凤眼莲和喜旱莲子草入侵对水生植物分解的影响及其机制

摘要

水生植物入侵能够通过改变分解环境进而间接影响水生植物分解，但目前对不同生活型水生入侵植物对植物分解的研究较少。我们采用分解袋法，在武汉市东湖通过原位实验研究了漂浮型凤眼莲和扎根型喜旱莲子草入侵对荇菜（浮叶植物）和金鱼藻（沉水植物）的分解速率、养分释放动态和分解者生物群落（无脊椎动物和微生物）的影响，并比较了两种入侵植物对分解的影响。主要结果有:
　　(1)入侵对分解速率的影响。不同生境中，荇菜的分解速率均大于金鱼藻，两种材料分解速率均与其初始C、N、P、总酚、半纤维素、C/N和C/P呈显著正相关，而与纤维素和木质素含量成显著负相关(Pearson相关分析)。两种材料在5mm分解袋中的分解速率均大于0.5mm。与无凤眼莲入侵生境相比，有凤眼莲入侵生境中荇菜在5mm分解袋和金鱼藻在两种分解袋中的分解速率均无显著差异(P＞0.05），但荇菜在0.5mm分解袋中的分解速率显著降低(P＜0.05）。实验结束时，凤眼莲入侵生境中荇菜在0.5mm分解袋中干重剩余率提高了3.47％。与无喜旱莲子草入侵生境相比，有入侵生境中两种材料在两种分解袋中的分解速率均无显著差异(P＞0.05）。不同类型入侵植物对两种材料在两种分解袋中的分解速率具有入侵物种的差异性。
　　(2)入侵对营养释放的影响。凤眼莲入侵显著影响两种材料的P剩余率(P＜0.001)，而对C和N剩余率均无显著影响。与无凤眼莲入侵生境相比，实验结束时有入侵生境中荇菜在两种分解袋中P剩余率分别降低14.08％和1.46％，金鱼藻在0.5mm和5mm分解袋中P剩余率分别提高和降低4.34％和13.88％。喜旱莲子草入侵显著影响两种材料的N剩余率(P＜0.001），而对C和P剩余率均无显著影响。实验结束时，与无喜旱莲子草入侵生境相比，有入侵生境中荇菜在0.5mm和5mm分解袋中N剩余率分别降低了22.80％和36.83％,而金鱼藻分别提高了11.39％和18.55％。与凤眼莲入侵的生境相比，喜旱莲子草入侵生境中两种材料的C和N剩余率显著升高，而P剩余率显著下降(P＜0.05）。结果表明两种植物的入侵均影响荇菜和金鱼藻的营养释放，并且这种影响具有入侵物种的差异性。
　　(3)入侵对参与分解的大型无脊椎动物群落的结构与组成的影响。并且这种影响具有时间的差异性。对参与分解的大型无脊椎动物群落的结构和组成的影响。共10种大型无脊椎动物（4个功能群）参与分解。凤眼莲入侵生境中有7种（3个功能群），其中参与荇菜和金鱼藻分解的分别有4种和6种（荇菜中收集者、刮食者和碎食者分别有1、2和3种，金鱼藻中分别有1、2和1种）。喜旱莲子草入侵有9种（4个功能群），其中参与荇菜和金鱼藻分解的分别有8和4种（荇菜中收集者、刮食者、碎食者和捕食者分别有1、2、4和1种，金鱼藻中分别有1、2、1和0种）。无入侵的生境中，参与分解有8种（共3个功能群），其中参与荇菜和金鱼藻分解的分别有7种和5种（荇菜中收集者、刮食者和碎食者分别有1、3和3种，金鱼藻中分别有1、2和2种）。凤眼莲和喜旱莲子草入侵显著降低了参与两种材料分解的动物的多度和丰富度(P＜0.01)。凤眼莲入侵生境中，荇菜网袋中动物的多度和丰富度分别降低69.04％和58.63％，金鱼藻网袋中分别降低58.51％和46.15％。喜旱莲子草入侵生境中，荇菜网袋中动物的多度和丰富度分别降低了85.84％和33.99％，金鱼藻网袋中分别降低了85.54％和50.00％。凤眼莲和喜旱莲子草的入侵均降低了动物的丰富度，提高了均匀度，但不同类型植物的入侵并未显著影响参与分解的动物的多度和丰富度。分解的不同时间段内，参与两种材料分解的动物的多度和丰富度均发生变化，具有时间的差异性。
　　(4)对参与分解的微生物的呼吸速率、细菌菌落数和真菌菌落数的影响。与没有凤眼莲入侵相比，凤眼莲入侵显著降低了荇菜和金鱼藻中微生物的呼吸速率(P＜0.05)，但对荇菜和金鱼藻中细菌菌落数和真菌菌落数没有显著性影响(P＞0.05）。与无凤眼莲生境中荇菜和金鱼藻中微生物的呼吸速率相比，在有凤眼莲生境中荇菜和金鱼藻中微生物的呼吸速率分别降低了47.97％和35.56％。与无喜旱莲子草入侵生境相比，有入侵显著降低了两种材料中微生物的呼吸速率以及荇菜中的真菌菌落数(P＜0.05)，但对两种材料中细菌菌落数以及金鱼藻中的真菌菌落数无显著性影响。与无喜旱莲子草入侵生境相比，有入侵生境中荇菜和金鱼藻中微生物的呼吸速率分别降低33.68％和53.41％，荇菜中真菌菌落数降低48.28％。喜旱莲子草入侵生境中金鱼藻的微生物呼吸速率比凤眼莲入侵生境显著降低49.85％(P＜0.05)。Pearson相关分析表明，凤眼莲入侵生境中两种材料的分解速率与微生物的呼吸呈显著正相关，与真菌菌落数呈显著负相关，但与细菌菌落数没有显著相关性。喜旱莲子草入侵生境中两种材料的分解速率与微生物的呼吸和细菌菌落数均显著正相关，但与真菌菌落数没有显著相关性。而造成这种差异的原因可能与微生物在不同的分解过程中所起的作用不同有关。
　　研究结果表明，凤眼莲入侵和喜旱莲子草入侵均会通过影响分解者生物的群落结构和组成进而影响乡土植物的分解，并且这种影响具有入侵物种的差异性和时间的依赖性。我们的研究结果对于进一步理解和认识入侵植物对水生植物分解的影响机制具有重要意义。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 生态系统中的水生植物分解

1．1．1 水生植物分解作用机理

1．1．2 水生植物分解作用影响因素

1．1．3 水生植物分解在湖泊生态系统中的研究进展概况

1．2 外来水生植物入侵对湖泊生态系统结构和功能的影响

1．2．1 外来水生植物入侵对湖泊水体理化性质的影晌

1．2．2 外来水生植物入侵对湖泊生物群落的影响

1．2．3 外来永生植物入侵对植物分解的影响

1．3 研究内容、目的和意义

2 水生植物荇菜和金鱼藻分解对凤眼莲入侵的响应

2．1 引言

2．2 材料和方法

2．2．1 研究区概况

2．2．2 实验设计

2．2．3 样品采集与分析

2．2．4 统计分析

2．3 结果

2．3．1 荇菜和金鱼藻的质量特征

2．3．2 凤眼莲入侵对荇菜和金鱼藻分解快慢的影响

2．3．3 凤眼莲入侵对荇菜和金鱼藻营养释放的影响

2．3．4 荇菜和金鱼藻分解过程中大型无脊椎动物和微生物的变化

2．4 讨论

2．4．1 凤眼莲入侵对荇菜和金鱼藻分解快慢的影响

2．4．2 凤眼莲入侵对荇菜和金鱼藻营养释放的影响

3 水生植物荇菜和金鱼藻分解对喜旱莲子草入侵的响应

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 研究区概况

3．2．2 实验设计

3．2．3 样品采集与分析

3．2．4 统计分析

3．3 结果与分析

3．3．1 荇菜和金鱼藻的质量特征

3．3．2 喜旱莲子草入侵对荇菜和金鱼藻分解快慢的影响

3．3．3 喜旱莲子草入侵对荇菜和金鱼藻营养释放的影响

3．3．4 荇菜和金鱼藻分解过程中大型无脊椎动物和微生物的变化

3．4 讨论

3．4．1 喜旱莲子草入侵对荇菜和金鱼藻分解快慢的影响

3．4．2 喜旱莲子草入侵对荇菜和金鱼藻营养释放的影响

4 水生植物荇菜和金鱼藻分解对凤眼莲和喜旱莲子草入侵的响应

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 研究区概况

4．2．2 实验设计

4．2．3 样品采集与分析

4．2．4 统计分析

4．3 结果与分析

4．3．1 荇菜和金鱼藻的质量特征

4．3．2 凤眼莲和喜旱莲子草入侵对荇菜和金鱼藻分解快慢的影响

4．3．3 喜旱莲子草入侵对荇菜和金鱼藻营养释放的影响

4．3．4 荇菜和金鱼藻分解过程中大型无脊椎动物和微生物的变化

4．4 讨论

4．4．1 凤眼莲和喜旱莲子草入侵对荇菜和金鱼藻分解快慢的影响

4．4．2 凤眼莲和喜旱莲子草入侵对荇菜和金鱼藻营养释放的影响

5．1 主要研究结论

5．2 创新点

5．3 存在的问题及研究展望

参考文献

攻读学位期间发表或拟发表的学术论文

致谢