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南四湖主要入湖河流空心莲子草的分布与环境因子的关系

陈小翠  
【摘要】:生物入侵因其巨大的危害和潜在风险引起了生态学界的广泛关注,受人类活动和全球变化的影响生物入侵的危害可能会进一步加剧。空心莲子草(Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb.)是世界性的恶性入侵植物,也是在我国造成严重危害的16种外来入侵物种之一。南四湖是中国北方最大的淡水湖,也是受空心莲子草入侵较为严重的湖泊之一,为本研究提供良好的研究条件。研究空心莲子草在南四湖的分布及影响其分布的环境因子不但能为其控制提供科学依据,而且对揭示影响入侵植物分布的因子具有意义。通过连续3年的野外调查,研究南四湖7条主要河流空心莲子草的分布情况,通过研究不同入侵程度的河流沿岸空心莲子草分布情况在宏观上探讨影响入侵的主要环境因子。同时,研究入侵对土壤pH、土壤有机质等理化性质的影响,入侵与土壤微生物群落结构的关系,研究不同入侵程度和不同湿地类型对土壤微生物群落组成结构的影响,以求在微观上理清入侵植物与相关环境因子及土壤微生物的关系。为此本研究选取南四湖地区新薛河、新薛河湿地及十字河分别选取有空心莲子草入侵和没有空心莲子草入侵的样点,采集空心莲子草的根和附近土壤,研究其根内生菌和土壤微生物的群落多样性和结构,分别比较空心莲子草对土壤微生物群落多样性及结构造成的影响。野外调查结果显示,7条入湖河流中都有空心莲子草的分布,但分布情况却各有不同,不同的年份同一河流也有显著变化。其中水流速度和水位很可能是影响其分布的重要环境因子。水流一方面为入侵提供便利的条件,但流速过快则不利于空心莲子草在河流沿岸定植,继而阻碍了其入侵。非规律性的调水对湖泊生态系统的扰动作用可能会破坏湖滨带和河岸带植被的多样性和分布。研究发现,生物入侵对环境因子的响应因不同尺度而不同。对空心莲子草的分布与土壤理化性质之间相互作用的研究结果表明,空心莲子草盖度与河岸土壤有机碳水平成正相关关系,与土壤pH值和植物根碳氮比成负相关关系,入侵程度较高的河流中有机碳的含量要高于入侵程度低的河流,但在入侵程度相同的河流中,入侵点与非入侵点的有机碳含量并没有显著差异。土壤pH值与空心莲子草的盖度、土壤有机碳和土壤总氮三者呈负相关关系。土壤相关性质可能只在河流等大尺度上影响空心莲子草的分布,在小尺度上并没有显著的影响。对于土壤有机碳含量高,土壤总氮和土壤pH值低的河流应该做好对空心莲子草入侵的预防工作。选择合适的研究尺度对于生物入侵规律的揭示非常重要,应根据不同的研究目的来选择相应的研究尺度。空心莲子草与土壤微生物群落多样性及结构的关系研究显示,植物入侵和湿地类型都会对土壤微生物群落产生显著的影响。总的来说,入侵点的微生物群落多样性要高于非入侵点,Chao 1和ACE指数(Abundance-based Coverage Estimator)接近说明两者的群落丰富度接近。入侵点的微生物群落多样性高于非入侵点,然而在不同的湿地类型中,微生物群落多样性表现并不一致,在非入侵点中人工湿地的高于河流湿地的,而入侵点中恰好相反。人工湿地中入侵点拟杆菌的相对丰度更高,而非入侵点中变形菌的相对丰度更高。入侵使土壤中有更高的氮周转率,本研究中硝化螺旋菌门在人工湿地中的丰度高于河流湿地,但与入侵并不相关,且较少分布在植物的根内,说明与硝化螺旋菌门相关的固氮作用可能主要发生在土壤中。空心莲子草根内生菌群落的物种丰度和多样性都显著小于土壤中的物种丰度和多样性。某些根内生菌中的优势菌并非土壤中的优势菌,如蓝细菌门;而某些土壤中的优势菌,在空心莲子草的根内,数量也并不丰富,如硝化螺旋菌门。这些有差异的门类可能与氮元素的利用有密切的联系。根内生菌群落与土壤微生物群落明显分为两个不一样的群落。不同样点之间根内生菌群落的差异要大于土壤微生物群落的差异。综上所述,本研究通过野外调查结合实验室分析发现,在野外空心莲子草分布受水流和水位影响较大;其盖度还与河流土壤有机碳含量,总氮和pH值显著相关,土壤有机碳含量高、土壤总氮低、土壤pH值低的河流应该着重做好对空心莲子草入侵的防控工作;空心莲子草入侵在河流尺度上对土壤性质的影响比较显著:入侵点的微生物群落多样性要高于非入侵点,植物入侵和湿地类型都会对土壤微生物群落产生显著的影响。空心莲子草根内生菌群落的物种丰度和多样性都显著小于土壤中的物种丰度和多样性,且根内生菌中的优势菌并非土壤中的优势菌。本研究对于理解入侵植物与环境因子的相互作用具有重要意义。


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