外来入侵植物加拿大一枝黄花凋落物分解动态研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

生物入侵是全球变化的重要组成部分^{[1、2、3,4]},它不仅严重地威胁着本地生态系统的完整性和生物多样性，而且潜在地改变了被入侵生态系统的物理特性^[5]和生态系统过程^[6、3,7]。据预测,因为经济贸易的全球化和农业的机械化,以及人类其他活动的不断加剧,外来物种的入侵速率在未来的几十年可能显著提高^[8,9]。

凋落物是植物生物量的组成部分。在凋落物分解过程中，养分被分解者（包括土壤动物和微生物）转移到活有机体中，活有机体死亡后，所有养分最终通过淋溶和分解，都归还到土壤无机养分库中，可以被植物根系吸收利用，实现生态系统内部化学元素的交换，即生物地球化学循环，chapin等^[10]的研究表明，大多数生态系统中植物所吸收的养分，90%以上的氮和磷、60%以上的矿质元素都来自于植被归还给土壤的养分再循环。凋落物分解速率决定着生态系统中养分循环的快慢，在一定程度上决定着土壤养分有效性的高低^[11]。部分凋落物被风和溪流等因素移出生态系统，参与了不同生态系统之间化学元素的交换，参与了不同生态系统之间化学元素的交换，即地球化学循环。

植物入侵对凋落物分解过程的影响。在生态系统过程中凋落物分解是联结植物和土壤碳、氮循环的重要纽带。前人已对植物入侵影响凋落物分解过程开展了大量的研究。vitousek walker^[1]研究火树（myricafaya）入侵夏威夷森林时发现，火树叶片的凋落物在地表的分解速率比土著植物桃金娘（metrosideros polymorpha）的高。witkowski^[12]对南非海岸带湿地来自澳洲的两种入侵灌木柳叶相思（acacia saligna）与西澳海岸相思（a.cyclops）和土著植物进行了地表凋落物分解实验。其结果表明，柳叶相思的凋落物分解速率比土著植物来克斯泊木（leucospermum parile）的高，而西澳海岸相思比土著植物西莲香杞（pterocelastrus tricuspidatus）的低。windaham ehrenfeld^[13]研究美国新泽西海岸芦苇入侵狐米草（spatina patens）盐沼时发现，芦苇凋落物在地表的分解速率比狐米草的低。lindsay french^[14]发现入侵性灌木chrysanthemoides monilifera的地表凋落物分解速率比土著灌木物种的高。所以，前人的大多数研究都表明，入侵植物的地表凋落物速率显著地比土著植物的高或者低，但无论是外来木本植物的入侵还是外来草本植物的入侵都显著地改变了被入侵生态系统的地表凋落物分解速率。

2. 研究的基本内容和问题

一、研究目标：本研究通过观测不同种群加拿大一枝黄花Solidago原位分解过程中碳氮动态变化，揭示入侵植物不同种群对生态系统碳氮过程的不同影响。

二、研究内容：通过采集不同种群凋落物样品，研究不同种群Solidago凋落物原位分解过程中碳氮变化以及凋落物和氮的分解系数差异。

3. 研究的方法与方案

一、研究方法

本研究采用凋落物网袋法，观测入侵植物加拿大一枝黄花凋落物在原位分解过程中的碳氮动态。通过指数负增长模型来计算凋落物的分解系数。

二、技术路线

三、试验方案

（一）试验材料

加拿大一枝黄花(Solidago canadensis, henceforth Solidago)， 属于多年生非禾本草本植物。其原产地为北美，起初作为装饰性植物引进我国，后来逃逸到自然环境中演变为恶性入侵植物。由于其具有较高的种子产量，每穗约产种子20000粒以上，同时可进行根系无性系繁殖，加拿大一枝黄花可以迅速蔓延至入侵地附近区域，扩展入侵区域面积。最近研究表明，加拿大一枝黄花入侵区域具有较高的土壤有机碳库以及土壤微生物量， 表明其入侵对土壤碳氮等物质循环具有一定的潜在影响。其较强的资源利用能力和潜在的植物化感作用使得一些废弃农田，路边以及部分草地极易成为被入侵地，并迅速建立单一优势种群。鉴于其较强的入侵潜力，研究其入侵对生态环境的影响具有重要的生态学意义。

（二）试验方法

原位分解试验在南京农业大学牌楼教学基地进行。称量风干凋落物样品(10 g)并置于凋落物袋(1 mm² 尼龙网袋, 1015 cm)。凋落物袋于2013年五月随机放置于加拿大一枝黄花入侵区域。凋落物进行原位分解2个月和4个月之后，每一处理取回三重复分解袋，小心去除沙土和其他植物根系等，进行烘干称量。取初始未分解凋落物烘干进行水分含量和化学指标分析

（三）数据分析

种群和分解时间对凋落物碳氮动态的影响通过二因素方差分析进行。通过计算凋落物分解系数分析凋落物混合对分解速率的影响。凋落物分解系数具体计算公式如下: M_t = M₀e^-kt

其中，M_t (or N_t for N) 为凋落物生物量或者凋落物氮在分解时间t之后的剩余量；M₀ (or N₀ for N) 为t = 0时刻初始凋落物生物量或者凋落物氮含量，k为一阶凋落物分解常数。

四、可行性分析

本实验室具有凋落物分解研究基础，同时配备有凋落物理化性状分析的仪器设备，在试验操作上具有可行性。同时，实验室邹建文教授在美国莱斯大学获得生态学博士学位，对入侵植物生态学具有较深造诣。

4. 研究创新点

本研究首次研究了入侵植物不同种群对碳氮循环的影响，能够进一步揭示入侵植物对生态系统碳氮循环的影响机制。

5. 研究计划与进展

室外试验：2013年5月-2013年10月进行凋落物原位分解研究。每分解两个月取回一次凋落物袋，进行凋落物生物量记录。室内实验：样品带回实验室处理测定生物量之后进行凋落物的碳氮含量分析。

撰写论文：2014年3月-5月进行数据处理，绘制图表，阅读文献，撰写毕业论文。