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刈割、淹水及芦苇替代综合控制互花米草的生态学机理研究

唐龙  
【摘要】: 生物入侵是当前全球最棘手的三大环境问题之一。其中,外来植物入侵已经造成了严重的生态、经济和社会后果,人们迫切希望找到能有效控制入侵植物,包括治理入侵植物和恢复受损生态系统的高效、经济且环境友好的方法。本研究以互花米草(入侵植物)以及芦苇(土著植物)为例,在上海崇明东滩盐沼开展了为期3年的野外实验和受控实验,探讨了刈割、淹水和芦苇替代综合途径治理互花米草,恢复土著种芦苇的可行性及其相关的生态学机制,同时研究了入侵植物控制过程中的生境依赖性问题,旨在为该入侵种的有效治理提供科学依据。本研究得出的主要结论如下: (一)崇明东滩的生境有较大的空间异质性。在不同区域,持续淹水时间与土壤孔隙水盐度差异较大,这种差异能引起刈割互花米草的治理效率和种植芦苇的恢复效率随生境的异质性而发生变化。互花米草刈割当年的治理效率与第二年的持续效果随着持续淹水时间的延长而提高,且持续效果随盐度的降低而提高;种植芦苇当年与第二年的生长状况随盐度的降低而得到改善,且第二年的生长随着持续淹水时间的延长而得到促进,说明入侵植物控制效率存在生境依赖性。 (二)持续淹水时间是决定刈割互花米草再生长能力的关键环境因子。淹水造成的缺氧胁迫,导致刈割互花米草根系有氧呼吸关键酶葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性随着淹水时间的延长而降低直至完全失活,而在此过程中无氧呼吸的两种关键酶乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的活性同样逐渐降低直至失活,最终表现为互花米草根系完全失去活力。这说明刈割法治理互花米草效率的生境依赖性源自互花米草再生长能力对淹水时间的响应。随着淹水持续时间的延长,被刈割互花米草的再生长受到抑制,达到一定程度,将导致刈割互花米草死亡,因此,刈割法适用于低潮区或长期淹水的区域,而短淹水区域则应该寻找其它治理措施,或依据入侵斑块的淹水时间适当地调整刈割策略,有条件的地区可以采取相应的工程措施局部改变淹水时间,以提高入侵区域互花米草治理的整体效率。 (三)土壤孔隙水盐度是决定芦苇生长的重要环境因子。芦苇的净光合作用速率、蒸腾速率以及气孔导度对盐度非常敏感,并随着盐度的增加而降低;而入侵植物互花米草的净光合作用速率与蒸腾速率等在整个生长旺盛期可在不同盐度环境中保持较高的水平。导致这种差异的原因是互花米草不仅能够将钠离子排除在主要的生理过程之外,同时随着盐度的升高,该入侵植物可以将影响光合作用与蒸腾的镁离子与促进光合与蒸腾的钾离子维持在基本恒定的水平。这不仅降低了钠离子的毒害,同时还在较大的盐度范围内保证了生产、运输等生理过程的活性。相反,随盐度升高而浓度显著增加的钠离子直接影响了芦苇的蒸腾等生理过程,且体内可促进光合及蒸腾作用的镁离子与钾离子的浓度随盐度的升高而降低。这不仅导致了盐离子对芦苇的毒害,而且使得其生产、运输等生理活动随着盐度的升高而降低:当盐度超过8ppt,芦苇将在与互花米草的竞争中处于劣势;当盐度超过10ppt,芦苇不能有效地完成有性繁殖;当而盐度超过15ppt,种植芦苇分株死亡率达到50%;而互花米草的生长、繁殖以及根茎贮藏状况则可在模拟实验涉及的0~20ppt盐度范围内保持着良好的表现。这些说明只有在生境盐度保持在8ppt以下时,才有可能恢复芦苇群落。因而,建议在盐度较低的区域以芦苇为主要的恢复目标种,而盐度较高区域的恢复目标种,则应在更为耐盐的土著植物中选取,或者采取必要的措施适当的降低恢复区域的盐度,以提高入侵区域恢复的整体效率。同时,互花米草可在盐度较大的范围内,保持着较强的再入侵力,因而在土著植被恢复的过程中,适时监测并采取补救性治理措施是必要的。 需要指出的是,本研究仅以刈割法为物理措施的代表研究了治理效率的生境依赖性,为了更全面地认识入侵植物治理效应的生境依赖性,化学法、生物控制法以及综合控制法治理效率的生境依赖性及其机制仍值得进一步研究;另一方面,虽然本研究仅以种植芦苇的方式研究了土著植物恢复效率的生境依赖性,但是恢复实践中还应该考虑生态系统要素、结构以及功能恢复的生境依赖性。


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