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外来植物入侵严重威胁着当地生物多样性,已成为日益严重的全球性问题。国内外许多学者对生物入侵的机制展开了多方面的研究。外来物种本身具备什么样的特性促进了其扩散是入侵生态学研究的一个重要议题。表型可塑性是其中经常被提及的一种人侵机制,它被划分为两种形式.形态可塑性和生理可塑性,它们具有不同的机制、资源成本和生态影响。然而,目前对这两种可塑性在植物入侵中的贡献的对比研究较少。入侵生态学另外一个中心议题是群落可入侵性。野外调查发现,外来植物对不同演替阶段森林具有不同的入侵力。对演替生态学与入侵生态学的整合研究,不仅是中国,也是国际环境科学和生态学研究的重要科学命题,而目前有关这方面的研究还为数不多。土壤是生态系统重要的结构和功能因子,到目前为止,我们并不清楚随演替进展,群落土壤将对群落可入侵性产生怎样的影响。
本研究以华南地区主要外来入侵植物为研究对象,一方面从入侵种固有的特性出发,探讨生理和形态可塑性在植物入侵中的作用;另一方面选取南亚热带地带性植被代表群落——鼎湖山森林群落不同演替阶段林型,从演替生态学和入侵生态学结合的角度,展开不同演替阶段群落对外来植物入侵力的影响研究,揭示地带性成熟植被季风常绿阔叶林可入侵性低的因为。本研究将丰富入侵生态学理论,并为我国南亚热带森林的管理和生态系统的恢复等提供实践指导。
1.入侵植物与非入侵植物的性状差异:两种可塑性形式在植物入侵中的作用
在外来植物入侵中经常被提及的一种入侵机制是表型可塑性,它被划分为两种形式.形态可塑性和生理可塑性,它们有不同的机制、资源成本和生态影响。然而,目前对这两种可塑性对植物入侵性的贡献的对比研究较少。光是热带和亚热带森林生态系统植物生长最重要的限制性资源之一,本研究以华南地区危害严重的外来入侵植物为研究对象,对比经常在同生境出现的且近缘的入侵种与非入侵种对光照可获得性变化的响应,从而验证我们的假设:相比非入侵种,入侵种能够表现出更灵活的生理可塑性,这促进了它们的成功入侵。在我们的研究中,入侵种和非入侵种对光照变化都表现出了高的形态可塑性;相同的光条件下,入侵种并没有比非入侵种具有更高的比叶面积(specific leaf area,SLA)。入侵种和非入侵种的形态差异可能反应了植物生长环境条件的不同,而不是入侵种和非入侵种本身的不同。同时,相比非入侵种,入侵植物对变化的光环境表现出了更高的生理可塑性,如光饱和光合速率(Amax)等,而这是更低成本就可以获取的表型可塑性形式。另外,我们发现入侵种的光合氮利用效率(photosynthetic nitrogenuse efficiency,PNUE)并不总比非入侵种高,特别是在低光生境下,这表明一些比率的应用(像PNUE)应该更谨慎。总之,入侵物种常常拥有更高的生理适应调节能力,这促进了它们对很多干扰生境的入侵,当然这一推论的普遍性需要对更广泛科属的物种以及更多样的环境的进一步研究来验证。
2.南亚热带不同林型土壤对外来植物薇甘菊生长的影响
生物入侵是对生物多样性最严重的威胁之一,入侵生态学研究也已经成为现代环境科学的中心议题之一。然而,很少有人关注到随演替进展而发生的土壤条件的变化对群落入侵抵抗力的影响。我们假设群落入侵抵抗力受土壤条件的影响。本研究以“世界十大害草”之一的薇甘菊(Mikania micrantha H.B.K.)为研究对象,观察南亚热带不同森林类型土壤对薇甘菊入侵抵抗力的影响。实验结果表明,在不同林型的土壤上生长时,薇甘菊在不受干扰的演替后期林型(季风常绿阔叶林,monsoon evergreen broadleaf forest,MEBF)土壤中非但不能利用其高养分,反而生长最差。这一结果反映出季风常绿阔叶林土壤对薇甘菊生长的抑制作用。植物凋落物是土壤的重要组成部分,凋落物生测实验和添加实验均表明,来自不同林型的本地植物凋落物影响了其所在群落的入侵抵抗力,并影响了外来植物的生长。当然,除了凋落物,土壤中的其它因子(例如养分的相对丰度、微生物反馈等)也都可能对群落入侵抵抗力发挥作用。我们的研究对“森林对入侵没有免疫力”这一看法提出挑战,并提示在中国南亚热带维持高生产力和高稳定性的演替后期季风林群落应是土地管理者的首要目标。