我国严重威胁性外来入侵植物入侵与扩散历史过程重建及其潜在分布区的预测

外来生物入侵已经在世界范围内造成严重的危害，它不仅导致生物多样性的减少和丧失而且威胁着全球的生态环境和经济发展。入侵种在入侵区域的种群扩散是入侵种带来风险的最根本问题，也是其造成危害的重要原因。研究入侵物种的扩散规律可以了解其在入侵地的入侵状况和扩散趋势，这对制定合理的控制措施具有重要意义。本研究选取14种在我国具有较强威胁性的外来入侵植物，通过对其入侵历史动态的分析，判断其在我国的入侵与扩散阶段，进而预测其在我国的潜在分布区。这14种外来植物为紫茎泽兰（Ageratina adenophora）、土荆芥 （Chenopodium ambrosioides.）、喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）、反枝苋（Amaranthus retroflexus）、刺苋（Amaranthus spinosus）、皱果苋（Amaranthus viridis）、北美独行菜（Lepidium virginicum）、藿香蓟（Ageratum conyzoides）、钻形紫菀（Aster subulatus）、小蓬草（Conyza canadensis）、一年蓬（Erigeron annuus）、牛膝菊（Galinsoga paviflora）、飞机草（Eupatorium odorata）和北美商陆（Phytolacca americana）。 　　紫茎泽兰最早于20世纪40年代入侵我国，经过1940—1960年长达20年的时滞期，紫茎泽兰开始在云南及其临近的省份如四川、贵州和广西迅速扩散。其中，紫茎泽兰在南亚热带和中亚热带气候条件下的扩散速度为20公里/年，而在垂直地带性北亚热带地区的扩散速度为6.8公里/年。紫茎泽兰仍没有入侵到垂直地带性暖温带地区。尽管1990年后，紫茎泽兰在云南基本停止扩散，但其在邻近省（市）的快速传播表明紫茎泽兰在我国仍处在扩散阶段，还没有达到饱和阶段。生态位模型预测结果和紫茎泽兰在已经入侵地区扩散的地理生态式样基本相符。我国南部及中南部地区的气候条件十分适合紫茎泽兰生长。而在华中地区，由于环境条件不太适宜，其扩散速度会相对较慢。我国北部和西北部的气候条件完全不适合紫茎泽兰生存。因此，我国南部和中南部广大未入侵地区将会受到紫茎泽兰入侵和快速扩散的严重威胁，对此应该立即采取紧急措施。 　　自从紫茎泽兰于1978年首次入侵四川省以来，已经在四川、重庆和湖北大面积扩散。紫茎泽兰在此新近入侵区域主要沿河流、公路、铁路扩散。其中沿安宁河、108国道和成昆铁路向北扩散的平均速度为19公里/年，而沿金沙江－长江向东北扩散的平均速度为33公里/年。特别是2000年以后，紫茎泽兰沿金沙江－长江的扩散速度达到了88公里/年。紫茎泽兰得以如此迅速扩散是其本身生物学特性和当地地理生态特点多种因素之间一系列耦合关系共同作用的结果。人类活动和1998年金沙江－长江特大洪水也促进了紫茎泽兰在该地区的扩散。另一方面，紫茎泽兰在新近入侵地区的垂直分布范围说明随海拔高度上升所引起的垂直地带性气候变冷是紫茎泽兰入侵和扩散的自然限制条件。 　　此外，通过对其余13种外来入侵植物入侵历史过程重建发现，除了牛膝菊、反枝苋和皱果苋最早入侵地位于内陆地区以外，其余10种外来入侵植物的最早入侵地都位于我国的东部、南部沿海和西南边境地区。这13种外来植物通常不是通过单一途径传入，而是通过两种或多种途径传入不同的地点。相应地，入侵后也呈现不同的扩散模式。这13种外来植物在我国大体上包括5种入侵和扩散式样即1）从南部沿海和西南边境分别向内陆扩散，如霍香蓟、飞机草，北美商陆;2）从东部沿海向内陆扩散，例如钻形紫菀，小蓬草、北美独行菜和喜旱莲子草;3）从东部沿海、南部沿海和西南边境分别向内陆扩散，如刺苋;4）从南部沿海向内陆扩散，如土荆芥;5）从最早入侵的内陆地区向周边地区扩散，如反枝苋、牛膝菊和皱果苋。分布区动态分析显示当前这13种外来入侵植物在我国都还处在扩散阶段，而且有些外来植物还处在快速扩散阶段，如飞机草。 　　在上述研究基础上，我们对这13种外来入侵植物开展了生态位模型适生区预测和比较分析。并且结合其扩散动态和当前分布现状，我们对其潜在的分布区及扩散趋势进行了系统分析和预测。飞机草、土荆芥、霍香蓟、牛膝菊和北美商陆，这5种外来植物的现有分布区明显小于其在我国的适生区，因此它们在我国的潜在分布区很广，应给予足够的重视。喜旱莲子草、反枝苋、皱果苋、北美独行菜、一年蓬、钻行紫菀和北美商陆在我国的入侵范围与其适生区域之间基本重合，但在其入侵范围内仍存在大面积的未入侵区域。这些未入侵地区通常被已入侵区域所包围，因此也应当给予足够的重视。刺苋和小蓬草在我国的潜在的分布区相对较小，这些植物已经基本上完全入侵了其适生区。因此，这些植物在我国向临近区域继续扩散的可能性不大。 　　

矿山环境中锑的表生地球化学研究—以贵州半坡锑矿区为例

锑(antimony，Sb)是一种典型的毒害重金属元素。我国作为世界上最主要的锑生产国，有关锑的表生地球化学及锑污染防治研究还很薄弱。贵州省位于我国西南低温成矿域中心，具有高Sb地球化学背景值，是我国重要的锑工业基地，境内分布着大量Sb矿床，锑矿储量居全国第四位。贵州又地处我国西南喀斯特中心区域，岩溶地貌极其发育，生态环境脆弱。由于大规模锑矿资源的开采利用，锑矿区土壤和水体中Sb污染十分突出，并通过水体或食物链对矿区及流域居民健康形成潜在威胁。因此，研究矿山环境中Sb的表生地球化学对于认识Sb污染的环境效应和寻求Sb污染修复方式具有至关重要的意义。 本文以贵州半坡大型锑矿区为研究对象，系统研究了Sb在矿区岩石、固体废弃物、土壤、水体和植物体等表生环境介质中的分布、迁移、富集规律与赋存机制，阐明了矿区Sb的表生地球化学过程规律，评价了矿区围岩、（废）矿石和尾矿砂等样品的产酸潜力，筛选出新的锑潜在超富集植物和超耐受性植物，并获得以下主要认识： （1） 独山半坡锑矿区是典型高锑地质地球化学背景区，不仅矿石中Sb含量很高，而且围岩中Sb含量也远高于上地壳Sb的平均含量。辉锑矿是锑的主要载体和释放源。 （2） 在固体废弃物中，冶炼废渣中Sb含量最高，其次为废石堆和尾砂库。废石中元素特征基本与围岩一致，继承了围岩的元素特征，而尾矿砂由于破碎、浮选过程的改造，其元素含量特征与围岩存在差异。尾砂砂中Sb以中层最富，底层和表层依次降低，与Fe、Al矿物的分布特征相似，这种分布模式主要受氧化还原条件、雨水淋滤、Fe/Al矿物吸附机制等因素控制。尾矿砂中不同相态的锑含量依次为残渣态>碳酸盐结合态>有机物结合态>可交换态>铁锰氧化物结合态，其中生物易利用态Sb的空间分布特征与总Sb分布特征一致。 （3） 所有的（废）矿石样品都具有潜在产酸能力，需要采取必要的措施抑制酸性矿山排水的产生。尾矿砂没有产酸潜力，这与矿石在选冶过程中加入石灰处理和S含量过低等原因有关，这种碱性环境可能有利于锑的表生地球化学活化和迁移。 （4） 研究区土壤受到严重锑污染，土壤中Sb含量高达51~7369 mg/kg，且随深度增加而逐渐降低，底层含量与对照区相近。这种高含量的Sb可能是与锑矿化有关的裸露岩石和土壤的自然风化淋滤过程和采矿、冶炼活动等造成的。研究区土壤中不同相态的Sb含量依次为残渣态>铁/锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>有机物/硫化物结合态>可交换态。土壤中Sb的生物有效性很低。土壤中Sb的迁移与As密切相关。 （5） 研究区水体为SO4/HCO3-Ca型，水体中的Sb以溶解态、悬浮态和沉积物形式存在，并通过吸附-解吸附和水流推移方式进行迁移。洪水期和枯水期水体中Sb的扩散迁移机制存在差异，洪水期研究区内水体对岔河下游水体污染危害更大。在枯水期，岔河水体中溶解态Sb含量和沉积物中Sb含量存在显著正相关关系，表明枯水期沉积物和水体界面间达到物质交换平衡。水体的氧化还原条件和pH值控制着水体中Sb的存在形态。沉积物中不同相态Sb含量依次为残渣态>碳酸盐结合态，铁锰氧化物结合态>可交换态，有机物/硫化物结合态。研究区水体中Sb主要受矿区采矿、选冶活动的强烈影响。水体中硫同位素示踪研究发现，岔河下游水体中59%的S来自于矿山硫源的贡献，表明矿山活动严重影响到岔河下游水体水质。 （6） 植物对土壤中Sb的吸收与植物部位和种类有关。大体上地下部分>地上部分，且根>叶片>茎。在农作物中，白菜>甘蓝>辣椒和稻谷。研究发现，土荆芥(Chenopodium ambrosioides Linn.)是新的Sb潜在超富集植物，鬼针草(Bidens pilosa Linn.)、一年蓬(Erigeron annuus (Linn.) Pers.)、佛甲草(Sedum lineare Thun)、凹叶景天(Sedum emarginatum Migo)、灰灰菜(Chenopodium album Linn.)和鼠麹草(Gnaphalium affine D. Don)也能大量富集Sb，并有很强耐受性。 （7） 研究区这种特殊的高Sb地质环境和人为活动的影响，导致表生环境中Sb的高度富集，造成农作物、水体中Sb含量极高，通过食物链和水体严重影响当地居民的身体健康。

内蒙古草原凋落物分解对生物多样性变化的响应

生物多样性与生态系统功能紧密相关，而凋落物分解是生态系统主要功能之一，同时凋落物的分解反过来又影响了物种的组成和多样性。本研究在内蒙古草原应用分解网袋法，通过功能群去除产生不同的多样性梯度。研究了草原生态系统的生物多样性变化对凋落物分解过程的影响。实验分为相互补充的三个部分，（一）、分解微环境实验研究了功能群多样性变化引起的分解微环境变化对凋落物分解的影响；（二）、凋落物组成实验研究四个功能群的优势物种羊草（Leymus chinensis）、大针茅（Stipa grandis）、细叶葱（Allium tenuissimum）、刺穗藜（Chenopodium aristatum）的15种不同组合方式的单种或混合凋落物在相同的分解微环境下物种间的相互作用对凋落物分解的影响；（三）、综合分解微环境和凋落物组成两种影响凋落物分解的因素，从15种多样性组合的去除样方中收集的单种或混合凋落物放回原样方分解。研究结果表明，功能群多样性，相应地物种多样性高的样方中，其微环境有利于凋落物的分解，两个生物特性差异较大的物种木地肤（Kochia prostrata）和二裂委陵菜（Potentilla bifurca）在功能群多样性高的样方中与多样性低的样方相比均表现出高的分解速率；混合凋落物的分解具有非加和性效应。混合凋落物的分解速率与其初始碳含量呈负相关关系，与其初始氮、磷含量呈正相关；当混合凋落物在功能群多样性不同的环境中分解时，重量降解速率与环境中的功能群多样性没有显著的相关关系，氮流失与功能多样性成正相关。我们的研究表明，群落中凋落物组成和凋落物多样性相比，前者是影响凋落物分解的决定性因素；与地上存活植株的生物学过程相比，凋落物分解受生物多样性的影响较小；在生物多样性更高的区域，可以显著地增加氮的循环过程，有利于提高群落生产力。

植物根系、根区微生物对大气CO2浓度倍增的反应及其生态学意

预测下世纪中叶，大气CO_2浓度将高到目前的两倍（即达到700μ1•1~(-1)）。CO_2倍增对植物地上部的影响已经有了较多的研究，胆是由于方法学上的困难，至今关于倍增CO_2对植物根及根区微生物的研究仍是非常匮乏。本文应用国际上最新的根研究方法，以根系为中心，研究开顶式CO_2C熏蒸培养室中，CO_2倍增条件下根系与地上部，根系与根区微生物[共生的泡囊－丛枝菌根（VAM）真菌，非共生的土壤微生物]的关系。 1. CO_2倍增对根系的影响目前CO_2倍增对根系影响的研究多集中在根生物量的测定，或根／冠比值的测定，而善于其它参数如根长度则很少涉及，而根表面的反应目前还未见文献报道。本实验以幼苗期小麦“青323”（Triticum aestivum）、水稻“中作 29”(Oryza sativa)、大豆“科农4号”（Glycine max）、玉米“农大3138”（Zea mays）、甜高粱“M－81E”（Sorghum saccharatum）为材料，研究CO_2倍增对植物生物量的影响，发现CO_2倍增使C_3植物水稻、大豆的地上部、根系干重均显著增加，使小麦的根系干重显著增加，地上部无显著差异;C_4植物玉米和甜高粱的地上部和根系均没有显著反应。植物干重反应资料表明在光合产物的分配方面，C_3和C_4植物之间存在巨大的差异。 为了解根系获取土壤资源的能力的变化，我们对根系总长度和总表面积进行了分析。用样格交叉法研究根系长度的变化，结果显示，幼苗期的小麦、大豆的根系长度均被显著促进，尤其值得注意的是，尽管玉米根系干重没有显著改变，但是根长度已发生显著变化。同时应用研究根系表面积的最新方法－Na NO_2吸附法，研究发现幼苗期小麦、水稻和大豆的根系表面积在CO_2倍增条件下均显著增加，C_4植物玉米的根表面积亦有显著增加，但甜高粱的根表面积却没有显著反应，这说明即使在C_4植物类型中，根系表面积的反应在不同物种间仍存在很大差异。由于根长度和根表面积增幅大于根干重的增幅，所以推断在CO_2倍增条件下，植物根系细根比例增加，这有利于植物获取更多的养分。由于不同植物之间根系的反应不同，这将改变群落中原有的根系竞争关系，从而影响群落中物种的组成。 2. CO_2倍增对VAM真菌侵染强度和活力的影响本文应用NBT染色法，并结合浸染强度等级和活力等级标准，首次对CO_2倍增条件下，植物VAM真菌的侵染强度和活力的变化进行了检测。对比常规的酸性品红乳酸甘油法和NBT法，发现两者在显示侵染强度时元显著差异，但后者能同时用于侵染活力等级的研究。对幼苗期大豆以及不同生长期的小麦和玉米根系VAM真菌的侵染强度和活力进行观测，结果显示，倍增CO_2对大豆的侵染强度和活力均没有显著效应;使幼苗期玉米的侵染强度显著增加，但侵染活力无显著差异，但随生长期的推移，侵染强度所受的CO_2倍增效应逐渐减小，与14天苗龄（DAP）和35DAP相比，侵染活力在22DAP时所受效应最大;使10DAP小麦的VAM侵染强度和活力均显著增加，而且这种效应在30DAP小麦中的表现与10DAP小麦的相同。说明C_3、C_4植物中，菌根真菌对CO_2倍增反应不同，这也许是C_3、C_4植物对CO_2倍增反应不同的原因之一。倍增CO_2改善了VAM真菌的发育，所以较之于非菌根侵染植物，菌根侵染植物将因为CO_2倍增而获益更多，另一方面不同种植物中，VAM真菌的发育反应不同，这将使植物群落中，根系获取无机营养的竞争能力发生变化，最终影响植物群落的物种丰度和生物多样性以及群落的演替。 3. CO_2倍增对非共生土壤微生物的影响CO_2倍增使生长70天的小麦、垂柳（Salix babylonica）、藜(Chenopodium album)、繁穗苋（Amaranthus cruentus）品种“红苋K112”的地上部和根系的生物量增加。以这些植物所在土壤为材料，用氯仿熏蒸直接提取法研究土壤微生物生物量C（C_(mic)）和生物量N（N_(mic)）的变化，发现CO_2倍增尽管使各类型植物的C_4植物）土壤中C_(mic)的变化趋势不完全相同（小麦和藜所在土壤的C_(mic)下降，垂柳中C_(mic)升高，而在繁穗苋中无显著差异），但N_(mic)在各物种所在土壤中均有不同程度的上升，在繁穗苋中增幅最大。C_(mic):N_(mic)比值在4个物种所在土壤中均明显下降，这意味着CO_2倍增后在植物生长后期，土壤微生物活性提高，分解植物凋落物和土壤中其它有机质的能力加强，从而改善贫瘠土壤中有机质质量。 4.CO_2倍增对植物呼吸和光合作用及C素积累的影响 1）CO_2倍增对植物暗呼吸的影响：以杜仲（Eucommia ulmoides）、紫花苜蓿(Medicago sativa)和玉米等10种植物的离体成熟叶片或整株为材料，研究不同测定温度（15～35 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸的影响。结果表明：在较低温度（15 ℃、20 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸没有显著效应;在较高温度（30 ℃、35 ℃）时，多数被测植物的暗呼吸显著增强。由于植物在不同温度时它们的暗咱吸受CO_2倍增的促进幅度不同，这将导致不同地区（环境温度不同）的植物暗呼吸反应有差异，而且由于不同物种的暗呼吸增幅不同，综合光合效应，它们的生物量的反应也会不同。 2）CO_2倍增对整株植物的CO_2气体交换及植物C素积累的影响：利用自行设计的一套CO_2气体测定装置，首次尝试同步测定CO_2倍增条件下幼苗期小麦地下部和地上部的气体交换在昼夜24小时内的变化及C素的积累。发现CO_2倍增不仅使小麦地上部C素的积累增加，也使地下部释放的C素增加，但整株植物的C素收入仍高于对照两倍多，这从植物与环境的CO_2气体交换角度为CO_2倍增促进植物生物量的增加提供了依据。并首次提出：植物的整体性及植物所在的环境条件（主要是温度和光照强度）决定着植物暗呼吸对CO_2倍增的响应方式：被抑制或无效应。

海北站周围3种外来物种入侵状况的初步研究

通过对海北生态系统定位站附近3种植物播娘蒿Descurainia sophia、荠菜Capsella bursa-pastoris、灰绿藜Chenopodium glaucum的分布情况的调查,初步分析了3种植物的扩散策略,并预测了其对高寒草甸生态系统潜在的影响.

青海湖盐碱湿地灰绿藜叶的形态解剖学研究

利用光学显微镜和透射电镜对生长于青海湖湖滨盐碱湿地的先锋植物灰绿藜(Chenopodium glaucum Linn. ) 及生长于甘肃兰州大学校园内中生环境对照灰绿藜叶片的显微、超微结构进行了比较观察研究。结果发现中生环境灰绿藜叶片较薄, 有明显的栅栏与海绵组织分化; 叶绿体呈椭圆形, 基粒片层较发达且普遍含有淀粉粒。与对照相比, 生长于高海拔湖滨盐碱湿地灰绿藜叶为等面叶, 叶片厚, 角质层厚, 栅栏组织发达, 气室明显, 具表皮毛; 线粒体较多, 但嵴不发达, 叶绿体呈扁船型沿着壁的边缘排列, 叶绿体的基粒片层不发达且普遍含有脂质球, 一些细胞中常出现大量的多层膜结构。研究结果表明2 种生态型灰绿藜的形态结构已发生了深刻的变异, 湖滨灰绿藜表现出适应区域的寒旱化的明显特征。