增温和氮沉降背景下恶性入侵植物刺苍耳生活史的响应

Global warming and nitrogen deposition are the crucial problems that people face nowadays. Those problems will continue to influence the environment which is the basis of human being’s survival, so that global warming and nitrogen deposition have become the focus of the research in global change. Xanthium spinosum has been recognized as a kind of malignant invasive weed, and it has been spreading in xinjiang. It could make enormous threat on the ecological safety, biodiversity, development of agriculture in the invaded areas. Just because of its strong adaptation to the divergent environment in Ili River Valley, this project take X. spinosum as the research material. According to systemic natural and experimental researches with site experiment, simulation on the mathematical model,this project use infrared ray heat instrument to simulate the effects of global warming and nitrogen deposition on life history adaptation, the regulation mechanisms and physiological ecology characteristics of X. spinosum population. Primary research contents are as follows: effects of simulated warming and nitrogen deposition on the regeneration ecology, the characteristics and strategies of seed germination, seedling’s tolerance to stresses, and the adaptability of life history pattern under the simulated warming and nitrogen deposition environments. The research will reveal the perfect adaptation strategies and its regulation mechanism of X. Spinosum population life history under the simulated warming and nitrogen deposition environments in Ili River Valley. The results of this project will provide some scientific basis for production practice in the management and control for some malignant invasive plant species, even the the sustainable development and utilization of ecological systems.

全球变化正在并将持续对人类赖以生存的地球生态环境产生长远的影响，其中气候变暖和氮沉降增加是两个最突出的全球环境问题。目前，科学家们已普遍意识到生物入侵已成为全球变化的因素之一及重要组成部分。入侵生态学尤其是与全球环境变化相结合，已经成为生态学研究的热点问题之一，并逐渐引起各国政府、科研工作者和民众的广泛关注。本项目拟以新疆伊犁河谷地区广为分布的恶性入侵植物刺苍耳（Xanthium spinosum）为研究对象，应用野外定点实验、模拟实验和数学模型等方法，开展模拟氮沉降和增温条件下刺苍耳生活史的响应及其调节的种群生态和生理生态学研究。主要研究内容包括：模拟增温与氮沉降对刺苍耳繁殖生态的影响，种子萌发及其生理生态，幼苗生长的耐受性的实验生理生态，以及种群生活史格局的响应研究。目的在于揭示全球变化背景下恶性入侵植物刺苍耳的种子萌发、生长、繁殖与分配等生活史格局差异性、规律性，建立全球变化背景下的

候变暖和氮沉降增加是全球变化两个最突出的全球环境问题。目前，科学家们已普遍意识到生物入侵已成为全球变化的因素之一及重要组成部分。本项目以新疆伊犁河谷地区恶性入侵植物刺苍耳（Xanthium spinosum）为研究对象，开展模拟氮沉降和增温条件下刺苍耳生活史的响应及其调节的种群生态和生理生态学研究。主要内容包括：模拟增温与氮沉降对刺苍耳繁殖生态的影响，种子萌发及其生理生态，幼苗生长的耐受性的实验生理生态，以及种群生活史格局的响应研究。研究发现：（1）中等水平的氮沉降下幼苗的主根伸长、株高增高、叶片数增多、基径加粗、刺增多；高氮沉降下根、茎和叶生物量均显著下降，但根生物量比和根冠比则显著增高；幼苗的生长对不同氮沉降水平具有时间响应特征，中氮与高氮的相反。（2）铵态氮能不同程度地促进株高的生长；随着铵态氮的增加，棘刺、叶生物量均较纯硝态氮有不同程度的增加；铵态氮显著提高了茎和叶的生物量分配。（3）白天增温可以显著促进种子萌发；增温不同程度地促进了幼苗的株高，以全天增温的为最高，其次为夜间增温；与对照组相比，全天增温可极显著地促进叶片数，显著地降低棘刺数量；全天增温及夜晚环境可极显著地提高其SLA、LMF和LAR值；叶的生物量分配不受增温方式影响。（4）与非增温处理组相比，种子萌发的前10天内增温处理均显著加快了种子的萌发进程，且以T+N处理组的萌发进程最快，萌发率最高，其次为T+NO、TO+NO和TO+N处理组。（5）在种群构件的生物量中，总苞＞茎＞叶＞根＞刺，各构件生物量间存在着极为显著的正相关性，且拟合方程以均幂函数表现最优。（6）三个样地中地刺苍耳土壤种子库最大可达70.2±16.0粒•m-2，凋落物和0-5cm表层沙中储藏了超过85%的种子。（7）不同沙埋深度对刺苍耳种子的出苗率、幼苗生长高度、生物量和生物量的分配均有显著的影响。项目的相关研究结果将有助于揭示刺苍耳在伊犁河谷入侵与泛滥的内在机制及外在环境制约与推动机理，并为本地区恶性入侵植物的管控提供一定的科学依据。