外来植物小飞蓬入侵生物学研究

论文摘要

小飞蓬（Conyza canadensis）为菊科越年生或一年生草本植物,原产北美洲,目前在我国广泛分布,已成为一种常见入侵植物。为了揭示该外来入侵植物种群蔓延的生态学途径,进而对该种进行有效的综合管理提供基础的科学依据,我们在室内以及野外自然条件下,开展了该种的种子生物学、化感作用、根系形态学、种群和群落生态学、空间地理分布等方面的工作,主要研究结果如下:1、为了解小飞蓬种子生物学以及传播特性,计测了小飞蓬以及同属杂草野塘蒿的单株种子产量,并通过室内萌发实验研究了不同温度、pH、盐浓度对种子萌发和幼苗生长的影响。实验结果显示:①小飞蓬和野塘蒿种子的单株产量分别可达400,000和1,000,000粒,种子的平均千粒重为0.02 g0.03 g,种子含水量在32%45%;②适宜条件下两者有90%的成熟种子能萌发。小飞蓬的出苗时间要快于野塘蒿,一般2天后出苗,第2d8d种子萌发进入高峰期;③小飞蓬种子萌发最佳温度条件为20℃25℃,并且偏适生于中性环境,但是也能够较好地适应于pH 410的环境;相对于野塘蒿,盐离子浓度在不高于0.09 mol·L-1条件下,小飞蓬种子有较好的耐盐性。以上结果表明小飞蓬对于异质环境具有较强的适应能力,这导致了其在中国比野塘蒿具有更广泛的分布范围。2、测定了小飞蓬根、茎、叶水浸提液对四种受体作物白菜、番茄、黄瓜和萝卜种子萌发、苗高和根长的影响;采用有机溶液提取法提取小飞蓬地上和地下部分化感物质粗提物,并进行了GC-MS分析。结果表明:①小飞蓬不同器官提取液的化感效应强度不一致,叶的提取液化感效应最为明显;②小飞蓬根、茎、叶水提液对作物的种子萌发、幼苗伸长、根长表现出明显的抑制作用,这种抑制作用随着水提液浓度的提高而增强;③小飞蓬叶的水提液对部分作物的种子萌发、幼苗伸长表现出低促高抑的“激素”样作用特点;④小飞蓬地上部分和地下部分粗提物经GC-MS分析共鉴定出包括酸、酚、醇、醛、酮、酯、萜等在内的44种化合物,其中酸、酚、酮、萜类是主要的成分。3、应用EPSON V7000根系扫描仪及配套的WinRHIZO根系统分析软件分析了小飞蓬地下形态指标。分析结果显示:①小飞蓬根系在57月份快速增长,盛花期达到顶峰,9、10月份基本达到稳定;②伴随着植株高度不断增加,小飞蓬地下根系各形态指标均有不同程度的增大;③小飞蓬地上部分形态指标（叶长、叶宽、叶数、地上干重和地下干重）和地下部分形态指标（根系总长度、投影面积、表面积、平均直径、总体积、根尖数、分岔数、交叉数、节结数）均明显受制于种群密度,并且不同直径等级的根部形态受到种群密度制约强度是不同的,其中对根系直径在01.0mm大小等级的根系形态影响最大。4、野外调查了长江三角洲及邻近地区共498个样地,共记录有421种草本植物。计测了它们的生态重要值、生态位宽度以及与小飞蓬的生态位重叠值;应用典范对应分析方法,分析了样地中植物分布与环境因子之间的关系。结果表明:①498个样地中总生态重要值排在前10位的均为杂草,小飞蓬排在第9位,略小于加拿大一枝黄花、猪殃殃、大巢菜、葎草、野塘蒿、野老鹳草、刺果毛茛和泽漆;②生态位最宽的10种杂草为猪殃殃、野塘蒿、大巢菜、野老鹳草、刺果毛茛、小飞蓬、加拿大一枝黄花、葎草、波斯婆婆纳、泽漆,这些杂草适应环境能力和生存能力都非常强,是长三角地区的主要入侵性植物;③与小飞蓬生态位重叠最大的前20种植物中,有一半是菊科植物,其中最大的为野塘蒿,说明小飞蓬与这些植物对资源的利用或生存分布所需的环境条件有较大相似性,在相同环境条件下竞争更为激烈,典范对应分析的结果也印证了这个结论;④生态重要值与人为干扰强度间相关性分析表明,狗尾草、牛筋草、马唐、加拿大一枝黄花、钻形紫菀、苍耳、小飞蓬、光头稗、山莴苣、斑地锦等杂草最适合分布于人为干扰环境,说明这些杂草的入侵性较强。5、收集了我国74个地理单位282种外来入侵植物的分布和环境数据,应用除趋势对应分析、典范对应分析方法,探讨了小飞蓬以及我国境内其他入侵植物区系组成、地理分布格局及其影响因素。发现:①在我国74个地区中,出现频率最高的外来入侵种是小飞蓬（0.86）、刺苋（0.65）、一年蓬（0.65）、空心莲子草（0.57）、土荆芥（0.57）、圆叶牵牛（0.54）、曼陀罗（0.53）、皱果苋（0.51）、裂叶牵牛（0.51）、反枝苋（0.50）等;②根据外来入侵种的空间分布特点我国可以分成三个区域:热带-南亚热带区域,其中出现频率最高的前10种入侵植物是马缨丹、含羞草、胜红蓟、刺苋、小飞蓬、飞扬草、五爪金龙、空心莲子草、三叶鬼针草和金腰箭;中亚热带和北亚热带区域,出现频率最高的入侵种是一年蓬、小飞蓬、刺苋、土荆芥、北美独行菜、美洲商陆、牛筋草、紫茉莉、空心莲子草和三叶鬼针草;温带区域,出现频率最高的是反枝苋、小飞蓬、圆叶牵牛、一年蓬、野西瓜苗、杂配藜、苦苣菜、野燕麦、曼陀罗和皱果苋。可见小飞蓬在三个区域内均有广泛分布;③年降雨量、年均温度、年极端低温、无霜期和年均积温是影响我国外来入侵种空间分布格局的主要气象因素,年极端高温和年日照时数的影响相对较小;人口密度和交通密度对入侵种的地理分布也均有很大的影响;④典范对应分析表明,小飞蓬与皱果苋、一年蓬、圆叶牵牛、婆婆纳、曼陀罗、洋金花、野胡萝卜、美洲商陆、凤眼莲、阿拉伯婆婆纳等外来入侵植物在我国有相似的地理分布格局以及相近的分布所需环境条件。综上所述,小飞蓬由于其强大的有性繁殖能力、较广泛的生境范围、具有明显的化学他感潜力、较强的根系可塑性,为其成功入侵提供了重要的生物学基础,通过生态重要值、生态位宽度和重叠值、对人为干扰环境的适应能力以及大范围空间分布格局的比较,均说明小飞蓬是现有我国境内入侵植物中最为重要的种类之一,今后应该重视对这一重要外来入侵植物的综合管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 外来入侵种概念及我国外来入侵现状
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 生物入侵、外来种、入侵种的概念
• 1.1.3 我国境内外来植物入侵现状
• 1.2 外来入侵种研究概况
• 1.2.1 外来入侵植物种子生物学特性
• 1.2.2 化感作用
• 1.2.3 光合生理
• 1.2.4 根系形态
• 1.3 小飞蓬以及近缘种研究概况
• 1.3.1 我国境内白酒草属植物概况
• 1.3.2 小飞蓬研究概况
• 1.3.2.1 小飞蓬形态学特征
• 1.3.2.2 小飞蓬的分布以及危害情况
• 1.3.2.3 小飞蓬国内外研究概况
• 1.4 本论文研究目的与意义
• 第二章 小飞蓬种子生物学研究
• 2.1 研究材料与方法
• 2.1.1 种子的采集和储存
• 2.1.2 种子千粒重、单个植株种子产量
• 2.1.3 不同环境条件对种子萌发的影响
• 2.1.3.1 种子萌发实验
• 2.1.3.2 不同温度对种子萌发的影响
• 2.1.3.3 不同 P H 值对种子萌发的影响
• 2.1.3.4 不同盐浓度对种子萌发的影响
• 2.2 数据分析
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 种子千粒重、单个植株种子产量
• 2.3.2 不同环境因素对种子萌发的影响
• 2.3.2.1 种子萌发实验
• 2.3.2.2 不同温度对种子萌发的影响
• 2.3.2.3 不同pH 对种子萌发的影响
• 2.3.2.4 不同盐浓度对种子萌发的影响
• 2.4 讨论
• 第三章 小飞蓬化感作用研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.2.1 提取液的制备及化感活性的生物测定
• 3.1.2.2 化感物质 G C - M S 分析
• 3.1.2.2.1 材料处理
• 3.1.2.2.2 色谱与质谱条件
• 3.2 数据统计与处理
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 小飞蓬水提取液对作物种子萌发率的影响
• 3.3.2 小飞蓬水提取液对作物种子根长的影响
• 3.3.3 小飞蓬水提取液对作物种子苗高的影响
• 3.3.4 小飞蓬地上部分和地下部分主要化感物质成分分析
• 3.4 讨论
• 第四章 小飞蓬地下部分可塑性研究
• 4.1 材料采集与测定方法
• 4.1.1 小飞蓬地下部分形态指标季节动态
• 4.1.2 小飞蓬地上部分株高对其根系形态的影响
• 4.1.3 小飞蓬种群密度对其地上部分和根系形态的影响
• 4.2 数据分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 小飞蓬地下部分形态参数季节动态
• 4.3.2 株高对根系的影响
• 4.3.3 种群密度与小飞蓬地上部分形态参数的关系
• 4.3.4 种群密度与小飞蓬地下部分形态参数的关系
• 4.4 讨论
• 第五章 小飞蓬与其他草本植物生态分布的比较
• 5.1 研究区域和调查方法
• 5.1.1 自然概况
• 5.1.2 调查方法
• 5.2 数据处理
• 5.2.1 生态位宽度的计算
• 5.2.2 生态位重叠值的计算
• 5.2.3 小飞蓬及其伴生种与环境因子关系的统计分析
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 小飞蓬及其伴生杂草在498 个样地中的总生态重要值分析
• 5.3.2 小飞蓬及其他植物的生态位宽度比较
• 5.3.3 小飞蓬与主要伴生植物的生态位重叠值分析
• 5.3.4 小飞蓬及其主要伴生杂草与环境因子关系的典范对应分析
• 5.4 讨论
• 第六章 小飞蓬地理分布格局研究及其影响因素
• 6.1 研究方法
• 6.1.1 数据来源
• 6.1.2 统计方法
• 6.1.2.1 外来入侵种的空间分布格局分析
• 6.1.2.2 影响外来入侵种空间分布和丰富度的环境因素
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 小飞蓬与其他外来入侵种分布频率的比较
• 6.2.2 我国境内入侵植物分布的区域差异及其小飞蓬的分布特点
• 6.2.3 影响小飞蓬等外来入侵种空间分布的环境因素
• 6.3 讨论
• 致谢
• 参考文献
• 附表 1 用于地理分布格局分析的 74 个地理单位的环境因子数据
• 附表 2 74 个地理单位出现的 282 种外来入侵性植物名录
• 附表 3 498 个样地中出现的 421 种草本被子植物名录
• 附表 4 498 个样地位置及其环境特点
• 攻读学位期间的研究成果