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《武汉大学》 2003年
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外来入侵种凤眼莲(Eichhornia crassipes)的营养生态学研究

谢永宏  
【摘要】:近年来由于生态环境恶化及地表水体的富营养化,我国南方的湖泊与河流中普遍发生外来种凤眼莲(Eichhornia crassipes(Mart.) Solms)大量繁殖覆盖水面,改变水体环境使乡土种植物死亡,破坏水生生态系统结构,降低生物多样性,最终使使湖泊湿地的价值受到直接影响。凤眼莲产生有害影响与其快速繁殖与扩散的生物学特性紧密相关。据研究表明该植物为C_2植物,但其生长速率比C_4植物还高。仅从光合效率的角度是难以对这一现象进行解释的,而植物的实际光合效率与其它资源(如营养)能否充分供给有着密切关系。因此,本研究拟以植物所需的大量元素N和P为对象,通过系统的室内和野外实验以阐明营养对凤眼莲生长繁殖的影响及其机理,揭示凤眼莲高生长繁殖速率的营养生理生态学机制,探求低营养环境下凤眼莲的适应对策。结果表明: 环境中营养水平对凤眼莲的生长繁殖有明显影响。无论从植物总分株数、各级分株数及各组织的生物量来看,营养水平越高,生长繁殖越快。营养水平影响着植物的生物量分配,高营养条件下,植物分配更多的生物量到叶部,低营养时有更多的生物量被分配到根部。协方差分析表明这种生物量分配变化是一种可塑性反应,在一定程度上提高了植物对外界环境的适应能力;营养水平梯度升高对凤眼莲的生长繁殖有着明显的促进作用,并有利于对营养的吸收利用。值得注意的是,在该条件下,植物地下/地上生物量在实验期间随营养水平的升高而不断下降,表现出明显的可塑性变化。此外,对该条件下的资源(生物量、N、P)分配比的分析表明生物量和N在各组织的相对分配比率不受实验处理影响,但P分配比在不同处理间存在显著性差异,预示着P是本实验中凤眼莲生长的限制性资源。 在同一P营养水平下,凤眼莲的相对生长速率(RGR)和单位根重 (鲜重)的磷吸收速率(以R)明显高于同生活型乡土种植物水鳖 (功价口c儿aris dubia)的,但凤眼莲各组织和总的P浓度却比水鳖的低。 进一步的研究表明,在相同的P水平下凤眼莲单位根重(鲜重)的总表 面积、活跃表面积和比表面积比水鳖的高,但活跃表面积百分比比水鳖 的低。凤眼莲较大的根表面积保证了其高营养吸收速率,而较高的营养 吸收速率和较低的植物营养浓度为其快速生长繁殖奠定了营养基础。从 生物量分配上而言,凤眼莲分配到根系生物量的相对比率比水鳖的高, 水鳖的主要在冠部,表现出两物种在资源利用策略上的不同。加强营养 吸收有利于凤眼莲适应水体环境、保证高生长速率。P水平对两物种的P 吸收效率(PAE)和P利用效率(PUE)有明显影响,随外界营养水平 的升高而降低。与水鳖相比,凤眼莲的PAE和PUE要高些,可见凤眼 莲对环境中的营养利用得更为充分并能有效地将吸收的营养转化成物质 生产。 营养供给水平对凤眼莲根系形态学特征产生了明显影响。在低营养 条件下凤眼莲侧根变得更长、更细,侧根密度变得更大,致使特殊根长 (sRL)和特殊根面积(sRA)明显增大。当P供给水平由4.89/mZ/年下 降为0.69/mZ/年时,由侧根组成的植物根系总表面积由91 .5%增加为 99.8%,可见低P条件时因侧根形态学变化极大地增加了根系与水体的接 触面积。虽然高营养条件时凤眼莲累积的植物总P呈线性上升,但低营 养条件时的却不随时间而变化,说明在低营养条件下凤眼莲可通过植物 体内的营养再分配部分满足生长需求。在梁子湖,凤眼莲的N、P浓度 在各组织中很快达到恒定水平,与东湖的相比,其营养浓度要低得多。 在这种低营养环境中,枯萎叶片中的营养浓度在不同时期没有明显差异, 与生活叶P浓度差异不是很大,主要原因可能是该条件下凤眼莲廿十片过 早凋谢营养来不及充分回收转运造成的。此外,单株重随时间而不断下 降。因此,凤眼莲在低营养条件下维持生命的营养机理在于增加根系表 面积以增强营养吸收能力和较低的维持营养浓度,而不是增加营养回收 效率。 凤眼莲在东湖7、8、9月份生长最快,但最大生物量累积值在11月 份,12月份因霜冻而使叶和叶柄生物量明显下降。各个时期的枯萎叶片 中的营养浓度没有明显差异,但12月份的明显偏高,说明凤眼莲没有象 其它落叶植物一样适应于亚热带气候条件。从不同时期枯萎叶和生活叶 营养浓度的比值来看,东湖的差异明显,说明凤眼莲在高营养条件下不 仅具有高营养获取速率,而且选择了高营养回收效率来保护营养以免损 失。
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