模拟增温对菊科2种入侵植物繁殖生态学及光合特性的影响

摘要

以全球气候变暖为主要特征的全球气候变化正在并持续对全球的生态系统及生物多样性带来负面或潜在的影响，成为人类生存和社会可持续发展所面临的严峻挑战，引发了人类社会的广泛关注。全球气候变暖和生物入侵是影响生物多样性和生态系统功能的2个重要因素。本文以菊科入侵植物加拿大一枝黄花（S.Canadensis）、大狼把草（B.frondosa）和土著植物多裂翅果菊（P.laciniata）为研究对象，采用开顶式增温生长室模拟增温方法，研究了温度升高对菊科入侵种和土著种的生长特征、生物量分配、开花物候和光合特性，以及对入侵植物入侵性的影响，以期为外来入侵植物的管理和防控提供理论和实践依据，主要研究结论如下:
　　1)模拟增温处理对入侵植物和土著植物的生长、物质积累及其其分配具有显著影响，增温处理对3种植物的生长均有显著影响。与对照相比，增温处理下加拿大一枝黄花、大狼把草和多裂翅果菊的株高生长分别显著增加了10.71％、12.51％和8.44％。增温后，入侵植物加拿大一枝黄花、大狼把草的叶片数量显著下降，但多裂翅果菊的叶片数量无显著变化。模拟增温对3种植物生物量分配均有影响，但在物种之间存在差异。其中，增温显著增加了加拿大一枝黄花的根、茎生物量和总生物量，降低了叶生物量，对、花序生物量无显著影响，且使其生物量显著增加了向根和茎器官的投入而降低向叶的生物量分配，增加了根叶比。模拟增温显著增加了大狼把草茎、花序、总生物量，降低了叶生物量，对根生物量无显著影响，同时生物量分配格局改变，使其生物量显著增加了向茎和花序器官的投入而降低了叶生物量，增加根叶比。增温显著促进了土著种多裂翅果菊生物量分配到茎器官的生物量增加，但降低了分配到根和花序的生物量，降低了根冠比。增温显著促进了3种植物株高的生长，其响应表现为大狼把草＞加拿大一枝黄花＞多裂翅果菊，与土著种相比，增温更有利于外来入侵植物的生物量累积，其生物量分配模式都更有利于其入侵。
　　2)温度升高使入侵植物加拿大一枝黄花的始花期、开花高峰期显著提前，终花期推迟，从而延长了其花期持续时间，显著增加了其开花同步性指数，种子千粒重和萌发率，但对花序数、相对开花强度和种子大小无显著影响。增温使入侵植物大狼把草极显著提前了始花期、显著提前开花高峰期，但对其终花期无显著影响，也延长了花期持续时间，开花同步性指数和花序数也显著增加，同时增加了其种子大小及质量，而对相对开花强度则无显著影响;但模拟增温未能使土著植物多裂翅果菊的始花期显著提前，却显著提前开花高峰日和终花期，缩短了花期持续时间，降低了开花同步性指数和花序数，对相对开花强度，种子千粒重与萌发率均无显著影响。这表明，与土著植物相比，增温增加了其繁殖方面的投资，增强了对环境的适应能力，提高了延续后代的能力，因此增强了其入侵性。
　　3)增温处理下，入侵种加拿大一枝黄花的最大净光合速率（Pmax）显著升高，净光合速率曲线随着光照强度增加也不断增加，除了光补偿点较对照下降了19.83％外，光响应曲线的初始斜率(50％)、饱和光强(24.25％)、叶绿素a(46.8％)、叶绿素b(45％)和总叶绿素含量(46.5％)均较高于对照，但无显著差异;增温使入侵种大狼把草的最大净光合速率、饱和光强和光响应曲线的初始斜率较对照分别增加了9.02％，17.31％和50％，光补偿点较对照下降了7.58％，但均差异不显著(P＞0.05)。使其的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量分别增加了13.08％、6.5％、13.77％，但均无显著差异。而土著植物多裂翅果菊的最大净光合速率（Pmax）显著下降，光响应曲线的初始斜率较对照分别下降了33.33％，光补偿点较对照增加16.24％，但差异不显著（P＞0.05），饱和光强亦无显著影响，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均较低于对照，其中总叶绿素含量显著降低。由此可知，与土著植物多裂翅果菊和入侵植物大狼把草相比，增温对加拿大一枝黄花光能利用能力促进作用最强。
　　总之，增温使入侵种加拿大一枝黄花和大狼把草均促进了植株生长和生物量的累积，通过提前花期，延长花期持续时间，集中开花和增加种子的投资，从而增加了繁殖投资，且对生物量分配投资优化配置来适应气温升高，提高了其适应性和入侵性，同时，增温还增强了入侵种加拿大一枝黄花的光能利用效率，这也进一步增强其入侵性。与土著种相比，入侵植物对温度升高具有更强烈的响应将可能进一步加剧其入侵，我们预测未来气候变暖的情况下，加拿大一枝黄花和大狼把草的入侵性可能会增强，入侵所造成的危害会增加。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 人类活动与全球气候变化

1．2 气候变暖对植物的影响

1．2．1 物候

1．2．2 群落结构组成与空间分布的变化

1．2．3 植物丰富度

1．2．4 植物生长、生物量生产及分配

1．2．5 光合作用

1．2．6 植物间互作关系的变化

1．3 气候变化与生物入侵

1．3．1 生物入侵

1．3．2 全球气候变化对生物入侵的影响

1．4 全球气候变暖对生物入侵研究进展

1．5 研究的目的、内容及意义

第二章 模拟增温对2种菊科入侵植物生长特征及生物量分配的影响

2．1 材料和方法

2．1．1 开顶式增温生长室(OTCs)

2．1．2 试验材料采集与培养

2．1．3 生长形态指标测定

2．1．4 生物量与生物量分配参数的测定

2．2 数据分析

2．3 结果分析

2．3．1 OTC内与对照样地温度的变化

2．3．2 模拟增温对2种菊科入侵植物生长的影响

2．3．3 模拟增温对2种菊科入侵植物生物量积累的影响

2．3．4 模拟增温对2种菊科入侵植物生物量分配的影响

2．4 讨论

第三章 模拟增温对2种菊科入侵植物开花物候的影响

3．1 材料和方法

3．1．1 研究材料

3．1．2 个体和种群开花物候观测

3．1．3 单花水平观察

3．1．4 开花振幅、相对开花强度和开花同步性指数的计算方法

3．15 种子千粒重和萌发率测定

3．2 数据处理

3．3 结果与分析

3．3．1 开花进程

3．3．2 开花物候参数

3．3．3 单花持续时间

3．3．4 种子千粒重和萌发率

3．4 讨论

第四章 模拟增温对2种菊科入侵植物光合特性的影响

4．1 材料和方法

4．1．1 研究材料

4．1．2 光合作用参数测定

4．1．3 叶绿素含量测定

4．2 数据处理

4．3 结果与分析

4．3．1 模拟增温对2种菊科入侵植物光合-光响应的影响

4．3．2 模拟增温对2种入侵植物叶绿素含量的影响

4．3．3 模拟增温对2种入侵植物光响应机理模型参数的影响

4．4 讨论

第五章 全文结论与讨论

5．1 结论

5．2 本文创新之处

5．3 展望

参考文献

致谢

在硕士期间发表的论文