不同光环境下薇甘菊形态和生理可塑性及其响应研究

研究了华南地区外来入侵种薇甘菊Mikania micrantha H B Kunth不同光环境下形态和生理可塑性及其适应性响应。通过模拟开阔地段、林缘、大林窗、小林窗、林下等不同生境的的光照环境,并设计一个干扰实验,分析了薇甘菊的生长、碳同化以及生物量分配如何对光环境作出适应性响应。研究了当干扰发生时,薇甘菊如何对光环境的变化做出形态和生理可塑性响应。通过对其各项生物量分配及气体交换等指标的观测,在小林窗光照环境下薇甘菊生长缓慢生物量积累较少,但是如果一旦受到干扰,光照环境得到改善,薇甘菊将在很短的时间内通过适应性形态和生理可塑性响应,迅速体现出较强的入侵性。这也可能是入侵植物薇甘菊＂坐待对策（sit and wait strategy）＂的生动体现：如果外界环境不利,暂且先保持繁殖体（种子或者根茎）,一旦条件成熟（发生干扰条件得到改善或者遗传变异或者生态生理的积累）,就会迅速爆发。所以我们一方面,不用担心郁闭的森林会被薇甘菊入侵,但另一方面也要注意干扰会引起光照等环境条件的改变,使得原来潜伏于林下的薇甘菊繁殖体重新变得富有入侵性。     

不同密度五种植物对薇甘菊幼苗的竞争效应

以入侵植物薇甘菊（Mikania micrantha H.B.K）和多年生植物高羊茅（Festuca elata Keng ex E.Alexeev）、黑麦草（Lolium perenne）、黄花蒿（Artemisia annua L.）、杂三叶（Alsike clover.）和紫花苜蓿（Medicago sativa L.）为试验材料,温室条件下采用密度添加系列设计,研究了5种植物在不同密度下对薇甘菊幼苗的竞争效应,为薇甘菊生物替代提供理论依据。结果表明,（1）5种受试植物及其不同种植密度对薇甘菊幼苗的生物量、株高和分枝数具有极显著影响（P〈0.001）,但两者互作除对薇甘菊幼苗的株高显著影响外,对其幼苗的生物量和分枝数均无显著影响。（2）同等密度条件下,供试5种植物中的黑麦草和黄花蒿对薇甘菊幼苗的生物量、株高和分枝数的抑制作用最强,高羊茅次之,杂三叶和紫花苜蓿对薇甘菊幼苗的生长抑制作用最弱。（3）5种植物与薇甘菊混种组合中薇甘菊的相对产量（RY）均显著小于1,说明供试5种植物对薇甘菊的种间竞争作用强于其种内竞争;不同密度的黑麦草、黄花蒿和高羊茅与薇甘菊混种,3种竞争植物的竞争平衡指数（CB）均显著大于0;而杂三叶和紫花苜蓿仅在其与薇甘菊的混种密度分别大于200和300株/m2时,其竞争平衡指数（CB）大于0,而低密度时均小于0;说明供试5种植物中,黑麦草、黄花蒿和高羊茅的竞争能力强于薇甘菊幼苗,而杂三叶和紫花苜蓿在低密度条件下的竞争能力较薇甘菊幼苗弱。可见黑麦草、黄花蒿和高羊茅有望被作为替代竞争植物用来对薇甘菊进替代控制。     

薇甘菊入侵对深圳湾红树林生态系统碳储量的影响

外来植物入侵对生态系统碳过程的影响已经成为入侵生态学研究的热点问题。采用比较研究的方法分析了薇甘菊（MikaniamicranthaH．B．K．）入侵对深圳湾红树林生态系统碳储量的影响,分别设置红树林（Kandelia candel）群落、红树林．薇甘菊群落、薇甘菊群落以及光滩等样地,采集植被、凋落物和土壤剖面样品,分析生态系统各组分的碳储量变化。结果表明,薇甘菊入侵对红树林生态系统碳储量有着显著的影响,碳储量从未被入侵下215．73tC／hm^2减少到轻、高度入侵下的197．56tC／hm2和166．70tC／hm2,分别减少8．42％和22．72％。其中植被和土壤碳储量显著减少,凋落物碳储量显著增加。薇甘菊入侵一方面导致红树林枯萎,减少植被生物量,增加凋落物量,另一方面促进了土壤微生物活动,使土壤有机碳分解释放,降低土壤碳储量。薇甘菊入侵后红树林碳储量的降低将大大削弱生态系统的碳汇功能。     

三种菊科入侵植物的生长与化学防御的关系研究

“生活史理论”认为,植物可利用的资源总量是有限的,在植物的不同功能之间存在着此消彼长的权衡关系。入侵植物的生长和化学防御一般优于本地植物,那么其生长与化学防御之间是否存在权衡及其权衡关系怎样,目前尚不清楚。以广东省3种菊科入侵植物[三裂叶蟛蜞菊（Wedelia trilobata （L.） Hitchc.）、飞机草（Eupatorium odoratum）和薇甘菊（Mikania micrantha）]为研究对象,并分别以近缘或伴生的本地植物[蟛蜞菊（Wedelia chinenses）、华泽兰（Eupatorium chinense）和鸡矢藤（Paederia scandens）]为对照,研究入侵植物的生长特性（相对生长率和比叶面积）与化学防御物质（缩合单宁和总酚）含量,并基于这2种光合碳分配的主要形式,探讨入侵植物生长与化学防御之间的权衡关系。结果表明：3种入侵植物的相对生长率均高于本地对照种;薇甘菊的比叶面积大于对照种,而其他2种无明显优势。薇甘菊和三裂叶蟛蜞菊的缩合单宁显著高于对照种,飞机草的总酚含量高于对照种。我们的结果显示,入侵植物的生长和化学防御均优于本地植物,但它们的碳同化能力相近;因此,入侵植物特殊的内在资源分配与利用机制可能是其成功入侵的关键。     

不同生境薇甘菊土壤种子库与幼苗库的特征

通过野外定点取样与萌发试验相结合的方法,研究云南德宏州陇川县不同生境薇甘菊入侵地区的土壤种子库与幼苗库的特征.结果表明,根据土壤种子库萌发后的植物鉴定结果,橡胶林、林地、灌丛、草地和河岸边这5种生境共统计到40种植物,隶属18科.不同生境薇甘菊入侵群落的物种组成、种子萌发特性与空间分布及其幼苗库存在明显差异,橡胶林、林地、灌丛、草地和河岸边的薇甘菊种子密度分别为75、109、165、124和53粒·m-2,且各生境间差异显著(P＜0.05).室内萌发试验表明,薇甘菊土壤种子库萌发时间持续8周,其中第3～5周的萌发速度最快;土壤垂直方向上,0～2、＞2～5、＞5～10 cm深度土层薇甘菊种子分别占0～10 cm土层种子总数的81％、17％和2％.野外薇甘菊土壤幼苗库萌发时间持续6个月(5-10月),其中6-8月萌发速度较快.     

入侵藤本薇甘菊的耐盐能力

薇甘菊Mikania micrantha Kunth为原产中南美洲的入侵藤本植物,现已在全球热带和亚热带地区照成严重的生态问题。野外观察发现薇甘菊已在珠三角沿海植被中滋生。为揭示薇甘菊的耐盐能力及其对滨海盐生植被的潜在危害性,分别对薇甘菊种子、根系和茎干在不同盐度胁迫下的响应进行了测定。在珠三角地区采集了薇甘菊3个批次的种子,并选取珠江三角洲6种常见植物（菊科假臭草Eupatorium catarium、藿香蓟Ageratum conyzoides、野茼蒿Crassocephalum crepidioides、鬼针草Bidens pilosa、翅果菊Pterocypsela indica和旋花科小花假番薯Ipomoea triloba）作为对照,测定了它们在不同NaCl盐度（质量分数）胁迫下的萌发率和幼苗生长;为揭示薇甘菊种子是否可由海水传播,将薇甘菊和对照植物假臭草、藿香蓟和鬼针草在不同盐度条件下浸泡不同时间后解除胁迫再观测其种子萌发率;为确定薇甘菊能否在滨海盐土中无性繁殖,分别对薇甘菊的根系和茎干在盐水浸泡下的植株生长进行了测定。研究结果表明：1）总体而言,薇甘菊3个种群在≤0.6%盐度胁迫下的种子萌发率均与对照组无显著差异,个别种群的这一阈值可高达1.5%,明显高于其他对照植物;同一盐度胁迫条件下,薇甘菊幼苗根系和苗高生长受抑制程度明显低于对照植物。2）即使经高达3.0%盐度胁迫浸泡长达12 d后,薇甘菊、藿香蓟和假臭草种子的萌发率也没有受到显著影响,而鬼针草种子的萌发率有明显下降;四种植物受浸泡后萌芽的幼苗生长均正常。3）薇甘菊根系受0.5%盐度胁迫时没有植株死亡,但苗高增长仅为对照组的53.3%;根系在1.0%盐度胁迫下有95%的植株能存活至少25 d,但苗高增长仅为对照的18.9%;根系在≥1.5%盐度胁迫下薇甘菊无法存活。4）被清水浸泡的薇甘菊茎茎叶均能存活且在全部被浸泡的节上萌芽。当薇甘菊茎干受≥1.0%盐水浸泡时,受浸泡的叶片全部死亡,在1.0%、2.0%和3.0%盐度胁迫下受试茎第21天的死亡率分别为42.9%、40.9%和86.4%。以上结果表明薇甘菊对盐生生境具一定的适应能力,可能通过种子萌发或无性繁殖扩张的方式对滨海盐生植被构成威胁,应当引起重视。     

九寨沟自然保护区4种水深梯度下芦苇分株地上生物量的分配与生长

芦苇是世界自然遗产--九寨沟自然保护区的一种重要的湿地植物.本文对该地区芦苇海4个不同水深梯度下芦苇的无性系地上分株的生物量分配、生长与繁殖策略进行了比较研究.结果表明,在47 cm (水在土层表面上)水深环境中,芦苇单株的平均生物量(4.2 g)最大.在-15 cm (水在土层表面下15 cm)的生境中,叶生物量百分比(叶生物量占单株总生物量的百分比, 46.1%)最大.芦苇地上分株高度、地上分株有分枝的单株百分比(茎上有分枝的分株占样地总分株的百分数)也存在明显的差别.茎的生物量分配百分比和生长速率随水深的增加而增加.在滩地生境中,开花率、花序的生物量百分比明显大于水较深的生境.分株株高与分株生物量、茎生物量与叶生物量都表现出较明显的幂指数异速生长规律.在-15 cm水深的生境中,叶生物量的生长快于茎的增长;在其他水深梯度的生境中,则是茎生物量的增加快于叶生物量的增加.     

林地的水分动态及其对树木生长的影响——以香桂（Cinnamomum subavenium）人工林为例

土地利用变化引起的水分条件变化反过来又会影响植被的生长,然而,森林-水分-植物生长之间相互作用关系的研究还很少。以香桂（Cinnamomum subavenium）人工林为例,在盐亭生态试验站开展观测,研究了无枯落物林地（FB）、有枯落物林地（FL）和裸地（BL）的水分动态（土壤水分、径流组成和径流量）,比较了FB和FL样地树木高、基径、叶面积、比叶面积（SLA）、地上和地下生物量。研究结果表明：①FL样地的土壤含水量最高,其次是FB样地,而BL样地的土壤含水量最低;②地上径流展现了与土壤水分相反的趋势（FLFB〉BL）,3个样地的总径流量则没有表现出一个明确的大小关系。在观测期间,BL、FB和FL的地表径流量分别为284.68、222.93和68.98cm,地下径流分别为57.83、134.00和289.52 cm,总径流量依次为343.16、356.93和358.35 cm;③在观测早期,FL样地和FB样地植物形态学特征、SLA以及地上和地下生物量均没有显著差异（p〉0.05）。在观测期末,虽然两个样地的基径和SLA无显著差异,然而其他指标差异极显著（p〈0.005）。在观测末期,除SLA外,FL样地植物的高、基径、叶面积、地上生物量和地下生物量分别高于FB样地,表明该样地植物生长条件更好。这些结果表明森林改善了自身的水分环境,而水分环境的改善又反过来促进了森林的生长,森林植被-水分条件的这种相互促进作用是森林系统生存策略的一种表现。     

模拟氮沉降对入侵植物薇甘菊叶绿素荧光参数的影响

大气氮沉降的增加会对某些生态系统造成严重影响。入侵植物薇甘菊的蔓延是近年来威胁我国林业安全的一大难题。氮沉降量的增加可能会对薇甘菊光合作用效率产生影响。为进一步了解两者之间的关系,以NH4NO3（分析纯）为氮源,对生长着薇甘菊（Mikania micrantha）的木荷（Schima superba）人工林试验地进行模拟氮沉降处理。试验设置3个氮沉降试验组,分别为对照组N0（N：0 g·m-2·a-1）,试验组N5（N：5 g·m-2·a-1）和N10（N：10 g·m-2·a-1）,根据当地降水情况计算并定量人工喷施。于2013年6、8和11月分别测定试验地内薇甘菊的各项叶绿素荧光参数指标。结果显示,（1）各月份间,除非光化学猝灭（qN）6月份数值低于11月份外,各指标基本表现为8月份最高,6月份次之,11月份值最低的规律。在低温,相对干旱的11月,薇甘菊生长末期,氮素的增加对薇甘菊光合效率提高的帮助尤为明显。（2）各试验组间,N0组各指标值均低于N5组与N10组,氮沉降量的增加能够促进薇甘菊光合作用效率的提高,会对薇甘菊的生长具有促进作用。（3）试验组N5组与N10组之间无一致规律性,推测过高的氮素可能会抑制薇甘菊的生长。此推论有待于进一步实验证明。（4）在试验地自然条件下,大气氮沉降量的升高会促进薇甘菊光合作用效率的提高。该文可为大气氮沉降增加的生态影响的研究和薇甘菊入侵生态学研究提供一定的理论依据。     

模拟氮沉降对入侵植物薇甘菊光合特性的影响

该文将探讨氮沉降对外来植物薇甘菊（Mikania micrantha）光合特性的影响。在广州东北郊薇甘菊生长的木荷（Schima superba）人工幼林地进行模拟氮沉降处理,以NH4NO3作为氮源,设置3个氮沉降水平,分别为N0（N：0 g·m-2·a-1）、N5（N：5 g·m-2·a-1）以及N10（N：10 g·m-2·a-1）。在模拟氮沉降的26个月后,采用LI-6400便携式光合仪对不同氮沉降处理下薇甘菊（Mikania micrantha）光合特性进行了测定,分析了不同氮沉降处理之间薇甘菊光合生理指标的差异。结果表明：在试验时间内,不同氮沉降处理之间的薇甘菊净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和水分利用效率（WUE）日均值的差异不显著（p〉0.05）,但这些光合生理指标的大小均表现为N10？N5？N0,氮沉降一定程度提高了薇甘菊的光合作用,可能加速薇甘菊的生物入侵。光合有效辐射（PAR）是影响薇甘菊净光合速率（Pn）的主导因子,其次为叶片温度（Tl）和大气温度（Ta）,它们均与Pn呈极显著正相关（p〈0.01）,而与空气相对湿度（RH）呈不显著的负相关（p？0.05）。氮处理对薇甘菊最大净光合速率（P′max）、表观量子效率（a）、暗呼吸速率（Rd）、光饱和点（LSP）和光补偿点（LCP）的影响不明显（p？0.05）。P′max、a、LSP和LCP分别介于21.21~22.07、0.058~0.059、1546.0~1653.3和8.0~9.3μmol·m-2·s-1之间,在氮沉降下薇甘菊表现出高光合潜力及强阳性植物的特征。该文可为研究氮沉降下薇甘菊入侵林地的机制提供有价值的参考。     

三叶鬼针草生物量分配与化感作用对大气温度升高的响应

全球气候变暖已经成为不容置疑的事实,同时外来入侵植物对入侵地的生态环境造成严重的危害,外来入侵植物可能对温度升高做出积极地响应。文章研究了不同温度（22、26和30℃）处理对入侵植物三叶鬼针草（Bidens pilosa L.）种子萌发、幼苗生物量分配及化感作用的影响,探讨三叶鬼针草对全球气候变暖的响应策略。结果表明;温度为22和26℃比30℃有利于三叶鬼针草种子的萌发。温度升高显著增加三叶鬼针草的株高、生物量和叶面积,三叶鬼针草幼苗增加对茎和叶的生物量投资。同时相同浓度的三叶鬼针草水浸提液对马唐（Digitaria sanguinalis（L.）Scop）和牛筋草（Eleusine indica（L.）Gaertn）的化感作用随着温度升高而增强。研究表明：温度升高促进了三叶鬼针草的生长,改变生物量分配模式同时增强了对受体植物的化感作用。温度升高可能是促进三叶鬼针草入侵的生态环境因子之一,未来全球气温变暖可能使其入侵加剧。     

高寒草甸退化对甘肃马先蒿生长状况与花期资源分配的影响

甘肃马先蒿（Pedicularis kansuensis）作为高寒草甸退化进程中的一种入侵毒杂草,其生长状况和繁殖特征为草地退化状况的重要指标,也是衡量高寒草甸演替进程的重要指示植物。通过比较重度退化和未退化高寒草甸的群落特征,甘肃马先蒿的生长状况与花期资源分配,结果表明：退化的高寒草甸土壤-植被系统变化明显,高寒草甸退化显著影响了甘肃马先蒿的生长状况和资源分配特征。在重度退化的黑土滩样地中,甘肃马先蒿个体形态特征如株高、根长、分叉数、叶片数、花数、总生物量都显著高于未退化高寒矮嵩草草甸样地;重度退化草甸中甘肃马先蒿花期各器官的资源投资状况,如根系投资、茎叶投资、繁殖投资分别为7.46%、48.76%、43.78%,未退化样地中甘肃马先蒿的根系投资、茎叶投资、繁殖投资分别为10.12%、54.34%、35.54%。在重度退化高寒草甸中甘肃马先蒿占据较大的生态位,长势良好,且将资源更多地用于繁殖投入。而未退化草甸中甘肃马先蒿优势度不大,更多的是将资源分配到根系和茎叶等营养器官,以期获得较多的水分、无机盐、光照等资源,增强个体竞争力。甘肃马先蒿在不同生境下资源分配的显著差异实质反映了草地退化的影响,亦是植物对外部环境改变的一种适应机制,同时也是植物可塑性的重要表现形式。     

Plant biomass allocation strategies of the dominant species in an alpine meadow of northwestern Sichuan,China北大核心CSCD

Plant biomass partitioning is an important driver of whole-plant net carbon gain, as biomass allocation could directly affect plant's future growth and reproduction. Alpine meadow in the northwestern Sichuan was impressed by the abundant community structure and species diversity. This study on biomass allocation pattern of different functional types and lifeforms might help understand plant life-history strategy of alpine meadow plants. We investigated 72 dominant herbaceous species for their compartments, biomass, and morphological traits during 2012-2014. These plants were sampled from natural grassland, disturbed grassland, and wintergreen grassland; they belonged to three functional types (grass, sedge, and forb) and two lifeforms (annual and perennial). The scaling relationships between functional traits of these plants were analyzed using Model type II regression method to estimate the parameters of the allometric equations. (1) Biomass allocation proportion of components significantly differed among grasses, sedges, and forbs owing to phylogeny: grasses had the highest stem biomass percentage, sedges had higher root biomass percentage, and forbs had higher leaf biomass percentage, but the scaling relationships were not significantly different, and isometric scaling was noted between biomass components for the three functional types. (2) Moreover, plant lifeforms affected the biomass allocation proportion of components, owing to the shorter or longer turnover rate and investment strategy between annual and perennial species. Annuals allocated more biomass to the stem and reproduction organs, but perennials invested more biomass to the leaves and roots. (3) In addition, plants from different grassland types differed in both biomass and morphology traits. Moreover, forbs from natural grassland and wintergreen grassland had higher leaf and reproductive biomass, but those from disturbed grasslands had higher stem biomass. Our results suggest that the functional type and lifeform decide the inherent scaling relationships between components of plants, but anthropogenic disturbance significantly impacted the quantity of component biomass. This study has important theoretical and practical significance to understand the response of alpine plants to climate change and anthropogenic disturbance as well as to help in the scientific management of alpine meadow. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

薇甘菊浸提液对福寿螺主要器官组织损伤的扫描电镜观察

采用薇甘菊（Mikania micrantha H.B.K.）的乙酸乙酯浸提液对福寿螺（Pomacea canaliculata）进行浸杀,通过扫描电镜观察福寿螺头足部、外套膜及肝脏组织的损伤状况,探讨薇甘菊化感物质对福寿螺器官组织结构的影响。经过薇甘菊质量浓度为100mg·L^-1提取液浸杀2d后,福寿螺主要器官出现了明显的组织损伤。头足部肌肉组织出现明显的杂乱丝条状并有断裂,部分有侵蚀剥落,表现为较大的组织缺损;外套膜有大量的细胞被浸润,呈疏松不整齐的结构;肝脏表面粗糙,凹凸相间的皱褶形成起伏不平的组织,其间有深浅不一的裂痕,并有侵蚀孔状损伤。扫描电镜的观察结果可为探讨薇甘菊浸提液对福寿螺的毒杀机理提供一定的依据。     

Differing Effects of Cattle Grazing on Native and Alien Plants

Abstract:   Habitat managers use cattle grazing to reduce alien plant cover and promote native species in California grasslands and elsewhere in the western United States. We tested the effectiveness of grazing as a restoration method by examining the effects of herbivory on native and alien plants. At Carrizo Plain National Monument, California, we surveyed native and alien species cover in adjacent grazed and ungrazed areas. We also established experimental plots in which plants were clipped or mulch (dead biomass) was removed. In addition, we clipped plants grown in pots and plants in the field that grew with and without competitors. Native species were negatively affected by clipping in 1999, 2000, and 2001, whereas alien species were unaffected. In the experimental field plots, the European annual forb Erodium cicutarium compensated in growth and reproduction following simulated herbivory. In contrast, growth and reproduction of the native perennial bunchgrass Poa secunda were reduced 1 year after clipping. In pots, E. cicutarium overcompensated and grasses undercompensated. In the field, European grasses were unaffected by the removal of competitors. It is unclear by what mechanism E. cicutarium was able to compensate, but the ability may be related to its basal rosette growth form and indeterminately growing inflorescences. The native California grassland community assembled in the absence of grazing herds, whereas invasive European species have been exposed to grazing for centuries. It may be that these invaders have adaptations that better enable them to recover from grazing. In the grassland we studied, the strategy of livestock grazing for restoration is counterproductive. It harms native species and promotes alien plant growth.     

卧龙自然保护区华西箭竹（Fargesia nitida）生态学特征随海拔梯度的变化

海拔梯度由于包含了温度、水分、光照等环境因子的剧烈变化而成为研究植物的环境适应性及其对全球气候变化响应的理想区域。在卧龙自然保护区沿海拔梯度研究了华西箭竹（Fargesia nitida（Mitford）T.P.Yi）分株的丛结构,比叶面积（SLA）、基径、株高、枝下高、单株地上部生物量及各器官生物量的分配。结果表明：华西箭竹丛结构表现为平均单丛面积和丛密度随着海拔升高呈先增大后降低的趋势,而单丛分株数先减少后增大;华西箭竹分株生长特征除SLA和枝下高线性降低,其他各调查变量随着海拔升高,总体呈先增大后减小的单峰变化趋势,高峰值在2 800 m附近。反映了环境因子随海拔升高的非线性变化。分析认为,高海拔地区的华西箭竹对温度较为敏感,气候变暖将有利于它的生长,因此其分布上限可能会提高。本研究结果拓展和丰富了海拔梯度上植物对异质性环境的适应和响应的规律研究,也可对地震后保护区植被的恢复与重建提供科学参考。