水生植物外来种在全球变暖背景下的生态适应

【摘要】：本文通过模拟和受控实验,研究了水生植物乡土种和外来种对升温和营养添加等条件下的生理生态适应。实验结果如下： 1.通过温室模拟实验探讨了冬季对入侵种凤眼莲越冬成活率、繁殖和入侵性的影响,升温显著增加了凤眼莲越冬成活率；凤眼莲越冬后将更多的生物量物分配到冠层以支持其快速繁殖和扩散。凤眼莲短缩茎的大小和埋深也影响其越冬成活率和生长。结合水体营养添加探讨了凤眼莲的生物量分配和碳氮平衡的影响。温度和水体营养升高显著促进了凤眼莲的生长和克隆繁殖,并使其分配更多的生物量到地上部分以支持其快速生长和克隆繁殖；叶片和茎的N含量增加,以促进凤眼莲的光合作用和营养物质储藏。而低的C/N比加快了营养物质周转,使凤眼莲可利用的营养增多。 2.比较了升温、淹水和基质营养增加对入去侵种喜旱莲子草和乡土种水龙的影响,喜旱莲子草生长、繁殖和和生物量分配能更好的响应资源的波动,形成竞争优势并有利于其入侵性。研究了沉水植物菹草光合生理与碳氮平衡对升温和水体DIC浓度升高的响应。升温和DIC浓度上升对菹草的影响为拮抗效应。春季升温降低菹草叶片光合作用速率与生物量积累,而DIC浓度的上升则显著提高了菹草叶片光合效率。结合无机N添加探讨了水鳖科三种植物的生理生态响应,水体无机N添加显著增加了轮叶黑藻的生物量；水体中C源的增加有利于外来种埃格草的生长,升温则显著降低了外来种伊乐藻的生物量积累。无机N添加增加了三种植物体内的N含量和游离氨基酸含量。 3.通过对与母株相连或切断的分株施加不同降水量或者降水频率,研究了水分时空异质条件下克隆整合对外来种聚叶狐尾藻的影响。克隆整合显著增强了聚叶狐尾藻的生长和光合能力；其分株能通过克隆整合改变分配到根的生物量来提高获取水资源的效率,缓解分株在缺水条件下光化学最大量子产量的下降,并能帮助分株维持相对稳定的N浓度和C/N比率以帮助其健康生长。研究了开顶气室(OTCs)升温对水陆交错区挺水植物群落的影响。挺水植物对升温的响应具有种的特异性；升温使荆三棱等大中型植物比例增加,植株个体变大,并降低了群落内物种多样性；升温使小型植物消失速率加快。 【关键词】：水生植物 全球变暖 营养 生理生态 外来种
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S917.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目录10-15
• 第一章 前言15-26
• 1.1 全球变化的生物学影响15-16
• 1.1.1 对植物生理学的影响15
• 1.1.2 对生物多样性的影响15-16
• 1.1.3 对生物个体大小的影响16
• 1.2 全球变化对淡水生态系统的影响16-20
• 1.2.1 气候变暖的影响16-17
• 1.2.2 降雨量和水位变化及其影响17-18
• 1.2.3 水体富营养化及其影响18-19
• 1.2.4 水体中气体溶解度变化及其影响19-20
• 1.3 全球变化与外来种入侵20-22
• 1.4 水生植物与全球变化22-24
• 1.5 本论文的主要内容、研究目的和意义24-26
• 第二章 研究地点、实验材料及样品分析26-36
• 2.1 研究地点26-27
• 2.2 实验材料27-30
• 2.3 样品分析30-36
• 2.3.1 叶绿素含量分析(丙酮提取比色法)30-31
• 2.3.2 可溶性糖含量测定(蒽酮比色法)31-32
• 2.3.3 淀粉含量测定32-33
• 2.3.4 游离氦基酸(FAA)含量的测定(茚三酮显色法)33-35
• 2.3.5 植物组织碳氮含量的测定(元素分析仪法)35-36
• 第三章 冬季升温对外来入侵种凤眼莲越冬的影响36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 材料和方法36-38
• 3.2.1 研究材料36
• 3.2.2 实验设计36-37
• 3.2.3 数据收集37
• 3.2.4 数据分析37-38
• 3.3 结果38-46
• 3.3.1 越冬成活率38-39
• 3.3.2 越冬成活后凤眼莲的生长39-40
• 3.3.3 生物量分配40-46
• 3.4 讨论46-49
• 第四章 入侵种凤眼莲对升温和水体营养水平上升的响应49-65
• 4.1 引言49-50
• 4.2 材料和方法50-52
• 4.2.1 实验材料50
• 4.2.2 实验设计50-51
• 4.2.3 数据收集51
• 4.2.4 数据分析51-52
• 4.3 结果52-62
• 4.3.1 生长分析52-53
• 4.3.2 生物量分配53-55
• 4.3.3 叶和茎的碳氮元素含量和比率55-62
• 4.4 讨论62-65
• 第五章 入侵种喜旱莲子草和乡土种水龙对资源波动的响应65-77
• 5.1 引言65-66
• 5.2 材料与方法66-67
• 5.2.1 实验材料66
• 5.2.2 实验设计66-67
• 5.2.3 数据收集67
• 5.2.4 数据分析67
• 5.3 结果67-74
• 5.3.1 实验167-68
• 5.3.2 实验268-74
• 5.4 讨论74-77
• 第六章 沉水植物菹草对升温和无机碳添加的生态响应77-90
• 6.1 引言77-78
• 6.2 材料和方法78-81
• 6.2.1 实验材料78
• 6.2.2 实验设计78-79
• 6.2.3 数据收集79-80
• 6.2.4 数据分析80-81
• 6.3 结果81-86
• 6.3.1 生长81
• 6.3.2 生物量分配81-83
• 6.3.3 叶绿素荧光参数和叶绿素含量83
• 6.3.4 碳氮元素的含量和比值83-86
• 6.4 讨论86-90
• 第七章 水鳖科三种植物对模拟升温,可溶性无机碳添加和无机氮添加的响应90-106
• 7.1 引言90-91
• 7.2 材料与方法91-93
• 7.2.1 实验材料91
• 7.2.2 实验设计91-92
• 7.2.3 数据收集92-93
• 7.2.4 数据分析93
• 7.3 结果93-103
• 7.3.1 沉水植物生长93-94
• 7.3.2 根生物量分配94
• 7.3.3 三种沉水植物碳氮含量和比率94-95
• 7.3.4 糖含量变化95
• 7.3.5 游离氨基酸含量95-103
• 7.4 讨论103-106
• 第八章 异质性水分条件下克隆整合有利于外来种聚叶狐尾藻的入侵性106-120
• 8.1 引言106-108
• 8.2 材料和方法108-110
• 8.2.1 实验材料108
• 8.2.2 实验设计108-109
• 8.2.3 实验参数测量和数据收集109-110
• 8.2.4 数据分析110
• 8.3 结果110-116
• 8.3.1 土壤平均含水量110-111
• 8.3.2 分株生长111-112
• 8.3.3 根生物量分配112
• 8.3.4 光合作用效率112-114
• 8.3.5 叶碳氮含量和碳氮比114-116
• 8.4 讨论116-120
• 8.4.1 克隆整合对分株生长的影响116-117
• 8.4.2 克隆整合对分株生物量分配格局的影响117-118
• 8.4.3 克隆整合对分株光合性能的影响118
• 8.4.4 克隆整合对分株叶片碳氮平衡的影响118-120
• 第九章 水陆交错区挺水植物群落对升温的响应120-130
• 9.1 引言120-121
• 9.2 材料和方法121-122
• 9.2.1 实验设计121
• 9.2.2 数据收集121
• 9.2.3 数据分析121-122
• 9.3 结果122-123
• 9.3.1 对株高的影响122-123
• 9.3.2 对株数的影响123
• 9.3.3 对物种多样性的影响123
• 9.4 讨论123-130
• 论文总结130-133
• 论文主要结论130-132
• 论文的创新点132
• 不足之处以及需进一步深入的工作132-133
• 参考文献133-158
• 博士研究生期间完成的论文158-159
• 致谢159

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