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幌伞枫抗藤本入侵植物特征及植物入侵的热力学机制初探

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声明

第一章引言

1.1基本概念

1.1.1生物入侵

1.1.2外来生物入侵的发生机制与假说

1.1.3外来生物入侵的治理、控制与防范

1.1.4幌伞枫、薇甘菊、金钟藤

1.2乔木与藤本植物

1.2.1藤本在森林群落中的地位

1.2.2藤本对乔木的竞争

1.2.3乔木对藤本的抵抗机制

1.2.4幌伞枫与薇甘菊

1.2.5幌伞枫对薇甘菊的化感作用

1.3金钟藤及其治理

1.4生物热力学与植物入侵生态学事实及依据

第二章材料与方法

2.1幌伞枫树形结构的测定

2.1.1实验区域与调查范围

2.1.2幌伞枫树形结构的参数设定

2.1.3动态树形结构测定

2.2幌伞枫对薇甘菊化感作用机理的测定

2.2.1种子萌发与幼苗形成

2.2.2细胞形态观察

2.2.3丙二醛、可溶性糖、过氧化物酶的测定

2.3金钟藤隔离带式化学控制

2.3.1自然概况

2.3.2实验方法

2.4热力学角度分析植物入侵的基本概念与前提假设

第三章结果与分析

3.1幌伞枫树形结构

3.1.1幌伞枫宏观树形结构

3.1.2幌伞枫静态树形结构

3.1.3幌伞枫动态树形结构

3.2幌伞枫对薇甘菊化感作用机理

3.2.1幌伞枫叶提取物对薇甘菊种子萌发和幼苗成活的影响

3.2.2幌伞枫叶提取物对薇甘菊幼苗的生化指标影响

3.2.3幌伞枫叶提取物对薇甘菊幼苗形成的细胞形态学影响

3.3金钟藤隔离带式化学控制

3.3.1化学除莠

3.3.2人工清除

3.3.3隔离带式化学控制

3.4植物入侵的热力学机制

3.4.1一般生态系统演化过程中的热力学机制

3.4.2植物入侵的热力学过程分析

第四章讨论与结论

4.1幌伞枫树形结构特点

4.2幌伞枫树形结构与其抗藤本机理

4.3树形结构原理的一般推广

4.4树形结构原理与群落改造和入侵性植物控制

4.5幌伞枫对薇甘菊的化感作用机理

4.6金钟藤的治理策略

4.6.1化学除莠

4.6.2人工清除

4.6.3隔离带式化学控制

4.6.4除草剂选择与搭配

4.6.5金钟藤控制策略的选择与运用

4.7植物入侵的热力学机制延伸

4.7.1热力学机制与其它假说的耦合

4.7.2热力学机制对植物入侵的有益推论

4.8结论

参考文献

附图

后记——在读硕士期间(2006-2009)研究成果

致谢

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摘要

植物入侵受到了普遍关注,是植物生态学的研究热点之一。本文从理论上探讨植物的入侵机制,并通过实验和机制分析探讨入侵植物的治理,为理解和治理植物入侵提供参考。 幌伞枫(Heteropanax fragrans(Roxb) Seem)作为群落改造的树种之一,在治理入侵我国华南许多林区并造成严重危害的薇甘菊(Mikania micrantha H.B.K.)时表现出良好的抗薇甘菊能力,野外考察发现幌伞枫在许多藤本伴生时均具较强的生存竞争能力,幌伞枫有独特的树形结构,亟需以此为线索揭示其抗藤本的形态学特点。通过分析幌伞枫树形结构、提取结构参数,结合调查自然状态下有/无藤本伴生时幌伞枫的树形结构特点,比较分析了幌伞枫树形结构及其对藤本伴生的响应。结果表明:幌伞枫树干通直、冠幅较小且稳定、复叶集群凋落和新生;复叶具有叶片一茎干角、叶间距、叶痕数随复叶自下而上所处位置呈规律性变化,但偶然性很大;在有藤本伴生、缠绕、攀爬、覆盖时,复叶生长状况、叶柄茎干角、凋落机率均随机增大。幌伞枫树形结构特点及其变化不利于藤本的缠绕、攀爬和覆盖,在抵御藤本尤其是薇甘菊胁迫时发挥着重要作用,其树形特点规律可作为藤本覆盖地(如薇甘菊、金钟藤)群落改造时筛选乔木树种的重要参考。 幌伞枫具有化感作用,亟需揭示其化感作用的机理。薇甘菊种子萌发和幼苗生长在幌伞枫提取物胁迫下的实验结果表明:幌伞枫提取物使幼苗的丙二醛、可溶性糖含量和过氧化物酶活性增高,根尖细胞变短变粗、侧部根原基增多、表皮细胞严重受损、内皮层细胞畸形。幌伞枫对薇甘菊的化感作用在生化与细胞形态方面均得到显著反映。 有害植物治理是生态学面临的重要难题。为控制危害广州市龙眼洞林场的大型木质藤本金钟藤(Merremia boisiana van Ooststr),进行了治理技术的探索。通过比较大面积化学除莠、人工清除和隔离带式化学控制三种方法的控制效果及环境影响,结果表明:大面积化学除莠和人工清除虽能暂时清除金钟藤,但都造成了长期大面积裸地和随之而来的严重水土流失,前者还引起环境污染。隔离带式化学控制既能在较长时期内有效遏制金钟藤的扩散,为林地由外到内恢复创造条件,又避免了水土流失;隔离带式化学控制可作为有效控制金钟藤的应急手段。 热力学第二定律、熵增加原理和耗散结构理论被引入生物进化和生态系统研究已有很长历史,将其与生态学事实相结合,分析植物入侵的发生和发展机制,从而揭示植物入侵所遵循的基本规律是十分必要的。本研究引入宏观熵(Smac)和微观熵(Smic)概念,将生态系统作为孤立体系分析,分析植物入侵的热力学机制。结果表明:在允许条件下,物种的混合是宏观熵增加所致,而当入侵植物为生态体系摄入更多热量,并打破热力学平衡后,则发生植物入侵;对植物入侵发生和发展过程进行热力学分析表明,入侵种以其对被入侵生态体系的高能量摄入实现对体系宏观熵和微观熵的降低,表观生态现象即为:生物量的大幅增加和生产力提高;物种丰富度趋向减小。热力学本质上的再解释对揭示植物入侵规律将有重要意义。

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