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生物入侵已成为当今世界重大的环境问题之一,并成为生态学的研究焦点。互花米草(Spartina alterniflora)是我国海滨湿地的入侵植物,对当地的生态环境造成了严重的影响,国内外专家学者也对互花米草的防治进行了广泛的研究。在互花米草草滩挖掘沙蚕是海岸带常见的行为,会造成土壤结构松散,蓄水能力下降,局部土壤水分含量低,从而形成一种短暂的局部干旱的土壤环境,再加上作为互花米草重要生境因子之一的潮汐水淹的影响;能否利用这些条件,降低互花米草种群的入侵性,并进而对互花米草的控制提供对策是一个重要的生态学命题。为此,本实验模拟三种不同土壤局部干旱条件和四种不同潮汐水淹强度,并测定互花米草在各条件下的形态与存活指标、克隆特征参数及生物量积累与分配格局。结果表明:
(1)土壤局部干旱对互花米草的叶长均没有显著影响(p>0.05),而其株高、分枝强度、克隆存活数、克隆存活率在各土壤水分条件间差异显著(p<0.05)。在土壤低水分条件下,互花米草的芽数、基茎粗均显著低于其他两组处理(p<0.05);在土壤中等水分条件下,互花米草的根状茎长、根状茎节数与其他两组处理差异不显著(p>0.05),而在其他两组处理间差异显著(p<0.05)。这表明,土壤水分条件适中有利于互花米草的生长扩张以占领有利的资源环境,而土壤局部干旱则抑制互花米草的生长繁殖,影响其种群延续。
(2)土壤局部干旱对互花米草的根状茎生物量均没有显著影响(p>0.05),而其地上生物量在各土壤水分条件间差异显著(p<0.05)。在土壤中等水分条件下,互花米草的地下生物量和茎生物量比与其他两组处理差异不显著(p>0.05),而在其他两组处理间差异显著(p<0.05);在土壤高水分条件下,总生物量、茎生物量和根生物量显著高于其他两组处理(p<0.05),而这些指标在其他两组处理间均差异不显著(p>0.05)。这表明,土壤局部干旱抑制了互花米草的生物量积累,从而减小了互花米草种群在生境中与其他植物之间的竞争优势。
(3)在土壤低水分条件下,互花米草的地上生物量比和叶生物量比均显著低于其他两组处理(p<0.05),地下生物量比则显著高于其他两组处理(p<0.05);在土壤中等水分条件下,互花米草茎生物量比与其他两组处理差异不显著(p>0.05),而在其他两组处理间差异显著(p<0.05);在土壤高水分条件下,根状茎生物量比则显著低于其他两组处理(p<0.05),而这些指标在其他两组处理间均差异不显著(p>0.05)。由此推断,在土壤水分含量高的条件下,互花米草根系多且成熟,地下生物量高,足以提供生长所需营养,可以将更多的资源分配给地上部分的生长,保证在光照与空气等方面的竞争力,因此,互花米草的地上生物量分配高;而在局部干旱的条件下,土壤水分含量较低,互花米草根系少,只有减少对地上生物量的分配,增加地下生物量的分配,特别是根生物量的分配,以形成更多的根系,来增强吸收水分和矿质营养的能力。
(4)潮汐水淹强度对互花米草的形态及克隆特征产生显著影响(p<0.05)。在互花米草的形态方面,其株高、叶长、叶宽、基茎粗、克隆存活数及存活率均随水淹强度的增大而减小,且在各处理间差异显著(p<0.05);在互花米草的克隆特征方面,在水淹强度较高的条件下,其分枝强度、芽数、根状茎长及根状茎节数均显著低于其他各组处理(p<0.05)。这表明,潮汐水淹强度较低有利于互花米草的生长扩张以占领有利的资源环境,而潮汐水淹强度较高则抑制互花米草的生长繁殖,影响其种群延续。
(5)潮汐水淹强度对互花米草种群的生物量积累方面均产生显著影响(p<0.05)。在潮汐水淹强度较低的情况下,总生物量、地上生物量、地下生物量、叶生物量、茎生物量、根生物量及根状茎生物量均显著高于潮汐水淹等级较高的情况(p<0.05)。这表明,潮汐水淹强度较低的条件下,克隆植物互花草种群植株的长势较强,克隆生长较旺,生物量积累丰富,表明此水位为互花米草种群较适宜的生长水位;而在潮汐水淹强度较高的条件下,互花米草生长和繁殖都受到显著影响。
(6)潮汐水淹强度对根状茎生物量分配没有显著影响(p>0.05),而对其他互花米草的生物量分配方面均产生显著影响(p<0.05)。在水淹强度较高的条件下,互花米草的地上生物量分配及茎生物量分配显著高于其他各组处理(p<0.05),而地下生物量分配及根生物量分配显著高于其他各组处理(p<0.05)。
由此推断,在水淹强度较高、资源水平较低的环境下,互花米草种群将更多的生物量分配给地上部分特别是茎的生长,以保持坚实的地上结构,从而维持种群的逆境存活率,而在水淹强度较低、资源水平较高的环境下,互花米草种群将更多的生物量分配给地下部分的生长,一方面增加了对生境资源的吸收利用能力,并且扩大植株的覆盖范围,增加互花米草种群的竞争力,另一方面增加了克隆繁殖的机会和能力,有利于种群的扩张。