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2008年11月在乌拉圭召开的国际浅水湖泊大会上许多学者指出,全球气候变暖可能导致自由漂浮和浮叶植物扩张,并进一步影响沉水植物生长与发育。据近年来的调查,太湖的莕菜属植物(Nymphoidespeltata)正在迅速扩张,面积已经接近100km2。莕菜是多年生根着浮叶水生植物,其扩张是否受到气候变暖的影响是值得深入研究的科学问题。 在全球变暖的大趋势下,太湖流域于从七十年代开始经历了一个缓慢的增温过程。小幅度的水体升温所引起的大幅度积温的增加,势必会对水生植物的生长繁殖带来一定的影响。温度作为关键性的生态因子,在种子萌发,幼苗生长,种群繁殖等阶段通过改变植物的生理生化反应,直接或间接地影响植物的生长。基于此,本文通过室内受控试验,考察升温条件对莕菜种子和匍匐茎萌发、幼苗生长、营养体生长、光合作用,及与之伴生的沉水植物竞争潜力等影响,研究水温升高对莕菜生长的影响机制,并探讨全球气候变暖过程对莕菜种群演替的影响。研究结果如下: (1)在室内受控实验中:考察了五个温度梯度下(24℃,26℃,28℃,30℃,32℃)莕菜种子萌发率。在30℃下培养的莕菜种子萌发率达到了最高,并且温度过高或者过低,萌发率显著下降(P<0.05)。同时,对不同光照下莕菜种子的萌发率进行比较发现,弱光下培养的莕菜种子萌发率明显低于强光条件下的萌发率,即光照强度越大对莕菜种子的萌发越有利。在野外条件下,莕菜的种子一般沉入水底或漂浮于水中,水下较低的光照强度或许对种子的萌发产生了一定的限制。 (2)研究了不同温度下莕菜匍匐茎发芽率。发现30℃条件下的莕菜匍匐茎具有最高的发芽率以及生长潜力,升温有利于促进莕菜的无性繁殖,而相对高温的条件(该试验条件下为32℃)会对莕菜生长产生抑制。在24℃-30℃范围内,升温会引起莕菜匍匐茎的发芽率显著提高(P<0.05),并且有利于幼苗形态建成及根系生物量积累。 (3)研究了水体升温对莕菜营养生长的影响。发现在莕菜的营养生长过程中,水温升高对莕菜植株的生长产生了一定的促进作用,在较高温度条件下(该试验条件下为30℃),各项形态参数表现出较好的长势,具体表现在较大的生物量积累和株高上。并且,对植物根系形态分析也证明,随着温度的升高,更利于莕菜的根系发达和植株的生长。但水温达到32℃时则对莕菜的生长产生一定的负面影响。 (4)测试了水体升温对莕菜光合作用的影响。莕菜叶片的最大光合速率(Amax)、蒸腾速率和气孔导度在不同温度下产生明显的分异现象,也即在30℃时出现峰值,高于或低于此温度时均下降。 (5)研究探讨了水温升高对莕菜与沉水植物种间竞争的影响。发现莕菜通过较大的叶面积比以及较高的生长速率在群落演替过程中获得明显的竞争优势。 综上所述,在适宜的范围,水温升高,哪怕很小的增温效应也会产生较大生物积温,可以显著促进莕菜种子和匍匐茎萌发及营养生长,提高其光合作用率,并提高莕菜对沉水植物的竞争力,有利于其种群扩张。