氮、磷供应对三种外来入侵植物及其同属本地种生态化学计量学特征的影响研究

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氮(N)、磷(P)肥的使用或者大气氮降沉影响植物的生态化学计量学特征,而植物生态化学计量学特征的改变必然会影响植物的生长表现。因此,研究氮、磷供应三种外来植物及其同属本地种生态化学计量学特征的影响,分析生态化学计量学特征变化与植物生长表现的关系,有助于揭示生态化学计量学特征对外来植物入侵性的潜在影响,推进对外来植物入侵机制的认识。本文以南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)、香菇草(Hydrocotyle vulgaris)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)外来入侵植物及其同属本地种蟛蜞菊(Wedelia chinensis)、天胡荽(Hydrocotyle sibthorpioides)、莲子草(Alternanthera Sessilis)为研究对象,采用盆栽实验法,通过3个N供应水平和3个P供应水平的水培实验,研究氮、磷供应对三种外来入侵植物及其同属本地种生长表现、生态化学计量学特征等的影响。实验结果分析显示:(1)在不同的氮、磷供应水平下,南美蟛蜞菊(0.065±0.008 g g-1d-1)、香菇草(0.077±0.007 g g-1d-1)、空心莲子草(0.064±0.009 g g-1d-1)外来入侵植物的平均相对生长速率比其同属的本地种蟛蜞菊(0.033±0.005 g g-1d-1)、天胡荽(0.027±0.002 g g-1d-1)、莲子草(0.017±0.006 g g-1d-1)更高。南美蟛蜞菊(34.73±18.70 mg g-1)和空心莲子草(31.27±6.60 mg g-1)外来入侵植物的平均叶片N含量比其同属的本地种蟛蜞菊(22.54±5.54 mg g-1)和莲子草(18.94±2.30 mg g-1)更高。南美蟛蜞菊(5.94±2.56 mg g-1)和空心莲子草(5.65±2.55 mg g-1)外来入侵植物的平均叶片P含量比其同属的本地种蟛蜞菊(4.82±1.30 mg g-1)和莲子草(1.58±0.43 mg g-1)更高。结果表明,在不同的环境下,外来入侵植物的平均生物量累积更多,生长更快,占据生长优势,更有利于外来植物的入侵。南美蟛蜞菊和空心莲子草比同属本地种有更高的叶片N、P含量,这可能有利于外来入侵植物提高其光合作用能力和酶合成能力以应对其更高速的生长,提高其入侵性。我们还发现三种外来入侵植物叶片N、P含量随着氮供应浓度的增加而增加,表明了氮沉降可能提高三种入侵植物的氮、磷捕获能力,从而有利于入侵植物的扩张。(2)本文验证了生长速率假说(Growth rate hypothesis),结果发现南美蟛蜞菊的相对生长速率与叶片C:N、C:P呈负相关,符合生长速率假说。在N限制的条件下,南美蟛蜞菊和空心莲子草的相对生长速率与叶片N:P呈正相关,符合生长速率假说。蟛蜞菊的相对生长速率与叶片C:N呈负相关,符合生长速率假说。莲子草的相对生长速率与叶片C:N呈正相关,不符合生长速率假说。香菇草和天胡荽的相对生长速率与叶片C:N、C:P和N:P没有相关性。这表明植物的相对生长速率与叶片C:N、C:P和N:P的关系受植物种类和养分限制的影响。(3)本文验证了内稳态理论,结果发现三种外来植物比同属本地种的相对生长速率更高,内稳态值更高,与仅有的外来植物和本地种的内稳态研究结果相反。仅有的研究表明外来入侵植物比本地种有更高的相对生长速率,但是却比本地种有更低的内稳态值,更有利于外来植物的入侵。我们初步得出植物的相对生长率与其内稳态的关系在外来植物和本地种之间存在差异,外来植物和本地种之间内稳态与相对生长速率的关系有待进一步研究。总之,我们的研究发现外来入侵植物比同属本地种有更高的生长速率,南美蟛蜞菊和空心莲子草比同属本地种有更高的叶片N、P含量。我们推测外来入侵植物可能提高其光合作用能力和酶合成能力以应对其更高速的生长,提高其入侵性。在外来植物和其同属本地种之间,生长速率假说和内稳态理论仍然存在争议,仍需要进一步研究。我们的研究结果有助于揭示生态化学计量学特征对外来植物入侵性的潜在影响,推进对外来植物入侵机制的认识。
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