加拿大一枝黄花生态适应机制研究

【摘要】：加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)属菊科(Asteraceae)一枝黄花属(Solidago)的多年生草本植物,原产自北美,是世界性恶性杂草。由于其特有的生物学和生态学特性,该外来植物会造成入侵地生物多样性的损失、严重的经济损失和景观破坏等一系列危害。本研究首先从不同入侵梯度的加拿大一枝黄花群落的物种种类以及密度调查开始,再进一步的开展了加拿大一枝黄花有性繁殖、无性繁殖、化感作用以及对土壤理化性质的影响等研究,旨在解释加拿大一枝黄花的入侵优势,为其防除提供一定的理论依据。1.加拿大一枝黄花不同入侵程度群落物种种类及物种密度调查：本研究采用样方法对加拿大一枝黄花不同入侵程度群落内的植物组成以及物种密度进行调查,分析了不同入侵梯度群落内的物种多样性指数。结果表明：(1)随着加拿大一枝黄花入侵程度增加,群落内植物种类及相对密度降低,在轻度入侵的群落中有21种植物,加拿大一枝黄花的相对密度为0.057；而在加拿大一枝黄花重度入侵地区,本土植物仅有6种,加拿大一枝黄花的相对密度高达0.690。(2)加拿大一枝黄花降低被入侵群落的物种多样性,在轻度入侵区域,群落的Shannon-Wenner多样性指数较大,为2.67+0.28,而重度入侵群落的Shannon-Wenner多样性指数仅为0.93+0.81,不同入侵程度的群落的物种多样性指数之间有显著性差异。2.通过对加拿大一枝黄花有性繁殖的研究表明：(1)加拿大一枝黄花不同部位花序产生的种子活力不同,位于花序主干下部的花序产生种子的千粒重比中部和上部种子的千粒重大,为50.41mg。加拿大一枝黄花的种子萌发率较高,其中下部种子平均萌发率最高,为65.8%,明显高于中部与上部种子的萌发率,各部分种子萌发率存在显著性差异(P=0.05)；(2)加拿大一枝黄花种子的平均萌发率和发芽指数分别为61.00%、20.23,蒲公英(Taraxacum mongolicum)和黄鹌菜(Youngia Japonica)2种菊科植物的萌发率分别为38.80%、51.00%,发芽指数依次为8.54、7.33。与这2种菊科植物相比,加拿大一枝黄花的种子的活力指数大,萌发率和发芽指数存在显著性差异。3.通过对加拿大一枝黄花无性生殖的研究表明：(1)人工剪除等人为能够促进加拿大一枝黄花地上茎的应激性繁殖策略,使其在剪除部位附近萌发生成新的克隆分支。随着加拿大一枝黄花地上茎剪除后剩余高度的增加,剪除部位新生分支数增加,割除后剩余高度为130cm时新生分支数为9.5个,其他割除干扰后新生分支数均在4个以上；(2)人工割除干扰引起加拿大一枝黄花生物量分配的变化,自然条件下,加拿大一枝黄花在根、茎、叶、花的分配分别为0.145、0.491、0.209和0.155,人工割除干扰后加拿大一枝黄花更多的向有性生殖器官投资,有性生殖器官的比例平均在0.21以上,在根、茎器官的生物量投资相应减少,人工割除前后的加拿大一枝黄花生物量分配有明显差异。(3)加拿大一枝黄花的根状茎具有较强的无性繁殖能力。随着埋藏深度的增加,加拿大一枝黄花根状茎片段的发芽数随之降低,且随着该物种根状茎的节数的减少,其发芽率在降低,含有3个节的根状茎片段的发芽数在深度为3cm与15cm的处理中的发芽数分别为7.2个和4.6个,而有1个节的根状茎片段在深度为3cm与15cm的处理中的发芽数分别为2.4和0个；随着埋藏深度的增加,加拿大一枝黄花根状茎的初始萌发天数随之升高,深度为3cm和15cm的处理中加拿大一枝黄花根状茎初始萌发分别为第6.4天和第30.2天。4、采用不同浓度的加拿大一枝黄花地上部分浸提液分别对番茄(Lycopersicon esculentum Mill)、特矮青(Brassica chinensis var chinensis)、黑麦草(Lolium perenne L.)种子萌发实验进行处理,分别测定不同种子的终萌发率和发芽指数以及种子萌发动态。研究结果表明：(1)加拿大一枝黄花的地上部分能够分泌某些化感物质,对其他植物产生影响；(2)不同浓度的加拿大一枝黄花水浸提液对3种种子均有不同程度的抑制作用,且浓度越高,抑制作用越强。5、对加拿大一枝黄花不同入侵梯度区域的土壤理化性质的的测定,结果表明：(1)随着加拿大一枝黄花入侵程度的加深,入侵地土壤含水量呈上升趋势,在重度入侵区域,土壤含水量为0.24,比未入侵地区增加了20%左右,证明加拿大一枝黄花的入侵可以提高土壤的持水能力；(2)加拿大一枝黄花的入侵降低了被入侵地区的土壤养分,进而抑制本土植物的生长和发育。6、对加拿大一枝黄花不同部位叶片的叶绿素相对含量以及光合作用日变化进行测定,结果表明：(1)不同部位叶片的叶绿素相对含量不同,中部叶片最高,其数值为37.29±0.884SPAD;(2)加拿大一枝黄花不同部位叶片的净光合速率日变化趋势不同,其中中部叶片的光合作用能力最高,其最高值达到21.176μmolCO_2·m-2·S-1,上部叶片与中部叶片的光合作用存在午休现象。下部叶片的净光合速率日变化曲线为单峰型,其光合作用能力较弱,最高值为16.688μmolCO_2·m-2·S-1。