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《复旦大学》 2005年
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入侵植物凤眼莲克隆生长的营养控制及种群分布时空格局的研究

高雷  
【摘要】: 外来种的入侵及其所造成的危害已越来越成为人们日益关注的焦点。凤眼莲作为世界十大恶性入侵杂草之一,现已入侵了非洲、亚洲、北美洲、大洋州等4个大洲,至少62个国家和地区都受到了凤眼莲的危害。凤眼莲的入侵已经引起了一系列的生态、经济、社会问题:首先,它改变了当地水体生态系统的物理、化学环境,进而影响了水体生态系统的生物多样性,破坏了食物链、物质循环等生态过程的正常运行;其次,凤眼莲造成当地经济的重大损失,航运、渔业、水利等都受到了危害;再次,凤眼莲的入侵爆发也对当地居民饮水、健康等造成威胁。目前,对于凤眼莲的控制及其治理主要有物理的、化学的、生物的、以及综合治理4方面。利用天敌、病菌、以及化感等的生物控制被许多专家和学者推崇,同时,利用生物控制凤眼莲入侵也日益成为研究的热点。但是,综合目前对于风眼莲的认识和研究,仍然具有片面性,需要从生物特性、种群生态、生态系统等方面深入研究凤眼莲入侵机制。而利用生物控制风眼莲的研究和技术尚不完善,需要进行种间竞争、捕食及遗传变异等方面的探讨和研究。 通过温室培养及野外观察取样等方法,对凤眼莲克隆生长与氮、磷营养的关系进行了研究,结果表明:1)温室条件下,氮浓度范围为0.5mg/L—62.5mg/L、磷浓度范围为0.05mg/L—6.25mg/L培养凤眼莲,其分株数、活叶片数与氮、磷浓度呈显著正相关,凤眼莲能在所设定的氮磷浓度范围正常生长;但2)野外水体培养试验中,氮浓度范围为1.68±0.118mg/L—3.65±0.217 mg/L,磷为0.28±0.03 mg/L—0.43±0.08mg/L,凤眼莲在该范围内都能正常生长繁殖,产生的分株数无显著差异;同样,3)在上海不同河流取样调查表明,凤眼莲可在上海大多数水体内繁殖爆发,并且,其克隆生长与河流内有机质、氮、磷浓度无关;4)上海各行政区污水及污染物排放量均与该区凤眼莲的分布量无相关性,只与该区水面积相关。因此,在目前水质普遍富营养化的背景下,通过减少污染来控制凤眼莲是不能达到预期控制效果的,寻找凤眼莲克隆生长的限制因子是十分必要的。 不同养分浓度水平下,培养凤眼莲,并按照凤眼莲第一代分株与母株距离远近进行匍匐茎剪切处理,结果表明:1)剪切处理对母株产生的所有子代总分株数、叶片数、生物量等指标与对照均无显著差异,但培养试验中期剪切处理在低营养水平下,可促进凤眼莲增加子代克隆生长;2)剪切母株子株间匍匐茎后,明显导致母株产生的分株数、活叶片数、生物量显著增加,表明子株对分株具有抑制效应,剪切可解除抑制效应的传递;3)第一代子株在剪切处理后与对照比,叶片数、株高、根长等基本没显著差异,但在低营养水平下,剪切早期凤眼莲子株,可导致子株生物量、叶片数减低,表明凤眼莲子株对母株的抑制效应随着子株的生长而不断减小,并且当养分浓度低时,母株和子株间具有一定程度的生理整合性;4)低营养水平时,剪切匍匐茎后,母株根长显著高于对照,表现出消除抑制效应后对养分的可塑性变化。研究结果表明,凤眼莲在匀质水生环境下,子株对母株具有抑制其生长及克隆的效应,并趋向于断裂分株,从而促进分株扩散,占据更多生长空间。 通过对上海市各区县2002年凤眼莲种群分布现状及季节规律的研究,结果表明:1)凤眼莲在上海市各区县的分布极其不均,其中,与江、浙两省相接的嘉定、青浦、松江、金山4个区县危害最为严重;2)凤眼莲在不同宽度的河流中分布是不同的,河道较窄的村、镇级河流分布并定居生长有上海各区县80-90%的凤眼莲,而在较宽的航道内,凤眼莲通常能大规模漂移;3)河道内其它水生植物的分布与凤眼莲的定居生长爆发密切相关,这些植物主要为:喜旱莲子草(Alternathera philoceroides)、芦苇(Phragmites communis)、菰(Zizania latifolia)、牛筋草(Eleusine indica)、千金子(Leptochloa chinensis)等;4)凤眼莲在上海地区水体中可通过腋芽越冬,尽管越冬成活率极低,但由于凤眼莲迅速的克隆繁殖,很少存活的腋芽仍能导致次年凤眼莲的大规模爆发和泛滥;5)上海地区打捞凤眼莲的全年总量只相当于凤眼莲爆发季节在水体中的现存量,人为打捞不能有效控制凤眼莲的爆发。加强对中小河流的垃圾清理及岸边修葺可有效减少凤眼莲定居,选择冬春季节打捞风眼莲可起到事半功倍的效果。 利用ArcGIS软件对凤眼莲在上海地区的分布量与各行政区污水及污染物排放量的叠加图层表明,凤眼莲的分布与河流污染相关性不大,而与各区水面积具有较好的吻合性。凤眼莲在嘉定、青浦、松江和金山地区中小级河流内的分布较为密集,凤眼莲分布数量远高于其他水体。另外,该系统还输入了上海地区2002年用于打捞控制凤眼莲所投入的资金、人力、船只等信息,利用GIS信息平台对凤眼莲入侵、爆发及其控制等信息的高效管理作了初步尝试。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:Q948

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