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本研究以华南地区主要入侵植物为研究对象,选取南亚热带地带性植被的代表性群落,鼎湖山森林群落,3个不同演替阶段林型(演替早期马尾松林、演替中期混交林和演替后期季风林),从演替生态学和入侵生态学结合的角度,展开不同演替阶段群落对外来植物入侵力的影响研究,验证假设“随着演替进展生境的生物及环境因子变化,导致不同演替阶段群落对外来植物入侵力影响不同",多因子系统探讨演替与群落可入侵性的关系,揭示地带性成熟植被季风常绿阔叶林可入侵性低的原因,为我国南亚热带森林的管理和生态系统的恢复等提供实践指导。
主要研究结果如下:
1.光照演变对外来植物入侵力的影响
低光照严重抑制了几种外来植物,薇甘菊(Mikania micrantha)、飞机草(Eupatorium odoratum)、五爪金龙(Ipomoea cairica)的生长。外来植物入侵力受有效光辐射的限制,季风林的低光照环境有效降低了群落的可入侵性,是导致季风林入侵现象明显较少的重要原因之一。 3%-60%全光照下几种外来植物均可存活,可见其对光照具有广适性,这为它们广布于多种生境提供了生态学基础。对薇甘菊和飞机草生物量分配研究发现,二者在强光下提高地下根生物量投入,以汲取更多水分;而低光条件下,植株将更多的生物量投入到碳素同化器官,提高植株对光能的捕获和竞争能力。对光照具有高的表型可塑性是影响其成功入侵的特征之一。
高光下,薇甘菊生物量较高,而飞机草生物量显著下降,体现了薇甘菊对高光强更适应。低光下,薇甘菊幼苗增加叶面积比和比叶面积,叶片变薄变大,增大对光的截获面积,以此来实现对光强减弱的适应。而低光处理对飞机草的叶面积比和比叶面积无显著影响。结果证实草本攀援植物薇甘菊在变化的光环境中具有更高的形态可塑性,能够有效地寻觅高光条件,因此在实践中要加强对薇甘菊入侵多种生境的防范,特别是低光生境。
2.土壤演变对外来植物入侵力的影响
不同演替阶段森林土壤对薇甘菊生长影响不同,季风林土壤显著抑制了薇甘菊的生长。3个林型土壤化学性质相比,季风林土壤有机质含量最高,土壤养分含量也最高,因此土壤养分状况无法解释以上现象。
凋落物对土壤生态功能的发挥具有重要作用。对各林型凋落物进行生测试验和盆栽覆盖试验,证实季风林凋落物具有强烈的化感作用,抑制了外来植物薇甘菊的生长。添加活性炭吸附残留在土壤中的化感物质后,养分水平最高的季风林转而对薇甘菊生长最有利。可见,季风林凋落物的化感物质抑制了薇甘菊生长,降低群落的可入侵性。
去除凋落物,仅土壤部分作用时,薇甘菊总生物量以生长于季风林土壤时最高,这进一步证实了凋落物的作用。土壤灭菌处理后,季风林土壤与另外两个林型土壤相比对薇甘菊生长的促进作用更加明显。据此推测,季风林原微生物组成中存在抑制外来植物生长的组分,灭菌处理使这一部分微生物损失。
土壤部分试验说明,土壤的生物性质,而不是非生物性质,在各演替阶段林型影响外来植物入侵时发挥了更重要作用。
3.群落优势种演变对外来植物入侵力的影响
不同林型优势种对外来植物生长影响不同。各优势种凋落物水浸液均对薇甘菊幼苗根长表现出抑制作用。其中,马尾松(Pinus massoniana)、荷木(Schima superba)、锥栗(Castanopsis chinensis)、藜蒴(Castanopsis fissa)和厚壳桂(Cryptocarya chinensis)抑制作用极显著,而黄果厚壳桂(Cryptocarya concinna)的抑制作用较小。与荷木、锥栗、藜蒴和厚壳桂混植时,薇甘菊生长受到显著抑制。与黄果厚壳桂混植时,薇甘菊生长与对照无显著差异,此时,薇甘菊减少养分吸收器官生物量分配,植株将更多的生物量投入到地上部,特别是支持结构,抢占更多的空间,以利于植株的发展。
锥栗、荷木和厚壳桂对飞机草幼苗根长抑制作用极显著。当与荷木、锥栗或厚壳桂混植时,飞机草的总生物量显著降低;当与黄果厚壳桂混植时,总生物量与对照无显著差异;当与藜蒴混植时,总生物量有所提高。
对薇甘菊和飞机草两种外来植物,荷木、锥栗和厚壳桂均表现强抑制作用,黄果厚壳桂作用较弱。而藜蒴对薇甘菊抑制作用强烈,对飞机草作用较弱。可见,对不同外来植物同一本地优势种可能表现不同的抵抗性,因此在比较不同生境对外来植物的抵抗力时,势必要将入侵植物本身的生理生态特性结合考虑。
群落成员的某些个体反应,可以驱动群落抵抗力从局部到景观范围空间上的变化,优势种影响所在群落对外来植物入侵的抵抗力,影响群落的可入侵性。
4.南亚热带森林健康模型及恢复参照系的确立
确立具有高生产力、高稳定性、长期持续性的地带性成熟林季风常绿阔叶林,为我国南亚热带森林生态系统健康模型,也是本地带森林植被恢复参照系之一。