2015神农架生物学实习小论文 神农架区域内一年蓬适应性分布 龙振宇陈胜之*陈洁仪 (复旦大学生命科学学院,上海200433) 摘要:一年蓬原产自北美,是神农架林区内的一种入侵植物。神农架环境多样, 其海拔高度、光照强度及生物物种分布等生物、非生物因素变化较大。作为一种 典型的阳生植物,一年蓬的形态结构产生了许多适应性特征,从而实现了在神农 架区域内的广泛分布。同时,一年蓬在人类活动频繁地区似乎有更强的适应力。 我们于不同海拔、光照等条件下对一年蓬进行了各种性状的统计,试图对其适应 性进行合理解释,为今后神农架区域内一年蓬的治理给出一些建议。 关键词:阳生植物,海拔高度,抗虫性,叶序 Adaptive distribution of Erigeron annuus in Shennongjia Zhenyu Long, Shengzhi Chen", Jieyi Chen** ( School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200433) Abstract: Erigeron annuus, native to North America, is a kind of invasive plant in Shennongjia Forestry District. Different biological and abiotic factors, such as altitude light intensity, species distribution, contribute to diverse environment in Shennongjia As a kind of typical sun plants, Erigeron annuus has involved adaptive features in morphological structure, which achieved its widely distributed in the Shennongjia area At the same time, we find that Erigeron annuus seems to adapt to arears of frequent human activity. In order to make a reasonable explanation of its adaptability and give some suggestion on governance of Erigeron annuus in the Shennongjia area in future we did a survey of various characteristics of Erigeron annuus at different altitude, under different lighting conditions Key words: sun plants, altitude, pest resistance, phyllotaxy 共同第一作者 Author for correspondence. E-mail:13307110292 fudan.edu. c 共同第一作者 Author for correspondence. E-mail:30711041 fudan educ
2015 神农架生物学实习小论文 神农架区域内一年蓬适应性分布 龙振宇 陈胜之 陈洁仪** （复旦大学生命科学学院，上海 200433） 摘要：一年蓬原产自北美，是神农架林区内的一种入侵植物。神农架环境多样， 其海拔高度、光照强度及生物物种分布等生物、非生物因素变化较大。作为一种 典型的阳生植物，一年蓬的形态结构产生了许多适应性特征，从而实现了在神农 架区域内的广泛分布。同时，一年蓬在人类活动频繁地区似乎有更强的适应力。 我们于不同海拔、光照等条件下对一年蓬进行了各种性状的统计，试图对其适应 性进行合理解释，为今后神农架区域内一年蓬的治理给出一些建议。 关键词：阳生植物，海拔高度，抗虫性，叶序。 Adaptive distribution of Erigeron annuus in Shennongjia Zhenyu Long, Shengzhi Chen*, Jieyi Chen** (School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200433) Abstract: Erigeron annuus, native to North America, is a kind of invasive plant in Shennongjia Forestry District. Different biological and abiotic factors, such as altitude, light intensity, species distribution, contribute to diverse environment in Shennongjia. As a kind of typical sun plants, Erigeron annuus has involved adaptive features in morphological structure, which achieved its widely distributed in the Shennongjia area. At the same time, we find that Erigeron annuus seems to adapt to arears of frequent human activity. In order to make a reasonable explanation of its adaptability and give some suggestion on governance of Erigeron annuus in the Shennongjia area in future, we did a survey of various characteristics of Erigeron annuus at different altitude, under different lighting conditions Key words: sun plants, altitude, pest resistance, phyllotaxy. 共同第一作者 Author for correspondence. E-mail:13307110292@fudan.edu.cn **共同第一作者 Author for correspondence. E-mail:13307110341@fudan.edu.cn
神农架生物学实习小论文 2015 植物在自然界中的分布范围与其适应性高低密切相关。自然界包括了阳光、 海拔、土壤等多种非生物环境因素,也有天敌等生物因素,这都对植物的适应性 提出了挑战。 随着外界环境的变化,植物会对海拔高度、光照强度和天敌产生株髙、叶序 排列、抗虫性等方面的适应。尤其是在株高和叶序排列方式上,同一种植物在不 同条件下会产生显著差异。此外,植物的适应性还体现在了其生理结构的变化, 例如光照条件直接决定了植物茎中机械组织成分的高低。在特定情况下,植物还 可以通过自身的次生代谢物进行种间、种内竞争,改善自己的生存条件。 通常情况,大部分植物只能在较小的环境限制因子范围内完成整个生活史, 因此在复杂多变的环境下往往分布有限。但是,以外来入侵植物为代表的部分植 物却具有极强的适应性,从而实现了在某一区域内的广泛分布。 一年蓬( Erigeron annuus)是神农架草本群落的优势种,从海拔1200米到 2900米均有分布,常见于空旷的荒地和公路两旁。其生境成分较为简单,生长状 况常受到光照、海拔等条件的影响。我们对不同海拔、光照条件的一年蓬株髙及 叶序分布进行统计,同时对其进行结构解剖,从而初步了解一年蓬的适应性特征 并提出治理的意见 1材料与方法 1.1研究地概况 神农架林区位于湖北省西部,地跨东经109°56′~110°58′,北纬31°15′ 31975,总面积3253平方公里,林地占85%以上,平均海拔约1700米,山峰 多在1500米以上,有“华中屋脊”之称。因其位于中纬度北亚热带季风区,气 温偏凉而且多雨,年平均气温为12℃,年降水量900~1000毫米,一年四季受 到湿热的东南季风和干冷的大陆高压的交替影响以及高山森林对热量、降水的 调节,夏无酷热、冬无严寒,气候宜人,并随海拔的升高形成低山、中山、亚 高山3个气候带,立体气候十分明显。独特的地理气候条件使神农架的生物资 源非常丰富,有各类植物3700多种,其中髙等维管束植物119科、872属、 2671种,有各类动物1060余种,其中两栖类33种,爬行类40种,兽类76 种,鱼类47种,鸟类308种,昆虫560种 1.2研究对象 我们选择的研究对象为一年蓬。一年蓬属双子叶植物纲、桔梗目、菊科、飞 蓬属、一年蓬组,为一年生或两年生草本植物。一年蓬原产于美洲,19世纪随着 海外贸易传入我国,其繁殖能力和适应性十分强大,成为了著名的入侵物种,现 在我国除新疆、内蒙古、宁夏、海南外,东北、华北、华中、华东、华南及西南
2 神农架生物学实习小论文 2015 植物在自然界中的分布范围与其适应性高低密切相关。自然界包括了阳光、 海拔、土壤等多种非生物环境因素，也有天敌等生物因素，这都对植物的适应性 提出了挑战。 随着外界环境的变化，植物会对海拔高度、光照强度和天敌产生株高、叶序 排列、抗虫性等方面的适应。尤其是在株高和叶序排列方式上，同一种植物在不 同条件下会产生显著差异。此外，植物的适应性还体现在了其生理结构的变化， 例如光照条件直接决定了植物茎中机械组织成分的高低。在特定情况下，植物还 可以通过自身的次生代谢物进行种间、种内竞争，改善自己的生存条件。 通常情况，大部分植物只能在较小的环境限制因子范围内完成整个生活史， 因此在复杂多变的环境下往往分布有限。但是，以外来入侵植物为代表的部分植 物却具有极强的适应性，从而实现了在某一区域内的广泛分布。 一年蓬（Erigeron annuus）是神农架草本群落的优势种，从海拔 1200 米到 2900 米均有分布，常见于空旷的荒地和公路两旁。其生境成分较为简单，生长状 况常受到光照、海拔等条件的影响。我们对不同海拔、光照条件的一年蓬株高及 叶序分布进行统计，同时对其进行结构解剖，从而初步了解一年蓬的适应性特征 并提出治理的意见。 1.材料与方法 1.1 研究地概况 神农架林区位于湖北省西部，地跨东经 109°56′～110°58′，北纬 31°15′～ 31°75′，总面积 3253 平方公里，林地占 85%以上，平均海拔约 1700 米，山峰 多在 1500 米以上，有“华中屋脊”之称。因其位于中纬度北亚热带季风区，气 温偏凉而且多雨，年平均气温为 12℃，年降水量 900～1000 毫米，一年四季受 到湿热的东南季风和干冷的大陆高压的交替影响以及高山森林对热量、降水的 调节，夏无酷热、冬无严寒，气候宜人，并随海拔的升高形成低山、中山、亚 高山 3 个气候带，立体气候十分明显。独特的地理气候条件使神农架的生物资 源非常丰富，有各类植物 3700 多种，其中高等维管束植物 119 科、872 属、 2671 种，有各类动物 1060 余种，其中两栖类 33 种，爬行类 40 种，兽类 76 种，鱼类 47 种，鸟类 308 种，昆虫 560 种。 1.2 研究对象 我们选择的研究对象为一年蓬。一年蓬属双子叶植物纲、桔梗目、菊科、飞 蓬属、一年蓬组，为一年生或两年生草本植物。一年蓬原产于美洲，19 世纪随着 海外贸易传入我国，其繁殖能力和适应性十分强大，成为了著名的入侵物种，现 在我国除新疆、内蒙古、宁夏、海南外，东北、华北、华中、华东、华南及西南
龙振宇陈胜之陈洁仪:神农架区域内一年蓬适应性分布 等地均有分布,在各种生境如田野、坡地、山谷、草原等都能生长。大量的一年 蓬与本土植物、农作物等争夺生存资源,有一定危害性。 1.3研究方法 1.3.1分布地调查 在野外实习过程中我们考察了许多种生境,如木鱼镇(荒地)、香溪源(坡 地)、漳宝河谷(山谷)、神农顶(高山)。在这些不同的生境我们都发现了一 年蓬。其中,在土地较肥沃、阳光较充足的地方一年蓬分布更多,如道路两旁(汽 车排放的含氮尾气起到了氮肥的作用)。漳宝河谷山路的远离山体的一侧,一年 蓬分布远多于靠近山体的一侧,表明阳光是影响一年蓬分布的重要因素。 1.3.2样方调查 在木鱼镇荒地处生长着许多的一年蓬以及其他杂草,我们选取样方进行了调 査。我们采用等距取样法,通过步伐来选取样方,每隔500厘米选取一个样方, 单个样方是半径为70厘米的圆,统计样方中一年蓬以及其他几种代表性杂草的 数目。在样方内,我们随机抽取了一些一年蓬以及其他杂草的样本,计数它们各 自的叶片总数以及被虫咬啮过的叶片数,计算它们被虫咬啮过的叶片比率。 1.3.3数据分析 我们利用 Excel对上述统计数据进行显著性检验,得出初步的一年蓬株髙与 海拔之间的关系。同时,对其样方中的频度和抗虫性进行数据处理,得出简要的 结论。 1.3.4解剖观察 除了宏观观察之外我们还采摘了一些一年蓬样本进行解剖观察。采集的样本 包括阴生(生长在密林中或紧挨着山坡山壁生长)和阳生(生长在路旁或旷地上) 两种,我们分别制作了根、茎、叶的徒手切片,在显微镜下对比观察阴生和阳生 一年蓬微观结构上的差异。此外,我们还用解剖镜进行了一年蓬花的解剖观察。 2结果 2.1一年莲在神农架区域内的分布状况 2.1.1基本现象观察 在植物样本采集过程中,我们小组发现一年蓬在神农架区域内分布极其广泛: 从海拔高度来说,从1200米左右的木鱼镇到海拔高达3100米的神农顶(图 甲),我们都看到了一年蓬的身影;从生境来说,一年蓬的生境囊括了荒地、山 谷(图1乙)、坡地、田地等。由此,我们开始展开了对一年蓬的初步观察与分 1 Yong Wang(王勇)(2008) On invasive biology of alien plant Erigeron philadelphicus(外来植物春一年蓬入 侵生物学研究) Master dissertation, Shanghai Normal University( in Chinese with English abstract
龙振宇 陈胜之 陈洁仪：神农架区域内一年蓬适应性分布 3 等地均有分布，在各种生境如田野、坡地、山谷、草原等都能生长。大量的一年 蓬与本土植物、农作物等争夺生存资源，有一定危害性。 1.3 研究方法 1.3.1 分布地调查 在野外实习过程中我们考察了许多种生境，如木鱼镇（荒地）、香溪源（坡 地）、漳宝河谷（山谷）、神农顶（高山）。在这些不同的生境我们都发现了一 年蓬。其中，在土地较肥沃、阳光较充足的地方一年蓬分布更多，如道路两旁（汽 车排放的含氮尾气起到了氮肥的作用）1。漳宝河谷山路的远离山体的一侧，一年 蓬分布远多于靠近山体的一侧，表明阳光是影响一年蓬分布的重要因素。 1.3.2 样方调查 在木鱼镇荒地处生长着许多的一年蓬以及其他杂草，我们选取样方进行了调 查。我们采用等距取样法，通过步伐来选取样方，每隔 500 厘米选取一个样方， 单个样方是半径为 70 厘米的圆，统计样方中一年蓬以及其他几种代表性杂草的 数目。在样方内，我们随机抽取了一些一年蓬以及其他杂草的样本，计数它们各 自的叶片总数以及被虫咬啮过的叶片数，计算它们被虫咬啮过的叶片比率。 1.3.3 数据分析 我们利用 Excel 对上述统计数据进行显著性检验，得出初步的一年蓬株高与 海拔之间的关系。同时，对其样方中的频度和抗虫性进行数据处理，得出简要的 结论。 1.3.4 解剖观察 除了宏观观察之外我们还采摘了一些一年蓬样本进行解剖观察。采集的样本 包括阴生（生长在密林中或紧挨着山坡山壁生长）和阳生（生长在路旁或旷地上） 两种，我们分别制作了根、茎、叶的徒手切片，在显微镜下对比观察阴生和阳生 一年蓬微观结构上的差异。此外，我们还用解剖镜进行了一年蓬花的解剖观察。 2.结果 2.1 一年蓬在神农架区域内的分布状况 2.1.1 基本现象观察 在植物样本采集过程中，我们小组发现一年蓬在神农架区域内分布极其广泛： 从海拔高度来说，从 1200 米左右的木鱼镇到海拔高达 3100 米的神农顶（图 1 甲），我们都看到了一年蓬的身影；从生境来说，一年蓬的生境囊括了荒地、山 谷（图 1 乙）、坡地、田地等。由此，我们开始展开了对一年蓬的初步观察与分 1 Yong Wang (王勇) (2008) On invasive biology of alien plant Erigeron philadelphicus (外来植物春一年蓬入 侵生物学研究). Master dissertation, Shanghai Normal University (in Chinese with English abstract)
神农架生物学实习小论文 布调查分析。 图1:一年蓬野外分布图片 Fig: Photo of the field distribution of Erigeron annuus 甲(神农顶冫 乙(漳宝河河谷) 2.1.2频度调查 为了得到一年蓬分布状况的简要数据,我们选择了驻地木鱼镇后山荒地 (图2)进行了样方调查。我们以每十步(每一步步幅约70厘米,十步距离约 为7米)为一个距离单位,以第十步驻停点为圆心、70厘米为半径取圆形样 方,在样方内进行物种频度调查,得到表1。 图2:木鱼镇荒地实地图 Fig2: Land map of Muyu Town 表1:木鱼镇后山荒地样方频度调查表(O代表在样方内有该物种) Tablel: Muyu town mountain land plots frequency questionnaire 种名 年蓬 野艾蒿 车轴草 鹅观草 繁缕 野燕麦 Artemisia Trifolium Roegneria Plantago Stellaria Avena fatua wandulaefolia Linn 样方1 样方2 样方3 样方4 样方5 样方6 样方7 样方8
4 神农架生物学实习小论文 2015 布调查分析。 图 1：一年蓬野外分布图片 Fig：Photo of the field distribution of Erigeron annuus 甲（神农顶） 乙（漳宝河河谷） 2.1.2 频度调查 为了得到一年蓬分布状况的简要数据，我们选择了驻地木鱼镇后山荒地 （图 2）进行了样方调查。我们以每十步（每一步步幅约 70 厘米，十步距离约 为 7 米）为一个距离单位，以第十步驻停点为圆心、70 厘米为半径取圆形样 方，在样方内进行物种频度调查，得到表 1。 图 2：木鱼镇荒地实地图 Fig2：Land map of Muyu Town 甲 乙 表 1：木鱼镇后山荒地样方频度调查表（〇代表在样方内有该物种） Table1：Muyu town mountain land plots frequency questionnaire 种名 species 一年蓬 Erigeron annuus 野艾蒿 Artemisia lavandulaefolia 车轴草 Trifolium Linn 鹅观草 Roegneria kamoji 车前 Plantago asiatica 繁缕 Stellaria media 野燕麦 Avena fatua 样方 1 〇 〇 〇 〇 样方 2 〇 〇 〇 〇 〇 样方 3 〇 〇 〇 〇 样方 4 〇 〇 〇 〇 样方 5 〇 〇 〇 〇 〇 样方 6 〇 〇 〇 〇 样方 7 〇 〇 样方 8 〇 〇 〇 〇
龙振宇陈胜之陈洁仪:神农架区域内一年蓬适应性分布 样方9 样方10 样方11 样方12 样方13 样方14 oooo 样方15 频度 从表一中可以看到,一年蓬的频度极髙,与各种分布广泛的野艾蒿等植物物 种相比也毫不逊色。由此可见,一年蓬在木鱼镇荒地分布十分广泛。而在其他地 点,一年蓬也有类似的分布状况。 2.2一年蓬株高对海拔高度的适应 2.2.1样本采集 年蓬在神农架林区广泛分布,其分布地海拔差异较大,从海拔较低的香溪 源、木鱼镇(海拔约1100~1200米)到海拔较高的燕子垭(海拔约2100米)甚 至神农架林区的最高处神农顶(海拔约30003100米)都有分布。我们主要测量 了距驻地较近的木鱼镇后山、一年蓬大量分布的漳宝河谷以及与这两处海拔有明 显差异的燕子垭三处,受限于行程安排、自由活动时间、实习强度等因素,我们 未能采集到神农顶处一年蓬的株髙数据,不能不说是一种缺失和遗憾。 2.2.2株高测定 我们采用钢卷尺为测量工具,用纸、笔等记录。 植物株高一般是指植株根颈部(或子叶节处)到主茎顶部之间的距离。然而 在我们的实际考察中,不可能当场将一年蓬植株拔起然后测量记录,这样既破坏 了生态环境,也贻误了野外实习的原本任务,也不可能大量采集一年蓬然后运回 驻地测量,这样既对复旦大学、武汉大学的学生形象有所妨害,队员们的体力也 不允许。因此我们将钢卷尺拉出足够长的测量段,将一年蓬植株扶正,卷尺一头 抵在植株根部附近地上,近似模拟根颈部,然后读岀植株主茎顶部的髙度,得出 近似的植株株高。 2.2.3数据处理 我们利用 Excel简单处理了数据,计算出了三地一年蓬的平均株高以及置信 区间(表2)
龙振宇 陈胜之 陈洁仪：神农架区域内一年蓬适应性分布 5 从表一中可以看到，一年蓬的频度极高，与各种分布广泛的野艾蒿等植物物 种相比也毫不逊色。由此可见，一年蓬在木鱼镇荒地分布十分广泛。而在其他地 点，一年蓬也有类似的分布状况。 2.2 一年蓬株高对海拔高度的适应 2.2.1 样本采集 一年蓬在神农架林区广泛分布，其分布地海拔差异较大，从海拔较低的香溪 源、木鱼镇（海拔约 1100~1200 米）到海拔较高的燕子垭（海拔约 2100 米）甚 至神农架林区的最高处神农顶（海拔约 3000~3100 米）都有分布。我们主要测量 了距驻地较近的木鱼镇后山、一年蓬大量分布的漳宝河谷以及与这两处海拔有明 显差异的燕子垭三处，受限于行程安排、自由活动时间、实习强度等因素，我们 未能采集到神农顶处一年蓬的株高数据，不能不说是一种缺失和遗憾。 2.2.2 株高测定 我们采用钢卷尺为测量工具，用纸、笔等记录。 植物株高一般是指植株根颈部（或子叶节处）到主茎顶部之间的距离。然而 在我们的实际考察中，不可能当场将一年蓬植株拔起然后测量记录，这样既破坏 了生态环境，也贻误了野外实习的原本任务，也不可能大量采集一年蓬然后运回 驻地测量，这样既对复旦大学、武汉大学的学生形象有所妨害，队员们的体力也 不允许。因此我们将钢卷尺拉出足够长的测量段，将一年蓬植株扶正，卷尺一头 抵在植株根部附近地上，近似模拟根颈部，然后读出植株主茎顶部的高度，得出 近似的植株株高。 2.2.3 数据处理 我们利用 Excel 简单处理了数据，计算出了三地一年蓬的平均株高以及置信 区间（表 2）。 样方 9 〇 样方 10 样方 11 样方 12 〇 〇 〇 样方 13 〇 〇 〇 样方 14 〇 〇 〇 样方 15 〇 〇 频度 0.800 0.800 0.667 0.400 0.067 0.200 0.067