互花米草与两种本地红树植物竞争的生理生态机理研究

摘要

互花米草（Spartina alterniflora，简写为S）在我国引种后扩张迅速，呈爆发式增长模式，成为我国海岸盐沼生态系统中最成功的入侵植物之一，极大地危害了入侵地的自然生境，在造成滩涂泥沙沉降淤积，影响滩涂养殖和阻塞航道的同时，也改变了湿地生物多样性，尤其破坏了我国“海上森林”——红树林的生态系统结构和功能，与红树林中的主要建群种形成了竞争局面，导致湿地中的本地红树植物面临着严重的衰退。本研究以入侵植物互花米草及两种广西本地红树林主要建群种木榄（Bruguiera gym norrhiza，简写为B）和桐花树(Aegiceras corniculatum，简写为A)为研究对象，通过比较自然状态下采集的叶片化感潜力，并采取复合de Wit取代试验设计方法，对不同种植密度下（同一盆中各植物种植数量以简写字母的个数表示）的互花米草和两种本地红树植物在形态特征、生物量分配、叶片生理特性、化感作用等四个生理生态特征方面进行比较研究，为系统了解互花米草与本地红树植物的竞争关系，揭示互花米草入侵红树林的生理生态机理，并为正确评估互花米草入侵广西红树林生态系统的生态后果及开展防控措施提供科学依据。主要研究结果如下:
　　1.自然条件下叶片化感作用:互花米草及两种本地红树植物（木榄和桐花树）的叶片浸提液在不同浓度下（0.2 g·mL-1、0.1 g·mL-1、0.05 g·mL-1和0.025 g·mL-1）对受体植物不同检测指标的化感效应不一致。木榄浸提液在0.2g·mL-1浓度下对萝卜种子萌发抑制率达最大值34.3％，而互花米草的高浓度浸提液均明显抑制萝卜种子萌发，且抑制作用强于桐花树。三种植物浸提液对萝卜根长生长均在高浓度时表现为明显的抑制作用，且在浸提液浓度为0.2g·mL-1时，桐花树对萝卜幼苗根长的化感抑制作用达最大，为76.4％。而对幼苗苗高则普遍表现为化感促进效应。在萝卜幼苗鲜重方面，互花米草表现为促进作用，而木榄和桐花树的化感效应表现出“高抑低促”的规律。可见入侵植物互花米草对同一检测指标的化感抑制效应并不一定强于本地红树植物。
　　2.形态特征:互花米草与本地红树植物混种时，互花米草和桐花树的叶面积和叶重都出现了不同程度的增加，而木榄的这两个指标则呈现明显的下降趋势。相同处理下，互花米草的比叶面积均显著大于两种红树植物，这意味着其单位质量叶面积更大，能够捕获更多的光能，有利于其碳同化的能力。而与红树植物混种时，互花米草的比叶面积都有一定程度的下降，而桐花树和木榄在混种时该指标却有所增加，这可能是本地红树植物在与互花米草的种间竞争过程中的一种应对机制。互花米草的株高和根长在与低密度的本地红树植物混种时有一定程度的增加，而两种红树植物的株高则在单种和混种时均呈下降趋势，桐花树的根长在与互花米草混种时也出现增加的趋势，但随着互花米草混种比例的增大其增加的幅度下降。本地红树植物在与互花米草竞争过程中存在一定的内在变化机制利于其对抗互花米草带来的不利影响。而互花米草对本地红树植物的竞争抑制作用可能存在一定的阈值，超过该阈值将会对本地红树植物产生较大的影响，但具体还需结合野外实验相关结果而定。
　　3.生物量分配:互花米草和两种本地红树植物的总生物量在高密度单种时均减少，且差异显著。与互花米草混种后，桐花树和木榄的每株总鲜重、总增长率、地上和地下部分鲜重等指标都出现了明显下降。其中，SSA处理比A处理下的桐花总鲜重明显减少率最高，达到66.48％，差异显著。前后总生物量对比，高密度混种入互花米草对红树植物的增长率有明显抑制，SSB处理比B处理下的增长率明显减少了71.75％。而高密度种植互花米草的情况下混种红树植物与相同数量的互花米草单种时相比其总鲜重、地上和地下部分鲜重均有增加，特别是混种桐花树使其增加量显著。相同处理下，互花米草的根冠比均高于红树植物，且无论单种还是混种，互花米草都比本地红树植物具有更高的生物量增长率，且一直保持地下部分生物量的高比例分配，这是互花米草适应环境和在竞争中占据有利地位的一个重要手段。
　　4.叶片生理指标:互花米草混种入红树植物后，其叶绿素含量均高于单种条件，且混种比例1∶1时其含量最大，且混种入桐花树对其的促进作用高于木榄，这有利于增强互花米草的光合作用。混种条件下，随着互花米草混种比例的增加，红树植物的叶绿素含量逐渐降低。不同种植方式均对互花米草和桐花树叶片的MDA含量表现极显著影响，互花米草的MDA含量在同密度混种下均低于其单种处理，红树植物混入互花米草后，其MDA含量均高于同密度的单种处理，且均随着互花米草比例的增加而增大，表明与互花米草的混种对红树植物产生了胁迫作用。而不同种植处理下两种红树植物的SOD活性均存在极显著性差异，混入互花米草后其SOD活性均低于同密度的单种处理，且均随着混入互花米草比例的增加而减弱，而不同种植方式对互花米草的SOD活性无显著影响。
　　5.根系化感作用:互花米草及两种本地红树植物的根系浸提液在不同种植方式的不同浓度下（0.4g·mL-1、0.2g·mL-1、0.1g·mL-1和0.05g·mL-1）均表现出不同的化感效应。不同密度混种时，互花米草和两种红树植物均对萝卜种子的萌发表现出化感抑制作用。随着木榄混种密度的增加，互花米草对萝卜种子萌发率的化感抑制效应更强，且浸提液浓度越大，化感作用越强。而木榄在互花米草混种比例最高时对萝卜种子萌发率的化感抑制效应最小，且化感作用不明显。在与桐花树混种时，互花米草和桐花树在SA处理下对萝卜种子萌发率的化感抑制作用最强。互花米草在单种和混种时均对萝卜幼苗苗高和鲜重大致表现出化感促进效应，且促进作用在混种条件下随着自身混种比例的减少而减弱。混种时，两种红树植物对萝卜幼苗苗高和鲜重所表现出的化感效应与互花米草相似。互花米草与木榄混种时仅在SSB处理下对萝卜幼苗根长表现出化感抑制作用，而在与桐花树混种的各处理下表现出“高抑低促”的化感效应，而两种红树植物在各混种情况下，其对萝卜幼苗根长的化感作用表现为“高抑低促”现象。可见，根系化感作用在互花米草与红树植物竞争过程中并未体现较强的优势。而互花米草作为根系非常发达的入侵种，除了根部能释放大量的化学物质以外，其根系的其他作用机制（如较高的内生细菌多样性）对进一步提高互花米草的入侵能力也存在重要作用。

目录

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 互花米草的分布与传播

1．1．1 互花米草在中国的分布

1．1．2 互花米草的入侵性

1．2 互花米草的入侵机理

1．2．1 互花米草入侵的生态过程

1．2．2 互花米草的入侵机制

1．3 互花米草的危害

1．4 互花米草在红树林中的危害

1．5 互花米草与本地植物竞争关系研究现状

1．6 研究目的、内容和技术路线

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

1．6．3 技术路线

第二章 自然状态下互花米草与两种本地红树植物叶片化感潜力比较

2．1 材料与方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 植物浸提液的制备

2．1．3 化感作用的测定

2．1．4 数据分析方法

2．2 结果与分析

2．2．1 植物叶片浸提液对萝卜种子萌发率的影响

2．2．2 植物叶片浸提液对萝卜幼苗苗高的影响

2．2．3 植物叶片提提液对萝卜幼苗根长的影响

2．2．4 植物叶片浸提液对萝卜幼苗鲜重的影响

2．3 讨论与结果

第三章 不同混种比例下互花米草和两种本地红树植物的形态特征研究

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验设计

3．1．3 主要指标与测定方法

3．1．4 数据分析方法

3．2 结果与分析

3．2．1 不同种植处理下互花米草的形态指标变化

3．2．2 不同种植处理下桐花的形态指标变化

3．2．3 不同种植处理下木榄的形态指标变化

3．3 讨论与结论

第四章 不同混种比例下互花米草和两种本地红树植物的生物量分配策略

4．1 材料与方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验设计

4．1．3 主要指标与测定方法

4．1．4 数据分析方法

4．2 结果与分析

4．2．1 不同种植处理下互花米草生物量分配的变化

4．2．2 不同种植处理下桐花树生物量分配的变化

4．2．3 不同种植处理下木榄生物量分配的变化

4．3 讨论与结论

第五章 不同混种比例下互花米草和两种本地红树植物的生理代谢特性研究

5．1 材料与方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验设计

5．1．3 主要指标与测定方法

5．1．4 数据分析方法

5．2 结果与分析

5．2．1 不同种植方式对互花米草及两种红树植物叶绿素含量的影响

5．2．2 不同种植方式对互花米草及两种红树植物MDA含量的影响

5．2．3 不同种植方式对互花米草及两种红树植物SOD活性的影响

5．3 讨论与结论

第六章 不同混种比例下互花米草和两种本地红树植物根系的化感作用研究

6．1 材料与方法

6．1．1 试验材料

6．1．2 试验设计

6．1．3 植物根系浸提液的制备

6．1．4 化感测定方法和数据分析方法

6．2 结果与分析

6．2．1 植物根系浸提液对萝卜种子萌发率的影响

6．2．2 植物根系浸提液对萝卜幼苗苗高的影响

6．2．3 植物根系浸提液对萝卜幼苗根长的影响

6．2．4 植物根系浸提液对萝卜幼苗鲜重的影响

6．3 讨论与结论

第七章 结论与展望

参考文献

硕士期间参加的科研项目

硕士期间发表的学术论文

致谢

声明