植物入侵论文

外来物种入侵的危害及其原因分析我国地域辽阔，生态类型多种多样，涉及的外来入侵物种数量多、范围广，造成的危害也比较严重。1 对生态环境的影响外来入侵种通过竞争或占据本地物种生态位，排挤本地种。例如从洱海、程海和抚仙湖引进太湖新银鱼后鱼产量的变化来看，浮游动物为食性的银鱼不仅与本地鱼类的幼鱼发生强烈的食物竞争，而且与程海红鮊、大眼鲤、春鲤、洱海鲤、鱇[鱼良]白鱼等浮游动物食性的本地鱼类之间也产生强烈的食物竞争，导致本地鱼类种群数量急剧下降。或与当地种竞争食物；或直接扼杀当地物种。外来鱼类通过与本地鱼竞争食物并吞噬本地鱼类鱼卵使本地鱼种类和数量减少的例子很多。以洱海为例，20世纪 60年代引进"四大家鱼"时带进的鰕虎鱼和麦穗鱼主要生活于湖泊的浅水区，嗜噬本地鱼类产于浅水区的授精卵，结果导致本地鱼类种群急剧减少。或分泌释放化学物质，抑制其它物种生长，使当地物种的种类和数量减少，甚至濒危或灭绝。例如豚草可释放酚酸类、聚乙炔、倍半萜内脂及甾醇等化感物质，对禾本科、菊科等一年生草本植物有明显的抑制、排斥作用。在云南各地，导致本地鱼类濒危的因素主要有四个：外来鱼类、围湖造田、水利工程、酷渔滥捕。滇西北主要的3个湖泊洱海、程海、泸沽湖，共有本地鱼类 34种。从鱼产量的历史资料来看，本地鱼类数量急剧下降均发生于引进新的鱼类种类之后。洱海在20世纪60年代初期引进"四大家鱼"时无意中夹带进鰕虎鱼和麦穗鱼等非经济性外来鱼类后，大理弓鱼等本地鱼类经历了第一次冲击，产量急剧下降，下降幅度在50~1000倍左右，同期鱼船的数量及捕捞强度的增加则仅为1倍左右；至80年代中期，鰕虎鱼和麦穗鱼等非经济性外来鱼类数量明显下降后，本地鱼类的产量又有所回升；80年代末期引进太湖新银鱼并在90年代初期形成产量后，土著鱼类又经历了第二次冲击，各种本地鱼类均陷于濒危状态。同期，泸沽湖有裂腹鱼遭受鰕虎鱼和麦穗鱼等排挤，程海有本地鱼遭受银鱼排挤的类似命运。这些资料表明，在外来鱼类、围湖造田、水利工程、酷渔滥捕等四大致危因素中，外来鱼类是导致土著鱼类种群数量急剧下降或濒危的最大因素。由于直接减少了当地物种的种类和数量，形成了单优群落，间接地使依赖于这些物种生存的当地其它物种的种类和数量减少，最后导致生态系统单一和退化，改变或破坏当地的自然景观。有的入侵种，特别是藤本植物，可以完全破坏发育良好、层次丰富的森林。禾草或灌木入侵种占据空间后，其它的乔木就无法生长。许多外来入侵种使植被遭到破坏，变成层次单一的低矮植被类型。这些植物群落（包括物种组成和空间结构等）的改变相应地引起生态过程的改变，这包括正常的火循环周期被改变，火发生的频率及水资源的消耗增加，加重土壤的贫瘠化等。外来入侵种对生态系统另外一个更不易察觉的影响是污染当地的遗传多样性。随着生境片段化，残存的次生植被常被入侵种分割、包围和渗透，使本土生物种群进一步破碎化，造成一些植被的近亲繁殖及遗传漂变。有些入侵种可与同属近缘种、甚至不同属的种（如加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）不但可与同属植物杂交，还可与假蓍紫菀（Aster ptarmicoides）杂交。入侵种与本地种的基因交流可能导致后者的遗传侵蚀。在植被恢复中将外来种与近缘本地种混植，如在华北和东北本地种落叶松（Larix）产区种植日本落叶松（），在海南本地的海桑属（Sonneratia）产区混植从孟加拉国引进的无瓣海桑（S. apetala），都存在相关问题，因为这些属已有一些种间杂交的报道[14]。从美国引进的红鲍（Haliotis rufescens）和绿鲍（H. fulgens），在一定条件下能和我国本地种皱纹盘鲍（H. dscus hannai）杂交，在实验室条件下已经获得了杂交后代，如果这样的杂交后代在自然条件下再成熟繁殖，与本地种更易杂交，结果必将对我国的遗传资源造成污染[3]。值得注意的是，与人类对环境的破坏不同，外来入侵物种对生态系统的破坏及威胁是长期的、持久的。当人类停止对某一环境的污染后，该环境会逐渐恢复，而当外来物种入侵后，即使停止继续引入，已传入的个体并不会自动消失，而会继续大肆繁殖和扩散，这时要控制或清除往往十分困难。而由于外来物种的排斥、竞争导致灭绝的本地特有物种则是不可恢复的。因而对外来物种威胁生物多样性的问题应引起足够的重视。2 对人类健康的影响全球经济一体化带来了许多新的医学问题，其中一些是外来物种入侵所带来的。病毒是个棘手的问题，尽管人类用疫苗成功地防治了天花、小儿麻痹、黄热病等病毒，但是对大量的病毒却束手无策。人类花费大量精力寻找爱滋病的疗法，却收效甚微。更糟糕的是，全球化会使那些对人类有害的病毒影响范围进一步扩大。传染性疾病是外来物种入侵的典型例证。大凡新型的传染病，一些是直接通过旅行者无意带进来的，还有一些则是间接地从人们有意或无意引进的动物体上传染的。[10]淋巴腺鼠疫（通常是由鼠疫杆菌Pasturella pestis引发的）由跳蚤携带，而跳蚤通过寄生于入侵物种--原产自印度的黑家鼠（Rattus rattus），从中亚传播到北非、欧洲和中国[10]。随着欧洲殖民地的建立，麻疹和天花从欧洲大陆席卷了西半球。当地居民对这些疾病的抵抗力很弱，这也促使了阿芝特克和印加帝国的衰落[10]。一些外来动物，如大瓶螺等，是人畜共患的寄生虫病的中间宿主。麝鼠可传播野兔热，极易威胁周围居民的健康。豚草花粉是人类变态反应症的主要病原之一，所引起的"枯草热"给全世界很多国家人们的健康带来了极大的危害。据调查，1983年沈阳市人群发病率达 ，每到豚草开花散粉季节，过敏体质者便发生哮喘、打喷嚏、流清水样鼻涕等症状，体质弱者甚至可发生其他合并症并死亡[1]。大型工程，比如修建水坝、灌溉、土地开垦、道路建设和移民工程等，都可能导致疾病入侵，比如疟疾、骨痛热、血吸虫病和锥形虫病。人类开垦热带雨林地区，为更多的病毒入侵提供了新的机会，其中包括以前只在野生动物寄主之间循环的出血性发烧病的病毒。3 对社会和文化的影响外来入侵物种通过改变侵入地的自然生态系统，降低物种多样性，从而严重危害当地的社会和文化。我国是一个多民族国家，各民族聚居地区周围都有其特殊的动植物资源和各具特色的生态系统，对当地特殊的民族文化和生活方式的形成具有重要作用，特别是傣族、苗族、布依族等民族地区。由于紫茎泽兰等外来入侵植物不断竞争，取代本地植物资源，生物入侵正在无声地削弱民族文化的根基。凤眼莲往往大面积覆盖河道、湖泊、水库和池塘等水体，影响周围居民和牲畜生活用水，人们难以从水路乘船外出。4 对经济发展的影响外来入侵物种对人类的经济活动也有许多不利影响。杂草使作物减产，增加控制成本；水源涵养区和淡水水源生态体系质量的下降会减少水的供应；旅游者无意中带入国家公园的外来物种，破坏了公园的生态体系，增加了管理成本；病菌传播范围的不断扩大，导致每年上百万人致死或致残。外来入侵种给人类带来的危害是巨大的，造成的损失也是显而易见的。美国已有5万多种外来种，虽然有害的入侵种只占其中一小部分，但它们造成的负面影响却是惊人的。美国每年有700 000 hm2 的野生生物栖息地被外来杂草侵占，每年由于入侵种造成的经济损失达1 230亿美元！在美国受威胁和濒危的958个本地种中，有约400种主要由于外来种的竞争或危害而造成的，这种损失是难以用货币来计算的。入侵种给中国造成的损害尚未做出全面的评估。由于中国的生态环境破坏得更为严重，入侵种更为猖獗，加上本土物种的基数较大，估计受损程度要大于美国。入侵种已成为我国经济发展、生物多样性及环境保护的一个重要制约因素。保守估计，外来种每年给我国的经济造成数千亿元的经济损失。表2部分地显示了外来入侵种相关的经济花费。表2：我国外来入侵种相关的经济损失和防治费用外来入侵动植物对农田、园艺、草坪、森林、畜牧、水产和建筑等都可能直接带来经济危害。比如，外来的白蚁是破坏建筑的重要因素。因此，在国际贸易活动中，外来种常常引起国与国之间的贸易摩擦，成为贸易制裁的重要借口或手段。外来有害生物还可以通过影响生态系统而给旅游业带来损失。在云南省昆明市，20世纪70-80年代建成了大观河篆塘处-滇池-西山的理想水上旅游线路，游人可以从市内乘船游滇池和西山。但自90年代初，大观河和滇池中的凤眼莲"疯长"成灾，覆盖了整个大观河以及部分滇池水面，致使这条旅游线路被迫取消，在大观河两侧建设的配套旅游设施只好废弃或改做他用，大观河也改建成地下河。这给昆明的旅游业造成了巨大的损失。松材线虫扩展速度惊人，现在正威胁着著名的黄山和张家界的风景名胜区。一旦入侵，给这些风景区带来的经济损失将是很难估量的[1]。与直接经济损失相比，间接损失的计算十分困难。外来生物通过改变生态系统所带来的一系列火灾、水土、气候等不良影响从而产生的间接经济损失是巨大的。比如，大量的凤眼莲植株死亡后与泥沙混合沉积水底，抬高河床，使很多河道、池塘、湖泊逐渐出现了沼泽化，甚至失去了其应有的生态作用，并对周围气候和自然景观产生不利影响，加剧了旱灾、水灾的危害程度。凤眼莲植株大量吸附重金属等有毒物质，死亡后沉入水底，对水体二次污染，又加剧了污染程度。尽管这些损失难以准确计算，但却不容忽视。

警惕外来物种的入侵1.外来物种的定义外来物种(Alien species) 是指出现在过去或现在的自然分布范围及扩散潜力以外( 即在其自然分布范围以外, 在没有直接或间接的人类引入或照顾之下而不能存在) 的物种、亚种或以下的分类单元, 包括其所有可能存活、继而繁殖的部分、配子或繁殖体。当外来物种在自然或半自然生态系统或生境中建立了种群, 改变或威胁本地生物多样性的时候, 就成为外来入侵种(Alien invasive species) 。外来物种在有的文件中也称之为非本地的( non- native) 、非土著的(non indigenous)、外国的(foreign)或外地的(exotic)物种。2.外来物种入侵的特征①外来入侵种进入与扩散的途径及危害形式复杂多样、难以防范, 还存在通过不同的渠道多次引入的可能, 但以人类有意或无意的行为所引起的入侵为主, 入侵种的登陆地点也相对集中。②入侵行为具有隐蔽性和突发性, 一旦达成入侵, 往往在短时间内形成大规模爆发之势, 极难防范和监测。③入侵过程具有阶段性特征, 通常可以分为四个阶段:引入和逃逸期、种群建立期、停滞( 或潜伏) 期和扩散期。但有目的引入的物种, 如引种作物等, 以及受干扰明显地区的物种, 其两阶段间的成功率要高得多, 因此其入侵的成功率也较高。④入侵范围广泛( 汲及陆地和水体的几乎所有生态系统) , 后果难以估量和预见, 并可能引发一系列的连锁反应,且难以或甚至根本无法清除或控制( 不可逆性) , 防除的代价和成本也极为高昂, 而防除方法稍有不当或失灵, 入侵将可能变得不可收拾, 受影响区域可能会迅速扩大。⑤入侵事实、后果及其影响可能长时间存在。⑥入侵具有某种条件性或选择性特征, 物种单一的、人为干扰严重的、退化的、有资源闲置的、缺乏自然控制机制的生态环境下, 入侵成功的可能性较高, 而生态完整性良好的生态系统较不易受到入侵。3.外来物种入侵的主要方式a、有意引种①作为药用植物如肥皂草(Saponaria officinalis)、含羞草决明(Cassia mimosoides)、决明(Cassia tora)、土人参(Talinum paniculatum)、望江南、垂序商陆(Phytolacca americana)、洋金花(Datura metel)、澳洲茄(Solanumlaciniatum)等。②作为水产养殖品种如克氏原螯虾(Procambius clarkii)、罗氏沼虾(Macrobrachiumrosenbergii)、红螯螯虾(Cherax quadricianalus)、虹鳟鱼(Oncorhynchus mykiss)、口孵非鲫(Tilapia sp.)、欧洲鳗(Anguillaanguilla)、匙吻鲟(Polyodoh spathula)、淡水白鲳(Colossomabyachypomum)、斑点叉尾鮰(Morone saxatilis), 以及一些食肉性鱼类( 特别以小型鱼类为食) 如加州鲈(Micropterussalmoides)、条纹石鮨(Morone saxatilis) 和金眼石鮨(Moronechrysops)等等。③作为改善环境植物如互花米草(Spartina alterniflora)、结缕草(Zoysia materlla)、地毯草(Axonopus compressus)等。④作为食物如番杏(Tetragonia tetragonioides)、尾穗苋(Amaranthuscaudatus)、落葵(Basella alba); 作为水果引进的番石榴(Psidiumguajava)、鸡蛋果(Passiflora edulis)、作为产生“凉粉”原料的假酸浆(Nicandra physaloides) 以及作为食用动物的大瓶螺、褐云玛瑙螺等。⑤作为麻类作物一些古代引入的麻类作物, 如苘麻(Abutilontheophrasti)、大麻(Cannabis sativa)等, 这些麻类作物的栽培业随着棉花的引入而逐渐遭淘汰、在许多地方沦为杂草。⑥作为宠物一些动物作为宠物而在城市中广泛养殖, 生存能力较强的一些鹦鹉, 如小葵花凤头鹦鹉(Cacacatua sulpurea)和虹彩吸蜜鹦鹉(Trichoglossus haematotus), 当其野化后, 数量大增, 过度利用结果实的灌木, 或者过度采食嫩叶, 危害当地植被。b、无意引种①随船只等交通工具带入如红螺、芦荟等。②随进口农产品带入如松材线虫等。③随旅游者带入如地中海实蝇、北美车前(Plantago virginica)等。④通过周边地区自然传入如紫茎泽兰、飞机草主要是通过公路交通等从中缅、中越边境扩散入我国, 风和水也是自然扩散的原因之一。薇甘菊可能也通过气流从东南亚传入广东; 稻水象甲也可能是借助气流迁飞到中国大陆的。⑤随着人类建设传入如湿地松粉蚧等。4.外来物种所造成的危害几个世纪以前, 南非为了商业和装饰目的引进了一批包括按树、松树、金合欢树在内的树种。没想到, 这些树种成了一个个“癌细胞”, 它们快速繁殖, 成为“超级植物”, 没有任何其他树木可以与它抗争, 也没有任何昆虫天敌可以消灭它们, 环境学家卡罗琳·格尔德布罗姆称这是一种由生物入侵诱发的“绿色癌症”。据测试, 一棵高大的澳大利亚按树每天吸收水分多达120升, 这些树木常长在河边, 很快就把河水吸干, 使南非这个本来就十分缺水的国度面临着更严重的干旱。直到1994年非洲人国民大会执政以后, 才开始了大规模的砍伐外来树种的运动, 打击生物侵略者已经收到了一定的效果。20世纪30年代传入我国的水葫芦, 曾经为绿化水面、提供猪饲料等作过贡献。但水葫芦繁殖速度极快, 在一段不长的时间内就形成一个单一的、压倒其他一切水生植物的优势群落, 它们覆盖水面、堵塞河道、影响通航、扼杀水下鱼类等生灵, 严重影响抗洪排涝和灌溉, 死亡后又成为主要的水质污染源。近些年, 昆明市政府每年投资50万至80万元人工打捞滇池水葫芦。1991年, 该市曾组织15万人控河清淤达1个月之久, 可是仅仅一年多一点时间, 水葫芦又“死灰复燃”, 重新蔓延, 溢满河面。一次次飞机航班、一艘艘远洋轮船、一位位在各大陆之间跋涉的旅行者, 都可能是近些年口蹄疫、疯牛病、禽流感,甚至危害人体健康的艾滋病在世界上许多地方迅速传播( 实际上也是一种生物入侵) 的重要原因。1997年, 香港发生禽流感事件, 不得不销毁140万只鸡, 仅鸡农鸡贩的损失即达亿港币, 2004年, 世界许多国家和地区都爆发了禽流感, 仅亚洲地区损失超过5亿美元。据不完全统计, 美国每年因生物入侵造成的经济损失高达1500亿美元, 印度每年的损失为1300亿美元, 南非为800亿美元。我国因生物入侵造成的损失也相当发惊人, 每年仅几种外来物种造成的经济损失就达574亿元, 其中, 每年对美洲斑潜蝇防治费用就高达亿元。5.预防首先, 引进外来物种应慎之又慎, 必须经过可行性试验, 试验范围就严格控制, 并与引进天敌相配套。澳大利亚引进牛羊与引进屎克螂相配套, 成功地解决了发展畜牧业和牧草业的矛盾。与此相反, 我国引进牛蛙却没有找到它的天敌, 致使牛蛙泛滥成灾。其次, 应加强海关、边境口岸的检验检疫, 将口蹄疫、疯牛病、禽流感和家褐蚁等有害生物挡在国门之外。第三, 要查清现有外来物种的种类及危害状况, 及时做好防治的综合治理工作。国家环保总局近来公布了危害严重的16种外来入侵物种, 分别为紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、毒麦、互花米草、飞机草、凤眼莲( 水葫芦) 、假高粱、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、强大小蠹、美国白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙。对以上物种应拒之国门之外, 若已入侵, 则切实采取治理措施, 以防蔓延。

植物在生长过程中，如果适当的添加一些科学技术，对于植物的健康成长是有一定的帮助的。下文是我为大家整理的关于植物生长的科学论文，希望能对大家有所帮助。

摘要：在长期的进化过程中，植物通过体内水分平衡即根系吸收水和叶片蒸腾水之间的平衡来适应周围的水环境。不同的水体对于水生植物的影响不尽相同，本文通过水体与水生植物的发展过程，分析了不同水体对水生植物的生长的影响。

关键词：水体;水生植物;水位;波浪;生长;影响

1水体与水生植物

概念

水体指的是液态和固态水体所覆盖的地球空间。水圈中的水上界可达大气对流层顶部，下界至深层地下水的下限。包括大气中的水汽、地表水、土壤水、地下水和生物体内的水。各种水体参加大小水循环，不断交换水量和热量。水圈中大部分水以液态形式储存于海洋、河流、湖泊、水库、沼泽及土壤中;部分水以固态形式存在于极地的广大冰原、冰川、积雪和冻土中;水汽主要存在于大气中。三者常通过热量交换而部分相互转化。

水生植物一般指能在水中生长的植物。水生植物主要分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物四大类，有时把一些水缘植物和喜湿植物也划归水生植物。水生植物具有保存生物多样性、净化水质、美化水景和固坡护岸的作用。

水体和水生植被的发展阶段

描述水生植被演替系列多通过植物群落的空间排列顺序(生态系列)来推断时间演替系列。水体沿岸带有沉水植物群落、挺水植物群落和湿生植物群落，它们代表了淡水水生植物群落演替的不同阶段。水生植被的演替以植被优势种的演替为代表。水生境中的原生演替是从藻类开始，路径是：藻类→沉水植被→浮叶植被→挺水植被→湿生植被→陆生植被，最终结局是水生植物和水体消失。逆向演替也称为退化，表现为其演替方向与原生演替相反。演替的结果是植被结构趋于简化，生物多样性下降。

任何水体一经产生就开始了在物理、化学和生物因子等方面的相互作用，早期环境因子起主导作用，到后期生物因子又占主导作用。同一生活型的不同水生植物可能是水体和水生植被不同发展阶段的代表性种类。例如，沉水植物苦草和竹叶眼子菜是水体发展早期的优势种，适宜水位波动大的环境，它们呈稀疏分布，群落生物量低。当水位逐步稳定后，水生植物的优势种可能更替为微齿眼子菜、黑藻和穗花狐尾藻等，水底密闭起来，群落生物量增加。

2水体水位对水生植物的影响

在自然生境中，水位很少保持不变，面对这种动态条件，植物通常会产生形态可塑性以及改变地下生物量和地上生物量的分配方式确保生存。对于整个群落而言，水位变动产生的影响也很显著。

植物形态的改变

以无性繁殖为主的水生植物，尤其是具有较遗传延展性的个体，能够通过改变植物本身的形态来适应水深在时空上较大的变化。如在深水里，蓖齿眼子菜的生活型从原来的毛刷型变为聚合型。这是有利的，能够增强植物的功能。各种生活型植物对于水深的变动呈现不同的形态。挺水植物对水位梯度的形态改变，主要包括生长形态、繁殖和生物量分配模式的改变。形态方面，主要包括叶柄伸长、异型叶的产生，茎长、茎数、茎直径、匍匐茎直径和匍匐茎等级的改变。如芦苇幼苗在淹没状态下其节间距会增长。这种增长有2个可能的机制，由于向周围水体释放的截短而导致乙烯浓度升高的或是由于溶氧减少导致乙烯产生增高的一种协调。在淹没期间，部分淹水植物所有的被淹没的叶子都会衰老，只有末端的叶子会偶尔幸存。繁殖的变化主要包括花期、花序长度、花瓣宽度以及繁殖器官干重等的改变。如芦苇在水位下降后其种子有很高的萌发率。浮叶根生植物改变的形态主要表现在叶和花。如水位上升，浮叶植物荇菜的叶柄迅速伸长，但是支撑叶片的叶柄和茎变得更脆弱。浮叶植物菱有相对发达的根系统，在一定范围内的水位变动下，菱仍能固定在底泥中，而且幼叶能通过叶柄的伸长维持在表面。水位的升高导致花以及芽苞被水淹，无法形成种子，水位降低并不会影响花和果实的产生。沉水植物的也很显著，如苦草在深水中具有较高的株高，叶更长更薄，因为在光强较弱的深水中合成单位干物质需要更多叶面积去获得光资源。而在水较浅时，光强太大会抑制其生长，叶子变成紫红色来调节对所需光资源的摄取。

植物数量的增加

水位对植物产生的另一个显著影响是改变其数量。对于不同生活型的植物而言，水深影响其生物量的机理是不一样的。水深直接地影响挺水植物群落的数量，通过减小光照强度间接地影响沉水植物群落数量。对于同 种植 物，水位的变动能改变地下数量和地上数量的分配比例。挺水植物随着水位的增加，茎重在整株数量中的比例上升，地下部分比例就会降低，分配到根和根状茎的数量降低，在风浪的作用下更容易被连根拔起。

植物物种的多样性

在沿岸带，通常水生植物生物多样性很高，其原因之一是水位波动使得沿岸带一直处于干扰状态。根据中度干扰法则，适度的干扰有利于物种多样性的提高。水位波动引起湿地种子库的再生也是重要原因，而且这种作用与洪涝和干旱发生的频率以及持续时间相关。水位的短期变动和长期变动，特别是水位下降，通过建立和破坏低多样性集群的外来物种入侵，从而影响物种多样性。水位下降是多种植物成功萌发和存活的先决条件，为适应浅水生活的物种建立创造了机会，也能支持新的外来物种的成功入侵。水位下降会阻止优势种控制整个群落，从而增加物种多样性。然而，在高水位条件下，很多湿地植物种的根茎萌发受抑制，降低了物种的多样性;如莱茵河畔在河流低泄量期间，夏季特大洪水会引起水生植物物种多样性减少。可见高水位和低水位对物种多样性的影响是不同的，相对于高水位，低水位的作用更显著而且有利。

3波浪形态的水体对水生植物的影响

江、河、湖岸浪蚀是这些水体顺向演替的自然过程，浪蚀淤积也是影响这些水体寿命的重要因素。在自然界随着水体的演替，岸坡趋缓并沉积土壤，为水生植物的生存繁衍创造了条件，植物的生长减缓了水岸的侵蚀，是演替的阻力，但植物体的腐烂沉积、水中有机质含量的大幅度提高，丰富了水体营养，提高了水体生物量，从这个角度说水生植物对整个水体的演替是有贡献的。

商住区和公共绿地内部的小水系一般来说范围小、禁航、水流缓慢，对岸线冲刷、侵蚀较小，对水生植物的种植生长影响不大。江河湖泊等水体由于风浪、船形波或水流急速冲刷给水生植物的种植、生存带来很大困难。如风浪和船形波将会直接或通过堤岸反射，强烈地直接拍打或摇动植物体，从而使植物叶片破碎、茎被折断，甚至植物体被连根拔起，影响植物的生长甚或导致其死亡。

4沼泽地对水生植物的影响

沼泽是指地表过湿或有薄层常年或季节性积水，土壤水分几达饱和，生长有喜湿性和喜水性沼生植物的地段。由于沼泽地土壤水多、缺氧，故沼生植物有发达的通气组织，有不定根和特殊的繁殖能力。沼泽可生长的水生植物很多，如萱草、泽泻、慈菇、海芋、花菖蒲、千屈菜、梭鱼草、小婆婆纳等。沼泽植被以挺水植物为主，多属于莎草科、禾本科及藓类和少数木本植物。

5结束语

水生植物具有观赏、净化以及生物多样性高的特点。水生植物及其环境是许多鸟类、鱼类和其他动物的栖息地和繁殖场所，在生物多样性保护方面具有重要意义。另一方面，水生植物及其环境又是一种脆弱的生态系统，易受到人类活动的影响。水体与水生植物关系也随着人类的活动影响，变得互动起来，水体的污染问题在水生植物的作用下也得到了很好的解决。

摘 要： 植物生长三维动画已经越来越广泛地应用在各个领域，如城市规划、影视娱乐、 广告 宣传等。对植物生长三维动画的研究内容、演示方式、动画特点进行归纳与概括。从软件技术的角度对植物生长三维动画的表现形式、研究现状、关键技术、制作 方法 、适用对象、优缺点进行研究、分析和比较，对该领域未来的发展趋势进行了展望。为有效推进植物数字可视化建设和提高动画创作效率提供参考。

关键词： 三维技术; 植物; 生长; 动画

0 引言

植物是大自然的重要组成部分，随着计算机三维动画技术的发展，植物生长三维动画被广泛应用于 教育 、科研、遥感、游戏、数字影视等众多领域。

1 植物生长三维动画的生长方式

经过大量的理论和实证研究， 总结 了植物生长三维动画方式，主要有以下几种。

⑴ 破土而出式

植物最初是生长在暗地里的一颗种子，慢慢破土而出，拔节而长，枝繁叶茂，开花结果。这类生长动画便于演示植物动态的生长过程，营造出生命和希望爆发的活力。

⑵ 藤蔓伸展式

不少影视作品和建筑艺术动画中都能看到藤蔓植物慢慢伸展，绝强地依附攀援，增加场景生机和活力的景象。除了绿化的作用，这类动画给人以在逆境中不屈服，顽强展示生命力和活力之意。

⑶ 层叠上升式

层叠上升式比较符合林木类植物的生长规律。植物按照一定的层次从地面节节往上拉升，叶子、花、果等则以粒子形态般急剧增长，就像地面赋予无穷无尽的生命力和活力一样，给人以强烈的视觉冲击和神奇的创意享受。

⑷ 迷幻障眼式

迷幻障眼式是植物生长中比较虚幻、神化的方式，好比变 魔术 ，往往借助于强烈光效、迷幻烟雾等效果来实现，光效、烟雾之后植物出现在面前。

图1 植物生长三维动画方式

2 植物生长三维动画关键技术

植物生长三维动画有许多方法。3ds max、MAYA等三维软件都带有植物模型，粒子系统也能实现植物生长动画效果。但是三维软件自带的植物模型种类较少，粒子系统又难以实现较为真实、自然的生长动画效果。植物插件的出现，能有效解决动画效果和创作效率上的问题，成为三维动画创作的热门工具。下面就几款主要的植物插件进行分析和比较，以助于提高应用者的动画创作效率。

Ivy Generator和Guruware Ivy插件

Ivy Generator是德国康斯坦茨大学开发的一款藤本三维软件，主要用于模拟以攀爬为主的藤本或草本植物的生长。通过对生长参数的调节，可随机生成不同形态的藤本植物模型。其特点是不需要应用复杂的植物生长机理模型，侧重于计算机图形学，迅速生成逼真的植物模型，追求基于视觉效果的真实性[1]。但Ivy Generator不能直接实现植物生长动画，只有将模型输出成OBJ和MLT材质物体，再导入3ds max等三维软件中制作动画效果。该插件的系统耗用较大，不适合表现大规模的植物场景[2]。

Guruware Ivy是Ivy Generator的改进版本。Guruware Ivy使用更方便，功能亦有增强，通过为Age(藤蔓年龄)属性设置关键帧可以轻松实现藤蔓生长、攀爬的动画效果[3]。

XFrog

XFrog是德国Greenworks公司开发的三维植物软件，可实现植物的直观交互建模和生长模拟。XFrog所有的树叶、枝干、花朵等都采用实物扫描，使得模型更加真实，开放的光年系统和层级的表现方式，使其操作性更简便，可控性更强[4]。XFrog在植物生长模拟过程中，通过关键帧动画实现，有两种方法。①起始和结束关键帧为同一关键帧。可以保证模型拥有相同的拓扑结构，生成动画较为平滑。但应尽量减少直接修改植物参数的操作，否则会大大降低动画的真实感。②起始和结束关键帧为不同关键帧。可以把起始关键帧的模型细化，缺点是XFrog插补的部分较多，不如第一种方法的动画效果平滑自然[5]。 GrowFX

GrowFX是俄罗斯Exlevel公司基于3ds max平台开发的一款植物插件，可创建参数化的树木、花草及其他植物模型，自由创建风力和生长动画效果，前提是要有GrowFX调节出来的未塌陷的文件[6]。GrowFX除了可使用官方的植物库资源，还有灵活的自由度。通过植物年龄、生长方向、风效、动画效果等随机参数的调节，快捷得到植物的其他形态。

Vue

Vue是一个专业的CG景观设计工具套组，可以制作出逼真的自然环境，还可以和3ds max等三维软件套用。Vue可以在现有植物库基础上进行再加工和改造，容易产生新的植物形态和物种，根据用户实际需要自由形成植物生长、形态变化等动画效果。Vue操作简便、场景表现逼真。云计算的建模方式、快速的渲染时间等特点，使得它特别适合表现自然空间大场景，主要用于中、远景表现[7-8]。

T-Gen插件

T-Gen是第一个完全整合进SoftImage|XSI的植物生成插件，拥有强大的灵活性和无穷的可能性。可以使用几乎所有XSI工具对其产生的植物模型、材质、层级结构做进一步修改。T-Gen各类参数几乎都可用于设置动画效果，强大的优化工具使其在植物生长动画方面有着快速、高效的优势。

SpeedTree、TreeStorm和Forest Pack Pro

SpeedTree、TreeStorm和Forest Pack Pro都是目前在建筑漫游动画和园林设计中比较常用的植物插件，拥有强大的植物库，模型真实感强，绘制效率高，支持植物动力学，可模拟风吹植物动画效果，分别适宜表现中近景和大片的远景植物[9-10]。但它们没有植物生长动画功能，凭借丰富的软件开发接口可以和3ds max等三维软件结合使用，以实现植物生长动画效果。

3 结束语

植物生长三维动画将缓慢的植物生长过程动态化、形象化展现。本文所介绍的几种植物三维生长动画关键技术，因各自不同的特点和优势，在表现一些大型的自然场景中，往往需要把多种方式相结合。

由于植物结构复杂，表面细节丰富，使其无论在三维建模、动态模拟方面都存在较大难度，以下问题有待进一步深入研究：①当前主要实现单株植物的三维模拟，缺乏对于大规模植物生长动画场景的模拟研究;②植物形态受到光照、风力、温度等自然环境因素影响，对更为复杂、逼真的植物生长交互模拟将是未来的一个重要研究方向。

参考文献：

[1] 王海，林杉，黄心渊.植物生成软件的评价和比较[J].计算机仿真，：177-180

[2] 王媛等.An ivy Generator三维藤本植物建模技术应用研究[J].安徽农业科学，(08)：3196-3197

[3] 孙楠.藤蔓可以这么“种”出来――Groupware Ivy插件牛刀小试[J].现代电视技术，：127-129

[4] 胡逊之.面向树木 科普知识 的三维游戏设计[D].北京林业大学，：27-28

[5] 王忠芝，胡逊之，伍艳莲，梁敬东.基于XFrog的树木建模及生长模拟[J].北京林业大学学报，：64-68

[6] Grow FX定制树[EB/OL].[2012-10-29

[7] 于淼，杨立新.基于Vue软件的景观场景表现技术的应用研究[J].中国园艺文摘，：94

[8] 贾勇，于淼.VUE软件在园林设计应用中的构成要素分析[J].中国园艺文摘，：116-117

[9] 赵塘滨.基于3ds max的自然场景制作技术[J].美术学刊，：57-58

[10] 刘颖，罗岱，黄心渊.基于OSG的SpeedTree植物模型绘制研究[J].计算机工程与设计，：2406-2407