氮和木质素浓度、土壤的NH_4~+和NO_3~-浓度也分别比土著生态系统高43%、25%、12%和49%。木本植物的入侵比草本植物的入侵常常会对生态系统碳、氮循环产生更大的影响;而森林、草地和湿地生态系统的碳、氮循环对外来植物入侵的响应没有显著差异。所有这些变化表明,植物入侵深刻地影响着生态系统的物质循环功能。 上述的案例研究和整合分析均表明,植物入侵改变了生态系统碳、氮库和碳、氮流。被入侵生态系统物种组成的变化,引起决定生态系统碳、氮循环的植物生理、生态特征的变化,进而导致被入侵生态系统碳、氮库的改变。本研究结果进一步提高了我们对植物入侵影响生态系统功能的认识,为外来入侵植物的管理提供了理论依据。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:Q948

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 全为民;长江口盐沼湿地食物网的初步研究:稳定同位素分析[D];复旦大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 陈吉余,李道季,金文华;浦东国际机场东移与九段沙生态工程[J];中国工程科学;2001年04期
2 唐廷贵,张万钧;论中国海岸带大米草生态工程效益与“生态入侵”[J];中国工程科学;2003年03期
3 陈中义,李博,陈家宽;互花米草与海三棱藨草的生长特征和相对竞争能力[J];生物多样性;2005年02期
4 黄华梅,张利权,高占国;上海滩涂植被资源遥感分析[J];生态学报;2005年10期
5 梁霞;张利权;赵广琦;;芦苇与外来植物互花米草在不同CO_2浓度下的光合特性比较[J];生态学报;2006年03期
6 邓自发;安树青;智颖飙;周长芳;陈琳;赵聪蛟;方淑波;李红丽;;外来种互花米草入侵模式与爆发机制[J];生态学报;2006年08期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵磊;智颖飙;李红丽;安树青;邓自发;周长芳;;初始克隆分株数对大米草表型可塑性及生物量分配的影响[J];植物生态学报;2007年04期
2 郭弘艺;唐文乔;魏凯;胡雪莲;;中国鲚属鱼类的矢耳石形态特征[J];动物学杂志;2007年01期
3 安尼瓦尔·买买提;杨元合;郭兆迪;方精云;;新疆草地植被的地上生物量[J];北京大学学报(自然科学版);2006年04期
4 王清奎;汪思龙;冯宗炜;;杉木纯林与常绿阔叶林土壤活性有机碳库的比较[J];北京林业大学学报;2006年05期
5 马龙;刘闯;;MODIS在三江平原湿地分布研究中的应用[J];地理与地理信息科学;2006年03期
6 任书杰;曹明奎;陶波;李克让;;陆地生态系统氮状态对碳循环的限制作用研究进展[J];地理科学进展;2006年04期
7 杨世伦;杜景龙;郜昂;李鹏;李明;赵华云;;近半个世纪长江口九段沙湿地的冲淤演变[J];地理科学;2006年03期
8 梁仁君;林振山;陈玲玲;;不同迁移能力和竞争能力的集合种群竞争模式及其模拟[J];西北植物学报;2005年12期
9 陈模舜,柯世省;紫荆光合日进程及光响应[J];福建林业科技;2005年03期
10 常宗强;冯起;苏永红;吴雨霞;司建华;席海洋;;额济纳绿洲胡杨的光合特征及其对光强和CO_2浓度的响应[J];干旱区地理;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 林学政;王能飞;陈靠山;赵爱云;;中国外来海洋生物种类及其生态影响[A];中国海洋学会海洋生物工程专业委员会2005年学术年会论文集[C];2005年
2 安传光;赵云龙;林凌;吕敢堂;陈亚瞿;;长江口九段沙潮间带大型底栖动物季节分布特征的初步研究[A];2006年上海市动物学会学术年会论文集[C];2006年
3 李继红;杨世关;郑正;宋华民;孟卓;;互花米草厌氧发酵初步试验研究[A];第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2007年
4 张利权;王东辉;;上海九段沙互花米草种群扩散动态CA模型研究[A];中国水利学会2006学术年会论文集(滩涂利用与生态保护)[C];2006年
5 方超;周长芳;安树青;;互花米草入侵对海岸盐沼土壤性质的影响[A];中国生态学会2006学术年会论文荟萃[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冉炜;农业土壤中化肥氮的形态转化机理及其调控研究[D];南京农业大学;2000年
2 闫文德;樟树生理生态特性及其林分生物产量的研究[D];中南林学院;2003年
3 杨逢建;有害入侵植物飞机草入侵机理与控制研究[D];东北林业大学;2003年
4 陈中义;互花米草入侵国际重要湿地崇明东滩的生态后果[D];复旦大学;2004年
5 张丽霞;植物N:P计量化学:中国高等植物的分异规律与野外实验初步验证[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2003年
6 袁志友;农牧交错区主要植物的氮素利用效率[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2004年
7 张明如;太行山低山丘陵区植被恢复机理与构建模式[D];北京林业大学;2005年
8 杨洪建;FACE对水稻根系生育的影响及其与产量形成的关系[D];扬州大学;2005年
9 张修峰;长江口潮滩湿地底质对水体氮、磷营养盐含量的影响[D];华东师范大学;2005年
10 洪荣标;滨海湿地入侵植物的生态经济和生态安全管理[D];福建农林大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵平;上海市崇明东滩湿地生态恢复和重建工程中的生态学研究——以鸟类、植被和生态效益调查为例[D];华东师范大学;2004年
2 张秀娟;水曲柳落叶松细根分解与养分释放[D];东北林业大学;2004年
3 刘东霞;万木林主要群落凋落物的动态研究[D];福建农林大学;2004年
4 李贺鹏;崇明东滩潮滩湿地沉积物理化因子与胞外酶的研究[D];河北大学;2004年
5 王俊峰;三种入侵植物的它感作用和对光环境的适应[D];河北大学;2004年
6 耿显华;大气CO_2浓度升高对不同生活型水生植物的影响[D];武汉大学;2003年
7 徐雨晴;近50年来气候变化对我国树木物候的影响[D];北京林业大学;2004年
8 胡红兵;近150年来长江口第二、三代冲积岛浅滩演变特征分析和趋势预测[D];华东师范大学;2005年
9 乌日汗;额济纳胡杨光合和水分生理特性的研究[D];内蒙古农业大学;2005年
10 杨秀云;华北落叶松人工林细根生物量季节动态及空间分布格局[D];山西农业大学;2005年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈振楼,许世远,柳林,余佳,俞立中;上海滨岸潮滩沉积物重金属元素的空间分布与累积[J];地理学报;2000年06期
2 贾国东,钟佐燊;铁的环境地球化学综述[J];环境污染治理技术与设备;1999年05期
3 段桂兰;王利红;陈玉;徐玉新;孟祥燕;朱永官;;水稻砷污染健康风险与砷代谢机制的研究[J];农业环境科学学报;2007年02期
4 林以安,唐仁友,李炎;长江口絮凝聚沉特征与颗粒表面理化因素作用——Ⅱ颗粒表面性质对聚沉的作用[J];泥沙研究;1997年04期
5 刘文菊,朱永官;湿地植物根表的铁锰氧化物膜[J];生态学报;2005年02期
6 杨世伦,陈沈良,王兴放;长江口未来环境演变的若干影响因子及减灾对策[J];自然灾害学报;1997年04期
7 敬凯,唐仕敏,陈家宽,马志军;崇明东滩白头鹤的越冬生态[J];动物学杂志;2002年06期
8 周慧,仲阳康,赵平,葛振鸣,王天厚;崇明东滩冬季水鸟生态位分析[J];动物学杂志;2005年01期
9 袁兴中,陆健健;长江口潮滩湿地大型底栖动物群落的生态学特征[J];长江流域资源与环境;2002年05期
10 刘金海;黄必志;罗富成;;飞机草的危害及防治措施简介[J];草业科学;2006年10期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姚庆祯;痕量元素砷、硒在长江流域及河口的生物地球化学行为探讨[D];华东师范大学;2006年
2 张恩仁;长江口悬浮泥沙的吸附—解吸作用对元素固—液相态转化控制的研究[D];华东师范大学;2003年
3 毕春娟;长江口滨岸潮滩重金属环境生物地球化学研究[D];华东师范大学;2004年
4 侯立军;长江口滨岸潮滩营养盐环境地球化学过程及生态效应[D];华东师范大学;2004年
5 王东启;长江口滨岸潮滩沉积物反硝化作用及N_2O的排放和吸收[D];华东师范大学;2006年
6 刘杰;长江口潮滩无机氮界面交换研究[D];华东师范大学;2006年
7 欧冬妮;长江口滨岸多环芳烃(PAHs)多相分布特征与源解析研究[D];华东师范大学;2007年
8 刘启贞;长江口细颗粒泥沙絮凝主要影响因子及其环境效应研究[D];华东师范大学;2007年
9 袁兴中;河口潮滩湿地底栖动物群落的生态学研究[D];华东师范大学;2001年
10 陈中义;互花米草入侵国际重要湿地崇明东滩的生态后果[D];复旦大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 何小勤;长江口崇明东滩现代地貌过程研究[D];华东师范大学;2004年
2 张东;崇明东滩互花米草的无性扩散与相对竞争力[D];华东师范大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱慧芳;河口切变锋引起的滩槽泥沙交换效应[J];长江流域资源与环境;1995年01期
2 李九发,时伟荣,沈焕庭;长江河口最大浑浊带的泥沙特性和输移规律[J];地理研究;1994年01期
3 彭建,王仰麟;我国沿海滩涂景观生态初步研究[J];地理研究;2000年03期
4 叶庆华,田国良,刘高焕,叶景敏,娄维国;黄河三角洲新生湿地土地覆被演替图谱[J];地理研究;2004年02期
5 陈中义,李博,陈家宽;长江口崇明东滩土壤盐度和潮间带高程对外来种互花米草生长的影响[J];长江大学学报(自然科学版);2005年02期
6 彭少麟,向言词;植物外来种入侵及其对生态系统的影响[J];生态学报;1999年04期
7 唐承佳,陆健健;长江口九段沙植物群落研究[J];生态学报;2003年02期
8 吴彦琼,胡玉佳;外来植物南美蟛蜞菊、裂叶牵牛和五爪金龙的光合特性[J];生态学报;2004年10期
9 赵广琦,张利权,梁霞;芦苇与入侵植物互花米草的光合特性比较[J];生态学报;2005年07期
10 孙书存,朱旭斌,吕超群;外来种米草的生态功能评价与控制[J];生态学杂志;2004年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙炳寅,朱长生;互花米草(Spartina alterniflora)草场土壤微生物生态分布及某些酶活性的研究[J];生态学报;1989年03期
2 张晟途,钦佩,万树文;互花米草生态工程能值分析[J];南京大学学报(自然科学版);2000年05期
3 刘夏;芒果;;暴走的草 互花米草圈地崇明岛[J];新知客;2009年09期
4 肖强,郑海雷,陈瑶,黄伟滨,朱珠;盐度对互花米草生长及脯氨酸、可溶性糖和蛋白质含量的影响[J];生态学杂志;2005年04期
5 钦佩,马连琨,谢民,仲崇信;Fe、Cu、Mn、Zn在互花米草(spartina alterniflora)初级生产中的动态研究[J];生态学报;1993年01期
6 张馥桂;生物工程在海岸防护、促淤应用的简介[J];海洋工程;1994年02期
7 沈永明,刘咏梅,陈全站;互花米草盐沼土壤有机质分布特征[J];海洋通报;2003年06期
8 陈中义,付萃长,王海毅,李博,吴纪华,陈家宽;互花米草入侵东滩盐沼对大型底栖无脊椎动物群落的影响[J];湿地科学;2005年01期
9 陈中义,李博,陈家宽;长江口崇明东滩土壤盐度和潮间带高程对外来种互花米草生长的影响[J];长江大学学报(自然科学版);2005年02期
10 孙飒梅;三都湾互花米草的遥感监测[J];台湾海峡;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 葛宝明;鲍毅新;程宏毅;胡知渊;张代臻;;滩涂互花米草不同入侵阶段对大型底栖动物群落的影响[A];第七届全国野生动物生态与资源保护学术研讨会论文摘要集[C];2011年
2 尤民生;;福建省水葫芦和互花米草的危害、控制及研究现状[A];生物入侵与生态安全——“第一届全国生物入侵学术研讨会”论文摘要集[C];2007年
3 张宜辉;王文卿;;中国红树林区互花米草入侵状况[A];第二届全国生物入侵学术研讨会论文摘要集[C];2008年
4 张宜辉;黄冠闽;方清;王文卿;陈鹭真;林光辉;;红树林和互花米草相互作用对环境变化的响应[A];中国第五届红树林学术会议论文摘要集[C];2011年
5 杨翼;彭容豪;齐飞;林光辉;;互花米草对漳江口红树林生态系统沉积物无机氮库的影响研究[A];中国第五届红树林学术会议论文摘要集[C];2011年
6 高雪芹;刘艳军;涂志刚;王文卿;王瑁;;云霄红树林区互花米草群落与其他几种生境中蟹洞形态的比较[A];中国第五届红树林学术会议论文摘要集[C];2011年
7 吴纪华;陈慧丽;;外来植物互花米草对土壤线虫群落的影响及其机制[A];第四次全国土壤生物和生物化学学术研讨会论文集[C];2007年
8 陈本清;杨燕明;许德伟;;泉州湾互花米草分布遥感研究[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
9 张林海;曾从盛;仝川;;闽江河口主要湿地植物生物量季节动态研究[A];中国地理学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
10 王晓辉;邹欣庆;;互花米草潮滩湿地生态服务功能及价值评估——以王港潮滩为例[A];中国地理学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李国江 张锡贤 张国光;互花米草危害加剧 莱州急需防治技术[N];中国渔业报;2005年
2 本报记者 陈瑜;东滩湿地:互花米草退还芦苇“地盘”[N];科技日报;2010年
3 周华;北部湾面临互花米草泛滥[N];中国渔业报;2011年
4 杨小英;互花米草疯长侵袭海滩[N];北海日报;2011年
5 本报记者 符王润 通讯员 周飞;疯长的小草[N];广东科技报;2011年
6 记者 董立万通讯员 杨瑛;互花米草生死去留再起争议[N];中国海洋报;2008年
7 记者 刘芃;互花米草并非生物多样性的“克星”[N];上海科技报;2009年
8 徐瑞哲;“互花米草”或能造纸发电[N];解放日报;2008年
9 夏勇;外来入侵物种互花米草有望化害为利[N];中国绿色时报;2009年
10 实习生 申会娜记者 王春;上海破解“霸道植物”入侵难题[N];科技日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖德荣;长江河口盐沼湿地外来物种互花米草扩散方式与机理研究[D];华东师范大学;2010年
2 彭容豪;互花米草对河口盐沼生态系统氮循环的影响[D];复旦大学;2009年
3 廖成章;外来植物入侵对生态系统碳、氮循环的影响:案例研究与整合分析[D];复旦大学;2007年
4 王晓燕;互花米草基因型多样性对入侵能力及生态系统功能的影响[D];华东师范大学;2011年
5 陈中义;互花米草入侵国际重要湿地崇明东滩的生态后果[D];复旦大学;2004年
6 李贺鹏;外来入侵植物互花米草控制的生态学研究[D];华东师范大学;2007年
7 王睿照;互花米草入侵对崇明东滩盐沼底栖动物群落的影响[D];华东师范大学;2010年
8 李瑞利;两种典型盐生植物耐盐机理及应用耐盐植物改良盐渍土研究[D];南开大学;2010年
9 范学忠;崇明东滩基于生态系统的海岸带管理[D];华东师范大学;2011年
10 李加林;杭州湾南岸滨海平原土地利用/覆被变化研究[D];南京师范大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王君;互花米草危害福建的风险分析与生态经济损失评估[D];福建农林大学;2010年
2 祝振昌;崇明东滩互花米草扩散格局及其影响因素研究[D];华东师范大学;2011年
3 章莹;中国沿海滩涂入侵物种互花米草(Spartina alterniflora)的空间分布及生物质能估测研究[D];浙江大学;2010年
4 徐伟伟;苏北海滨湿地互花米草(Spartina alterniflora)扩张能力研究[D];南京师范大学;2011年
5 陈正勇;互花米草与江苏海滨土著植物相对竞争力研究[D];南京师范大学;2011年
6 赵美霞;崇明东滩湿地芦苇和互花米草N、P养分利用策略的生态化学计量学研究[D];华东师范大学;2012年
7 吕媛媛;崇明东滩湿地芦苇和互花米草非结构性碳水化合物含量的时空动态特征[D];华东师范大学;2012年
8 雍石泉;3种红树植物幼苗对低温胁迫和互花米草水浸液化感作用的响应[D];福建师范大学;2012年
9 罗艳;互花米草沼渣二次发酵特性研究[D];南京大学;2011年
10 潘秀;镉、锌及其交互作用对互花米草中重金属的积累、转运及亚细胞分布影响的研究[D];南开大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026