外来植物次级入侵盐胁迫生境的生理生态机制研究

来源 :中山大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:yhl0921
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广布型的入侵植物常常会对入侵地很多类型的生态系统都造成严重危害。然而,既有的观点认为胁迫生境通常难以被外来种成功入侵。但是越来越多的证据显示,在经历足够长的入侵历史之后,一些入侵种可以成功进入一些与其原产地生境差异较大的胁迫生境,这一过程被称为次级入侵。此外,一些全球变化因子的作用被认为强烈地促进了外来种的初级入侵进程。然而,到目前为止,我们仍不清楚入侵种次级入侵的发生原因及全球变化因子对次级入侵进程的影响。入侵种在胁迫生境中如何维持其适合度和竞争力?人为干扰造成的土壤营养增加是否会提高胁迫生境的可入侵性?大气CO2浓度上升和氮沉降增加背景下,入侵种在胁迫生境中又将有怎样的扩散趋势?这些都是当前亟待解决的问题。本研究主要以五爪金龙Ipomoea cairica和乌桕Triadica sebiferum分别对中国南部和美国南部海岸带濒危生态系统(高盐胁迫生境)的入侵为例,分别从入侵种在盐胁迫生境中的入侵力维持机制(能量收支及分配、适应性进化、胁迫耐受性等)和盐胁迫生境的可入侵性(资源波动)两大方面入手,研究了入侵种对盐胁迫生境次级入侵的生理生态机制,以及全球变化背景下的人为活动造成的土壤营养增加、大气CO2浓度升高和氮沉降增加对入侵种在盐胁迫生境的次级入侵进程的影响,并探讨了应对次级入侵的防控措施。主要研究结果如下:在能量摄入方面,入侵种五爪金龙高盐种群的最大光合速率(Amax)略高于低盐种群,但是差异不显著;在能量支出方面,五爪金龙的形态建成成本(CC)基本保持稳定,没有受到盐胁迫因子的显著影响。这说明了五爪金龙能够在盐分胁迫梯度上维持较为稳定能量摄入与支出平衡。五爪金龙高盐种群和低盐种群的主要特性对盐胁迫的响应方式差异显著;低盐生境种群的生长受到盐分胁迫的抑制作用较大,适合度显著下降;而高盐生境种群生物量下降相对较小,适合度没有受到显著影响。这说明了五爪金龙在高盐胁迫的选择压力之下产生了快速进化,以更好地适应高盐生境。五爪金龙的诱导防御物质缩合单宁含量(CT)显著低于非入侵种三裂叶薯和鸡矢藤;其相对生长速率(RGR)没有受到盐分和采食处理的显著影响,而非入侵种的RGR随处理而显著下降。五爪金龙对胁迫的耐受性指数高于非入侵种;这说明了入侵种分配用于耐受和维持生长的能量较高,而用于抵抗的能量较低。因此,五爪金龙能够在胁迫生境中维持稳定的适合度,从而促进其向高盐生境次级入侵。营养添加显著提高了五爪金龙与本地种鱼黄草的生物量,而盐分胁迫则降低了两者的生物量。在混种下,当无盐胁迫时,本地种鱼黄草生物量始终高于入侵种,而当有盐胁迫时,入侵种生物量更高。盐胁迫因子与营养添加处理的交互作用改变了种间竞争格局,提高了生境的可入侵性。在盐胁迫处理下,入侵种具有更高的比叶面积(SLA)和水分利用效率(WUE)。这说明了盐胁迫下入侵种的次级入侵过程可能得益于其更高的水分吸收和利用特性。因此,在盐胁迫生境中,人为活动造成的营养升高会提高生境的可入侵性;而在一般生境中,营养添加未改变竞争格局,其可入侵性并未发生改变。乌桕的入侵地种群生物量对氮沉降增加具有更高的响应。在无盐胁迫的生境中,氮沉降增加促进了乌桕的生长;但盐胁迫和种间竞争作用消除了氮沉降增加对乌桕的促进作用。这一方面说明了进化适应使乌桕的入侵地种群获得了比原产地种群更高的入侵潜力,另一方面说明了氮沉降增加会促进乌桕入侵地种群在滨海草地生态系统的扩散,但随着生境盐分胁迫的上升,氮沉降的增加不会促进乌桕的次级入侵进程。单种时,乌桕对CO2增施产生显著的积极响应,盐胁迫会降低其响应量;但是在与草本功能群混种时,无论是否有盐胁迫,其生物量均没有显著上升。在各种处理下,本地树种对CO2的上升均没有表现出显著的上升趋势。这说明了大气CO2浓度升高会促进乌桕对海岸草地生态系统的入侵,且也会促进其向高盐生境扩散,但不会像之前的研究所预期的那样高。外来草本对CO2浓度升高做出的积极响应高于本地草本,说明了这些外来种可能在全球变化背景下获得较高的入侵性。本地草本功能群对氮沉降增加和大气CO2浓度升高响应强度较小,或者没有做出显著的响应。但是,种间竞争显著地降低了入侵种乌桕对氮沉降增加和大气CO2浓度升高的响应,本地草本功能群的在一定程度上有效地抑制了乌桕幼苗阶段的生长。这说明了可以利用本地功能群控制或者延缓乌桕对滨海草原生态系统的入侵进程。
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