互花米草入侵对长江口盐沼湿地线虫群落的影响及其机制

论文摘要

生物入侵是全球性的重大生态学和环境问题之一。近年来随着科学家对土壤生态系统重要性认识的深入,评价外来植物入侵对土壤生物多样性及生态系统功能的影响已经成为当前入侵生态学领域的一个研究热点。河口盐沼湿地是联结陆地、河流和海洋三大生态系统的枢纽,拥有独特而不可替代的自然资源,同时也是一个非常脆弱的生态系统,被认为是最易入侵的生态系统之一。在长江口盐沼湿地,外来植物互花米草(Spartina alterniflora)正大面积扩散,并和土著植物芦苇(Phragmites australis)和海三棱麃草(Scirpus mariqueter)形成强烈竞争。线虫是土壤动物中的优势类群,在生态系统物质循环中扮演着重要的角色,且直接受植物群落改变的影响,是评价植物入侵对盐沼湿地生物多样性影响的很好的指示生物。本论文通过野外调查,研究了互花米草入侵长江口盐沼湿地对土壤线虫群落和植物附生线虫群落的影响,并进一步采用凋落盒分解实验和植物移栽实验,分别研究了“凋落物输入”和“根际输入”两种途径在互花米草入侵影响盐沼湿地线虫群落中的作用。主要研究结果如下:1)共发现长江盐沼湿地线虫70属,隶属于2纲7目39科。2)为了解互花米草入侵对土壤线虫群落的影响,以长江口三个潮间带盐沼湿地为研究地点,比较互花米草与两种土著植物(芦苇和海三棱蔗草)典型植物群落中的土壤线虫群落。结果显示互花米草群落中土壤线虫的营养多样性低于两种土著植物群落,表明互花米草入侵降低了长江口盐沼湿地土壤生物的功能多样性,土壤食物网结构趋于简化。互花米草群落中的食细菌线虫比例高于芦苇群落,显示互花米草取代芦苇群落可能改变了凋落物分解速率和途径。互花米草与两种土著植物群落的土壤线虫群落结构均存在显著差异,而互花米草与海三棱麃草间线虫群落结构的差异小于互花米草与芦苇间,可见互花米草入侵不同的土著植物群落所产生的影响会有程度上的区别。互花米草入侵对土壤线虫的密度、属数、多样性等的影响存在地点间的差异,表明植物入侵的生态影响还可能与被入侵生态系统的生境特性相关。3)为了解互花米草入侵对植物附生线虫群落的影响,以崇明东滩盐沼湿地为研究地点,比较互花米草和芦苇典型群落斑块中附生在活秆和枯秆上的附生线虫群落。结果显示在各季节,互花米草与芦苇茎秆上附生线虫的群落结构均存在显著差异,表明互花米草入侵长江口盐沼湿地显著改变了植物附生线虫的群落结构。互花米草活秆和枯秆附生线虫的数量在各季节都高于芦苇,表明互花米草的入侵可能使盐沼湿地中附生生物数量增加。附生在互花米草枯秆上的食细菌线虫数量显著高于芦苇,并主要体现在参与盐沼植物凋落物分解的Diplolaimelloides数量的显著增加,由此我们认为两种植物茎秆分解过程的差异可能是引起枯秆附生线虫数量变化的一个重要原因。4)为了解凋落物输入途径在互花米草入侵改变线虫群落中的作用,采用凋落盒方法,比较了外来种互花米草与土著种芦苇的茎秆分解过程以及线虫群落在这个过程中的集群定居和生态演替。结果显示,与芦苇茎秆相比,互花米草茎秆凋落物具有较高的氮浓度和较低的碳氮比,其降解更为迅速。互花米草凋落盒中的线虫数量最多,其次为芦苇,而对照中线虫数量始终都维持在较低水平,线虫数量的变化主要是由食细菌类群的数量变化决定。与芦苇凋落盒及对照相比,互花米草凋落盒中的食细菌线虫数量显著较高。Diplolaimelloides和Diplolaimella是参与植物凋落物分解的主要线虫类群,分别占凋落物中线虫总数量的53%和28%。参与互花米草茎秆分解的线虫群落成熟指数和结构指数都低于芦苇,表明互花米草入侵可能通过凋落物输入降低土壤线虫群落结构的复杂性。5)为了解根际输入途径在互花米草入侵影响线虫群落中的作用,采用植物移栽实验,比较研究了互花米草与两种土著植物生长过程中根际线虫的群落演替规律。结果表明,互花米草与两种土著植物生长过程中根际线虫的密度、属的丰富度、多样性、营养多样性及群落结构在植物间均没有显著差异,这显示根际输入在互花米草影响土壤线虫群落过程中的作用可能不明显。对线虫食性类群的进一步分析表明,互花米草根际土壤中食细菌线虫数量显著低于芦苇,这与野外调查及凋落物分解实验的结果刚好相反。与土著植物海三棱麃草相比,入侵植物互花米草根际的植物寄生线虫数量显著低于海三棱麃草,显示互花米草抗寄生线虫能力较强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1 外来植物入侵对土壤生物的影响
• 1.1 植物入侵对土壤生物的影响
• 1.2 植物入侵影响土壤生物的机制
• 2 互花米草及其在长江口盐沼湿地的入侵状况
• 2.1 互花米草的生物学特征及分布
• 2.2 互花米草在长江口盐沼湿地的引入历史和分布现状
• 2.3 互花米草入侵长江口盐沼湿地的生态影响
• 3 线虫多样性及其与植物的关系
• 3.1 线虫多样性和生态类型
• 3.2 线虫在土壤生态系统中的功能
• 3.3 植物对线虫群落的影响
• 4 本研究的立项依据、目的及思路
• 第二章 长江口盐沼湿地自由生活线虫区系组成
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 线虫的分离和固定
• 2.2 脱水与制片
• 2.3 鉴定与摄像
• 3 结果
• 第三章 互花米草入侵对土壤线虫群落的影响
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 研究地点
• 2.2 采样方案
• 2.3 环境参数测定
• 2.4 线虫样品处理与分析
• 2.5 数据分析与统计
• 3 结果
• 3.1 环境参数
• 3.2 线虫的数量、组成和多样性
• 3.3 线虫的营养类群组成
• 3.4 线虫的群落结构
• 3.5 线虫群落与环境因子的关系
• 4 讨论
• 4.1 互花米草入侵对土壤线虫群落的影响
• 4.2 互花米草入侵的影响在不同地点间的差异
• 4.3 线虫营养结构的变化及可能原因
• 第四章 互花米草入侵对植物附生线虫群落的影响
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 研究地点
• 2.2 采样方案
• 2.3 植物群落特征与附生微藻生物量的测定
• 2.4 线虫样品的处理与分析
• 2.5 数据处理与统计
• 3 结果
• 3.1 植物群落特征及藻类生物量
• 3.2 线虫的数量、组成和多样性
• 3.3 线虫的营养类群组成
• 3.4 线虫的群落结构
• 3.5 线虫与植物及附生藻类的关系
• 4 讨论
• 4.1 互花米草与芦苇植株上附生线虫群落的比较
• 4.2 影响附生线虫数量的可能原因
• 4.3 附生线虫群落变化的生态意义
• 第五章 互花米草通过凋落物输入对分解线虫群落的影响
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 研究地点
• 2.2 凋落盒的制备
• 2.3 实验设计
• 2.4 样品采集与处理
• 2.5 线虫营养类群划分及生态参数分析
• 2.6 统计分析
• 3 结果
• 3.1 凋落物质量
• 3.2 线虫的数量、组成及多样性
• 3.3 线虫的营养类群组成
• 3.4 线虫群落结构及其特征演变
• 4 讨论
• 4.1 互花米草与芦苇的凋落物质量及分解过程的比较
• 4.2 植物凋落物分解过程中线虫群落的演替
• 4.3 互花米草调落物对分解线虫群落的影响
• 第六章 互花米草生长过程中根际线虫群落的演变
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验设计
• 2.2 样品的收集、处理与分析
• 2.3 数据处理与统计
• 3 结果
• 3.1 植物生长状况及土壤碳、氮浓度
• 3.2 线虫的数量、组成和多样性
• 3.3 线虫的营养类群组成
• 3.4 线虫群落结构
• 3.5 线虫与土壤碳、氮浓度的关系
• 4 讨论
• 4.1 植物生长过程中根际线虫群落的演替
• 4.2 互花米草与土著植物生长过程中根际线虫群落的比较
• 第七章 结论与展望
• 1 主要结论
• 2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ:长江口盐沼湿地自由生活线虫常见属图集
• 附录Ⅱ:攻读博士学位期间发表及拟投稿的论文
• 致谢