论文部分内容阅读
植物入侵对中国生态系统和生物多样性造成严重威胁,随着全球气候变化推进,酸雨现象频发,被认为是全球三大生态环境灾害之一,我国已经成为继欧洲、北美之后第3个主要的酸雨污染地。酸雨及其酸性物质的沉积对植物入侵的影响是复杂多变的,因此,研究入侵植物在酸雨胁迫下的生态适应能力和耐受力,以此了解在酸雨发生地植物的入侵机制,对酸雨发生地入侵植物的管理具有重要的意义。本试验以入侵植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb)和同属土著植物莲子草(Alternanthera sessilis(L.)DC)为研究对象,于室内开展盆栽控制试验,探究不同p H值(p H 2.5、p H 3.5、p H 4.5、p H 5.6和p H 7.0)模拟酸雨处理下植物的生长生理指标、土壤理化性质、土壤微生物指标的变化。(1)通过研究模拟酸雨对喜旱莲子草与莲子草生长及生理指标的影响,结果表明:酸雨胁迫会抑制喜旱莲子草与莲子草的正常生长发育,与对照(p H 7.0)相比,在模拟酸雨(p H≤3.5)处理下喜旱莲子草的地上生物量、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和净光合速率含量受到显著抑制,最大降幅分别为25.4%、14.0%、7.8%、11.8%和44.3%,模拟酸雨(p H 2.5)处理下,喜旱莲子草叶片的丙二醛(MDA)含量显著增加28.4%,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著下降16.0%、16.5%和23.5%;在模拟酸雨(p H≤5.6)处理下,莲子草的株高、地上生物量、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和净光合速率受到显著抑制,最大降幅达25.2%、33.2%、40.5%、31.3%、39.1%和54.1%,在模拟酸雨(p H≤4.5)处理下,莲子草MDA含量显著增加,最大增幅达29.8%,SOD、POD和CAT活性受到抑制,最大降幅达19.0%、28.4%和20.4%。研究结果表明喜旱莲子草与莲子草均具有抗酸性,但喜旱莲子草抵抗酸雨能力强于莲子草。(2)通过研究模拟酸雨对喜旱莲子草与莲子草土壤理化性质的影响,结果表明:酸雨会导致喜旱莲子草与莲子草的土壤酸化,提高土壤电导率(EC),喜旱莲子草土壤对酸雨的缓冲能力大于莲子草。与对照相比,喜旱莲子草土壤交换性Mg2+、K+和有机质(OM)在模拟酸雨(p H≤3.5)处理下流失,最大降幅达34.3%和20.7%,Ca2+、铵态氮(AN)和有效磷(AP)含量在模拟酸雨(p H 2.5)处理下显著下降7.4%、10.5%和10.4%,全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量未受酸雨显著影响;莲子草土壤交换性Ca2+和铵态氮含量在模拟酸雨(p H≤4.5)处理下显著降低,最大降幅分别大8.8%和26.2%,交换性K+、有机质、全钾和有效磷含量在模拟酸雨(p H≤3.5)处理下显著降低,最大降幅分别达达23.9%,交换性Mg2+与Na+含量在模拟酸雨(p H≤5.6)处理下显著降低,最大降幅达32.7%和10.8%。由此说明酸雨可以导致土壤养分的流失,喜旱莲子草土壤养分流失幅度小于莲子草土壤。(3)通过研究模拟酸雨对喜旱莲子草与莲子草土壤微生物群落的影响,结果表明:模拟酸雨提高了喜旱莲子草与莲子草土壤真菌和细菌的多样性指数,与对照相比,模拟酸雨(p H 2.5)处理下,喜旱莲子草细菌群落Chao1、ACE和Shannon指数分别显著提高6.8%、8.8%和5.5%,Simpson指数显著降低30.2%,真菌群落Chao1、ACE和Shannon指数显著提高18.0%、17.0%和14.8%,Simpson指数显著降低27.9%;莲子草细菌菌群丰富度指数(Chao1和ACE)与多样性指数(Shannon和Shannon)未受酸雨的显著影响,真菌菌群Chao1、ACE、Shannon指数在模拟酸雨(p H 2.5)处理下分别显著增加14.5%、12.4%、30.4%,Simpson指数显著降低37.3%;p H 2.5模拟酸雨下显著改变了喜旱莲子草与莲子草细菌与真菌群落,冗余分析结果显示土壤电导率与TP为主导细菌群落变化的主要因子,AP、OM、EC、土壤p H为主导真菌群落变化的主要因子。综上,推测酸雨对喜旱莲子草的伤害阈值在p H2.5~3.5之间,对莲子草的伤害阈值p H4.5~5.6之间;相比于莲子草,酸雨胁迫下喜旱莲子草可以更好地保持土壤养分含量,增加土壤微生物多样性,改变微生物结构来提高喜旱莲子草的抗酸性,本研究结果可以为研究酸雨条件下外来植物入侵机制提供理论基础。