叶片的性状与植物的光能利用效率和光合作用密切相关, 能够表征植物对环境的适应策略。互花米草(Spartina alterniflora)是中国滨海湿地主要的外来入侵植物, 已对中国滨海湿地生态系统造成严重威胁。潮位是滨海湿地盐沼植物生长和分布的主要限制因素, 但对于互花米草叶片性状沿潮位的变化格局和适应机理的研究还比较缺乏。该研究在福建漳江口建立潮位控制平台, 研究互花米草叶片功能性状(长度、宽度、长宽比、面积、干质量和比叶面积)对潮位(高程)的响应格局及其驱动因素。研究发现: (1)互花米草的叶片长度、宽度、面积和干质量随着高程的增加逐渐减小, 而叶片的长宽比随着高程的增加逐渐增大。(2)互花米草叶片的比叶面积随高程增加呈驼峰形变化。(3)淹水频率、土壤间隙水盐度及含水量对不同叶片性状的影响不同: 叶片长度、宽度、面积及干质量随着淹水频率和土壤含水量的增加而增大, 但随土壤间隙水盐度的升高而减小; 叶片长宽比随着淹水频率和土壤含水量的增加而减小, 但随土壤间隙水盐度的升高而增大; 比叶面积随淹水频率增加呈现先增大后减小的二次方程关系, 并随土壤含水量升高而增大。综上所述, 互花米草叶片性状沿潮位梯度的变化格局及其主要的影响因素不同, 可能是因为不同叶片性状对植物生理过程的影响有差异, 表明互花米草可以通过改变叶片性状及性状间的权衡关系来适应潮位变化带来的不同环境胁迫, 这为认识和预测滨海湿地入侵植物互花米草对海平面上升的生态适应提供了新的角度。

为了解氮添加背景下土壤真菌和细菌对不同种源入侵植物生长的影响, 该实验以本地和入侵地种源不同种群乌桕(Triadica sebifera)为研究对象, 通过氮添加处理, 施用细菌抑制剂(链霉素)和真菌抑制剂(扑海因)调控土壤细菌、真菌活性, 探究土壤细菌和真菌对不同种源乌桕生长的影响, 以揭示乌桕成功入侵机制, 为有效预测和管理入侵植物提供理论依据。结果表明: 1)入侵地种源乌桕在株高、叶片数和生物量方面均显著高于本地种源, 入侵地种源乌桕相较于本地种源具有显著生长优势。2)添加细菌和真菌抑制剂显著降低了乌桕地上生物量, 且乌桕生长对土壤细菌的依赖性更强。3)氮添加及其与土壤细菌和真菌的交互作用对于乌桕生长和资源分配有显著影响, 增强了乌桕对资源的竞争优势, 可能是影响乌桕入侵成功的重要因素。

很多因素可以影响外来植物的入侵性, 其中内生菌可能扮演了极其重要的角色。为了探究内生固氮菌对入侵植物生长策略的影响, 本研究分别在高和低两种氮水平下, 种植接种和不接种内生固氮菌的入侵植物南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)和同属本地植物蟛蜞菊(S. calendulacea), 对比研究它们的生长和氮含量。从南美蟛蜞菊茎段分离出内生固氮菌Kosakonia sp. WTB-JS007, 发现其对南美蟛蜞菊和蟛蜞菊这两种植物生长策略的影响存在显著差异, 且这种差异不受氮水平的影响。在低氮处理下, 接种WTB-JS007对蟛蜞菊的生长及植株氮含量没有显著影响, 但显著提高了南美蟛蜞菊的地上生物量(30.48%), 促进了匍匐茎的伸长, 减少了地下生物量(56.58%), 并提高了植株总氮含量(47.51%)。类似地, 在高氮水平下, 内生固氮菌亦显著影响南美蟛蜞菊地上部分的生长, 但对蟛蜞菊生长的影响不显著。这些结果表明, 内生固氮菌对入侵和非入侵植物生长、生物量分配及氮获取的影响存在显著差异, 而这种生长策略的差异有利于入侵植物地上部分的快速生长与扩张, 从而提高其入侵性。

植物种间相互作用对物种的生存至关重要。对于入侵植物而言, 更强的种间竞争能力是其成功入侵的重要机制。然而, 环境条件的变化可能会改变种间关系并影响植物入侵的最终结果。该研究主要探索当今严重的环境问题之一——酸雨对中国入侵植物豚草(Ambrosia artemisiifolia)和伴生本地种鬼针草(Bidens bipinnata)种间相互作用的影响, 进一步了解环境扰动对生物入侵的影响。该研究于2021年3月在北京师范大学室外条件下对豚草和鬼针草开展de Wit替代竞争实验, 并施加不同浓度的酸雨模拟溶液(pH = 3、4、5、7), 记录植株在第24、34、45天的株高以及生长季结束时的株高和地上生物量, 通过计算相对邻株效应指数(RNE)并绘制取代系列图表来评估两者的竞争关系。主要结果如下: 单一种植时, 中浓度酸雨(pH = 4)促进了豚草和鬼针草的早期生长, 而高浓度酸雨(pH = 3)显著抑制了两者的早期生长, 但不影响生长季结束时的株高。混合种植时, 高浓度酸雨(pH = 3)显著降低了豚草在第34、45天时的株高, 但在生长季结束时对豚草无影响, 而鬼针草在生长季结束时株高显著降低。鬼针草相对豚草的RNE在任何酸浓度下都不显著。而豚草相对鬼针草的RNE在无酸雨条件下显著, 酸雨处理时在鬼针草比例较低时显著。取代系列实验图表显示, 低浓度酸雨(pH = 5)增加了在低豚草比例下的鬼针草的竞争优势, 而高浓度酸雨增强了豚草的竞争优势。该研究表明酸雨显著影响了豚草和鬼针草的生长及种间竞争关系, 高浓度酸雨增加了入侵植物豚草的竞争优势。

全球变化背景下, 诸如营养、水分等资源的波动是非稳态的, 往往以脉冲的形式出现, 呈现出频率低、强度高和持续时间短的特征。资源脉冲往往会打破植物群落固有的平衡状态, 进而影响全球变化的另一重要组分——外来植物入侵。目前, 全球变化对外来植物入侵影响的研究往往关注资源的稳态变化, 忽略了资源的波动性, 特别是脉冲的作用。该文通过综述资源脉冲对外来植物入侵影响的研究, 简要评述了资源脉冲的形成原因、类型及影响, 讨论了不同类型的资源脉冲对外来植物入侵的作用。此外, 该文根据现有的研究进展提出了一些未来可能的研究方向, 如资源脉冲的不同属性, 多种资源脉冲交互作用对植物入侵的影响及其机制等。

由于生长速率高, 耐旱性强, 银合欢(Leucaena leucocephala)被广泛应用于世界各地退化热带亚热带森林的修复, 但它也是一种全球性的外来入侵植物。已经有研究发现高生长速率可以帮助银合欢成功入侵亚热带森林, 但是目前还不清楚高生长速率和强耐旱性是否能帮助银合欢成功入侵热带森林。该研究以位于中国三亚抱坡岭被银合欢入侵的热带雨林先锋群落为研究对象, 通过t检验比较干季和湿季银合欢和8个热带雨林先锋群落的本地优势种与快速生长(光合速率、气孔导度和蒸腾速率)和耐旱性(叶片膨压丧失点)紧密相关的功能性状的差异, 并利用主成分分析(PCA)研究这些功能性状是否能很好地区分银合欢和其他8个本地优势种。结果表明: 银合欢在干湿季均能快速地生长(比本地物种显著更高的光合速率、气孔导度和蒸腾速率), 且在干季拥有更强的耐旱性(比本地物种显著更低的叶片膨压丧失点)。PCA结果表明这些功能性状能够显著区分银合欢和其他8个本地优势种。因此干湿季的稳定的快速生长和干季的强耐旱性使银合欢成功入侵热带雨林先锋群落。未来可利用这些功能性状筛选合适的本地物种对入侵其他热带森林的银合欢进行有效的生物防治。

菌根真菌共生是植物吸收养分的一个重要策略。外来植物可以干扰本地植物与菌根真菌的共生关系从而抑制本地植物生长, 这是近年来被发现的一种重要入侵机制, 在研究中得到日益广泛的关注。该文从以下几个方面着重综述这种入侵机制: 1)外来植物对本地植物菌根真菌的影响, 包括菌根真菌侵染率、菌根内部结构、根外菌丝的量、菌根真菌的群落组成、非菌根真菌的影响及网络结构; 2)外来植物对本地植物菌根真菌上述影响的机制, 包括资源竞争、化感作用和土壤肥力等生态机制以及相关的分子机制; 3)上述两个方面随入侵时间的变化格局。尽管干扰本地植物菌根真菌是一种重要的入侵机制, 但相对其他的入侵机制(例如天敌逃逸、新武器假说等)来说, 这类机制的研究目前仍很匮乏。鉴于此, 该文提出了未来需要重点关注的几个方面: 1)全球变化背景下, 入侵植物对本地植物菌根真菌的影响如何变化; 2)包括这种菌根机制在内的多种入侵机制之间的关系; 3)深入探究入侵的这种菌根机制在大的时空尺度上的变化规律。

入侵植物是归化植物的子集, 归化是植物入侵的基本前提, 完整的归化植物清单有助于预测和预防植物入侵。该文基于实地调查和资料收集, 对中国归化植物种类及分布进行统计, 结果表明, 当前中国共有归化植物112科578属1 099种, 约70%为人为引入, 而美洲是其最大原产地, 植物生活型以草本为主, 分类学组成中菊科、禾本科、豆科最多。在空间尺度上, 物种多样性及密度均呈自东南沿海向西北内陆递减的趋势, 纬度和国内生产总值是其空间分布格局的主要驱动因素, 被殖民史、植物园分布及调查次数在一定程度上影响空间分布格局; 在时间尺度上, 归化植物物种多样性当前正处在快速增长阶段并可能持续20-30年, 社会经济发展、人为干扰、土地利用方式改变及全球变化是其主要驱动因素。该研究丰富了中国归化植物的本底资料, 有助于了解外来植物入侵的形式与威胁, 并为外来植物综合管控或本地生物多样性保护提供依据。

入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)具有较强的钾(K)富集能力, 这可能和其对土壤微生物群落的改变有关。根际解钾菌能够将植物难以利用的矿物态钾转化为植物可以利用的可溶性钾, 而加拿大一枝黄花如何影响根际解钾菌多样性和解钾活性尚未明了。该研究以浙江省杭州湾湿地围垦区内自然生长的加拿大一枝黄花和其伴生本地植物白茅(Imperata cylindrica)为研究对象, 比较了加拿大一枝黄花和白茅体内及土壤中的钾含量水平, 钾供给水平对生物量积累的影响, 以及根际解钾菌的数量、多样性和解钾活性的差异。结果表明, 加拿大一枝黄花茎、叶中的钾含量均显著高于白茅, 分别是白茅的1.59和7.33倍; 加拿大一枝黄花和白茅的土壤全钾含量差异不显著, 速效钾含量在0-10 cm土层中差异显著、在10-20 cm土层中差异不显著。随着钾供应水平提高, 加拿大一枝黄花和白茅的生物量均显著增加。利用解钾培养基计数培养后发现, 加拿大一枝黄花根际解钾菌的数量是白茅的3.51倍。分离培养后将出现解钾圈的菌株进行鉴定, 利用解钾液体培养实验测定其解钾量, 发现从加拿大一枝黄花根际土中分离得到的15个解钾菌株中, 有9个具有高效解钾能力, 其处理液中K ⁺含量较空白对照高出85.11%-192.54%, 其中菌株H2-20解钾能力最强, 解钾量为10.657 mg·L ^-1。加拿大一枝黄花根际解钾菌解钾作用显著高于白茅。经16S rDNA鉴定发现, 加拿大一枝黄花15个根际解钾菌株分属11个属, 其中有6个属已经被报道证实具有明显解钾能力。这些结果表明加拿大一枝黄花根际解钾菌数量较为丰富, 且大多具有较高解钾活性, 可能对其钾富集具有重要贡献。

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异, 探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合, 发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加, 增幅分别为(50 ± 14)%、(60 ± 24)%、(470 ± 115)%、(69 ± 25)%、(54 ± 20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强, 这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵; 而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系; 然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。

外来入侵植物不仅影响植物群落组成、生物多样性以及生态系统的结构和功能, 而且显著影响土壤氮(N)的转化过程。外来入侵植物对N循环影响的研究已成为入侵生态学的研究热点。N循环与凋落物的分解和养分释放有关, 外来入侵植物能够改变凋落物的组成与结构, 进而影响土壤的N转化过程。另外, 外来入侵植物的化感作用也会影响土壤N转化过程, 这些作用与土壤微生物的结构与功能变化密不可分。该文主要从凋落物分解与养分释放及外来入侵植物化感作用两个方面综述了外来入侵植物对土壤N转化的影响, 总结了外来入侵植物对土壤N转化相关土壤微生物(尤其是氨氧化细菌与氨氧化古菌)的影响, 探讨了土壤N转化对外来植物入侵的反馈, 并探讨了丛植菌根真菌与外来入侵植物的互相影响。

达尔文归化难题描述了外来种-本地种亲缘关系促进(预适应假说)或阻止(达尔文归化假说)外来种成功入侵的悖论。目前, 在中国仍缺少针对达尔文归化难题的研究。为系统研究外来种-本地种亲缘关系对中国外来植物入侵的影响, 该文利用线性混合效应模型从省级、市级和群落3个空间尺度以及归化、扩散和入侵3个阶段探究了外来种-本地种谱系距离和外来植物表现的关系。结果表明: 在省级和市级(区域)尺度上, 与本地种亲缘关系较近的外来植物更有可能在当地归化和扩散, 符合预适应假说的预期; 而在群落(局域)尺度上, 外来种-本地种亲缘距离与外来种是否在群落中成功定居及其入侵程度无关。该研究结果表明与本地区系亲缘较近的外来种和本地种的竞争并不强烈, 却能较好地适应本地气候环境而具有更强的归化和入侵潜力。因此, 在今后的外来植物管理和治理中需要尤其重视与本地区系亲缘关系较近的外来植物。

红树林对全球气候变化敏感, 近年来不少区域又受互花米草(Spartina alterniflora)入侵的影响, 土壤碳库组成发生显著变化, 然而鲜有从有机碳官能团特征角度出发的关于两群落的研究。为了解在红树林群落与互花米草群落下土壤碳库及其有机碳官能团的特征差异, 在福建省云霄县漳江口红树林自然保护区湿地内由内陆到海岸方向选取3条样带, 每条样带依次选取3个样地: 红树林群落(MC)、秋茄(Kandelia obovata)-互花米草过渡带(TC)和互花米草群落(SC), 每个样地选取3个呈品字形分布的采样点, 分5层采集0-100 cm土壤样品, 分析土壤中的总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)以及可溶性有机碳(DOC)特征, 并利用核磁共振波谱法测定表层0-15 cm与深层75-100 cm土壤总有机碳官能团特征, 以空间换时间法研究入侵前后土壤碳库变化特征。结果表明: (1)从MC群落到SC群落, 土壤有机碳库显著减小, 各样地总有机碳与颗粒有机碳含量表现为MC > TC > SC, 并随着土层深度增加而减少, DOC含量没有表现出明显的变化趋势。(2)各植被类型土壤有机碳以烷基碳与烷氧碳为主, 其次是芳香碳与羰基碳, N-烷氧碳与酚基碳含量最少, 其中表层0-15 cm土壤从红树林群落到互花米草群落, 烷基碳与烷氧碳含量呈现增加趋势但不显著, 芳香碳与酚基碳含量显著减少, 其余有机碳组分含量无显著差异。在深层75-100 cm随着植被类型的改变, 土壤有机碳组成结构均无显著差异。(3)在0-15 cm土层, 烷基碳/烷氧碳含量表现为: SC > MC > TC; 芳香度表现为SC最小, MC与TC无显著差异; 疏水碳/亲水碳无显著差异; 脂族碳/芳香碳表现为SC显著大于其他两种植被类型, MC与TC无显著差异。在75-100 cm土层, 各比值无显著差异。综上所述, 红树林群落碳储量显著高于互花米草群落, 受植被的影响, 互花米草群落表层土壤有机碳分解程度显著高于红树林群落, 而红树林群落的土壤有机碳分子结构要比互花米草群落更复杂, 以维持其土壤有机碳的稳定性。因此, 互花米草入侵红树林后可能会加快有机碳的分解, 最终稳定在相对简单的分子结构, 降低土壤碳储量。

外来植物入侵是全球性问题, 严重威胁入侵地生态系统功能和稳定性。入侵植物与其在原产地生长特征的不同, 使其在抵抗胁迫生境和利用资源方面具有较强的竞争能力, 从而具有较高的入侵潜力。UV-B辐射增强和氮沉降加剧作为两种全球变化因子, 可能与土壤微生物共同作用于植物入侵的整个过程。了解UV-B辐射增强和氮沉降加剧是如何直接或间接影响微生物介导的植物生长, 有助于揭示全球变化背景下的植物入侵机理, 为有效控制植物入侵并降低其对生态系统功能的危害提供理论依据。该试验采用四因素裂区设计, 以入侵美国的中国乌桕(Triadica sebifera)为研究对象, 通过模拟UV-B辐射增强和氮沉降加剧, 在土壤微生物控制条件下, 研究三者对不同种群乌桕生长的影响。结果显示: UV-B辐射增强、氮沉降加剧和土壤微生物可能共同作用于乌桕成功入侵的整个过程。UV-B辐射增强导致乌桕形态学和生物量分配发生变化, 大部分的资源分配给叶片以抵抗外界UV-B辐射胁迫。氮沉降使得乌桕将更多资源分配至地上部分, 特别是叶片, 减少了对地下生物量的分配。原产地土壤微生物对乌桕生长具有显著正效应, 同时, 氮沉降增强了该效应而UV-B辐射增强对该效应没有影响。氮沉降没有减缓UV-B辐射对乌桕的胁迫作用。入侵地乌桕种群相比于原产地乌桕种群在株高、叶生物量和总生物量方面已经进化出了较为明显的优势, 此外, 入侵地乌桕种群相比于原产地乌桕种群减弱了在根冠比和根生物量方面对原产地土壤微生物的依赖性, 但是增强了在叶面积比方面的依赖性。

化学计量内稳性是维持生态系统结构、功能和稳定性的重要机制。互花米草(Spartina alterniflora)的入侵对闽江河口湿地生态系统的结构和功能产生了威胁。互花米草入侵如何影响植物化学计量内稳性特征的研究有助于深入了解湿地生态系统稳定性, 对拓展生态化学计量学的研究范围有重要意义。该文基于化学计量内稳性理论, 以互花米草单种群落、短叶茳芏(Cyperus malaccensis var. brevifolius)单种群落和互花米草-短叶茳芏混生群落为研究对象, 对土壤和植物的氮(N)、磷(P)元素进行了测定, 并计算了植物的内稳性指数(H)。结果显示: 互花米草入侵对土壤N、P含量无显著影响, 但是显著提高了土壤N:P。对生态系统而言, N的内稳性(H_N, 平均值为25.31)显著高于P的内稳性(H_P, 平均值为10.33)与N:P值的内稳性(H_N:P, 平均值为2.50)。在器官水平上, 根的H_N显著高于茎的H_N, 鞘的H_N:P显著高于根的H_N:P, 而不同器官间的H_P差异不显著。种间内稳性对比发现, 混生群落中的互花米草根的H_N显著高于混生群落中的短叶茳芏根的H_N, 单种群落中的互花米草茎的H_N:P显著高于单种群落中的短叶茳芏茎的H_N:P。此外, 入侵对植物内稳性的影响表现在混生群落中的互花米草根、叶和鞘的H_N均显著高于单种群落中的互花米草根、茎和鞘的H_N。以上结果表明: 养分元素、器官、植被类型和入侵等均影响植物化学计量内稳性特征, 但无论是在单种群落还是在混生群落中, 互花米草均有内稳性显著高于短叶茳芏内稳性的现象, 没有发现短叶茳芏显著高于互花米草的研究结果。因此, 互花米草较高的内稳性可能是其入侵成功的一个原因。

大量使用草甘膦防除外来植物将会改变入侵植物与邻近植物之间的相互关系。该文通过分析不同浓度草甘膦对植物生长和种间竞争关系的影响, 以揭示除草剂作用下植物种间关系的变化规律, 为进一步研究草甘膦的生态效应提供理论参考, 为优化农药使用提供数据支持。2016年6至8月, 在国家林业局杭州湾湿地生态系统定位观测研究站, 采用盆栽控制试验方法, 将入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)和土著植物白茅(Imperata cylindrica)分别进行单独种植和混种种植, 喷施7种浓度的草甘膦后测定植物的生长特征。结果显示: 草甘膦处理显著抑制了加拿大一枝黄花和白茅的生长。随着草甘膦处理浓度升高, 加拿大一枝黄花的株高增长量明显降低、绿叶数不断减少, 0.3-1.5 mL·L^-1处理组单种、混种加拿大一枝黄花的绿叶数均随时间呈递增趋势, 而1.8 mL·L^-1处理单种、混种加拿大一枝黄花基本枯萎死亡; 白茅的分蘖死亡数和枯萎叶片长均随草甘膦处理浓度递增而不断增长, 0.3-0.6 mL·L^-1处理组单种、混种白茅分蘖数和绿叶长度随时间呈增加趋势。草甘膦处理显著影响植物种间竞争关系, 随着处理浓度上升, 混种加拿大一枝黄花和白茅之间的竞争关系不断减弱。种间竞争关系显著影响了加拿大一枝黄花的生物量分配, 面对竞争时加拿大一枝黄花将更多的生物量分配到根部, 因而增加了根冠比; 种间竞争抑制了白茅分蘖数的增加和生物量的积累, 但不影响其植株生物量的分配。草甘膦处理和种间关系的交互作用同样显著影响加拿大一枝黄花和白茅生物量的增加, 但对两种植物根冠比的影响均不显著。结果表明: 不同植物对草甘膦的耐受性不同, 与本土植物白茅相比, 生长能力强的入侵植物加拿大一枝黄花对草甘膦处理具有更强的耐受性; 低浓度草甘膦处理减弱了两种植物之间的竞争关系, 可能会干扰入侵地植物群落的结构和动态。

互花米草(Spartina alterniflora)是全球海岸带相当成功的外来入侵种, 对红树林的威胁越来越严峻(尤其在中国)。不仅如此, 海洋和近海海岸带受重金属污染的胁迫也日趋严重, 但是互花米草对红树林湿地沉积物重金属累积的效应仍不明确。为了探究互花米草入侵对红树林湿地沉积物重金属累积的效应及潜在机制, 该文作者在广东湛江红树林国家级自然保护区设置两组对比生境: 裸滩对比互花米草群落和海榄雌(Avicennia marina)群落对比海榄雌+互花米草混生群落, 调查分析各对比组内沉积物重金属元素砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)和锰(Mn)含量的差异及其与环境因素的关系。结果表明, 互花米草能提高红树林湿地沉积物重金属的含量, 尤其是Cr、Cu、Ni、Zn和Mn有显著的提高。污染等级评价显示只有Cd的污染等级达到偏中度水平。互花米草能促进湛江红树林湿地沉积物重金属累积, 但并不一定会造成污染危害。进一步分析显示沉积物重金属含量与沉积物有机物质、全碳、全氮、全硫和全钾含量存在密切的共线性。归根结底, 互花米草密集的地上与地下生物学结构可能是其促进沉积物重金属累积的主要因素。

诊断外来植物和本地种的资源利用方式是入侵生态学研究的热点问题。叶片氮(N)、磷(P)含量和化学计量特征可以反映受侵地区植物的N、P吸收能力和限制状况, 为把握外来植物的入侵能力、为本地植物共存或消失的机制提供基础科学依据。该研究以我国西南地区典型外来入侵植物(飞机草(Chromolaena odorata)、紫茎泽兰(又叫破坏草, Ageratina adenophora))及其共存的本地植物为对象, 探讨不同入侵条件下入侵种及其共存的本地植物的N、P利用策略。在云南西双版纳孔明山研究区, 调查了无入侵条件下和飞机草与紫茎泽兰的不同入侵程度(按入侵种生物量比例划分)下的物种数量和生物量, 分析了主要植物的叶片N、P含量和N:P值。结果显示: 尽管群落地上生物量随飞机草和紫茎泽兰入侵程度增加而增加, 但本地植物种数随飞机草和紫茎泽兰入侵程度增加而显著减少。飞机草与紫茎泽兰的叶片N、P平均含量无显著差异, 但均显著高于无入侵条件下的本地植物以及与其共存的本地植物。两种入侵植物的N、P含量均随它们所占样方总生物量的比例增大而升高, 本地植物N含量也有相似的变化趋势。当对比入侵和无入侵两类样方的同种植物N、P和N:P变化时发现多数本地种叶片P含量呈降低趋势, N含量和N:P呈升高趋势。根据叶片N、P绝对含量和N:P值及其随入侵的变化规律, 推测入侵可能提高了植物的N可利用性, 但本地植物仍然受N限制; 入侵植物N:P值总体小于10与其具有相对于N吸收的较高的P吸收能力有关。该研究揭示了西南典型外来入侵植物具有较强的N、P吸收富集能力。

互花米草(Spartina alterniflora)因良好的促淤能力被引种至我国东海岸, 目前已成为我国滨海湿地分布最为广泛的入侵种。当前的研究大多关注其生产力增加对生态系统固碳能力的直接影响, 却忽视了对其间接作用的定量研究, 如促淤对土壤碳库的贡献。该研究以上海崇明东滩湿地为研究地, 选择具有不同入侵时长(4年、6年、10年)的互花米草斑块, 同时选择芦苇(Phragmites australis)斑块和光滩作为对照, 采集土壤、植物和水体样品。通过测定土壤总碳、总氮、有机碳以及植物和土壤有机质的碳、氮稳定同位素比值(δ¹³C和δ¹⁵N), 分析土壤碳库的变化; 同时, 针对群落结构不同的互花米草斑块分别采用同位素二源混合模型和三源混合模型定量分析土壤有机碳的来源。结果表明: (1)互花米草斑块土壤有机碳含量和δ¹³C值逐年增加。互花米草入侵能显著增加土壤有机碳库, 并随入侵时间的延长表现出累积效应。土壤碳氮比值随入侵时间的增加而降低, 并趋近于雷德菲尔比率, 表明植物入侵增加土壤碳、氮输入的同时, 海源的潮汐输入也是土壤碳库的重要来源。(2)互花米草对土壤碳库的贡献随入侵时长的增加而增加, 而潮汐输入对土壤碳库的贡献率则不断降低。在入侵时长为4年的斑块中, 潮汐输入的贡献率在90.0%以上; 在入侵10年的斑块中, 潮汐输入的贡献率仅为18.4%, 而互花米草植株的贡献率高达73.5%。这说明互花米草对土壤碳库的贡献在入侵早期以促淤为主, 入侵后期主要依靠自身碳输入。

土壤氮含量是陆生植物生长的主要限制因素, 全球范围的氮沉降正增加土壤可利用性氮水平, 入侵植物一般具有较快的生长速度和较强的竞争能力, 因此理解氮添加对入侵植物种群生长和竞争能力的影响将有助于预测氮沉降背景下的植物入侵风险。实验设置氮添加和对照两种处理, 通过矢车菊属植物Centaurea stoebe的3个种群分别与草地早熟禾(Poa pratensis)混合种植及4个种群单独种植, 研究氮添加对C. stoebe种群生长和竞争能力的影响。结果显示, 无竞争条件下, 氮添加能促进C. stoebe种群生长, 并提高其潜在的竞争能力。竞争条件下, 氮添加能明显提高C. stoebe种群的竞争效应及其地下部分竞争资源的优势。氮沉降对其竞争能力影响未表现出显著的种群差异性。这些结果初步表明, 模拟氮沉降能增强C. stoebe种群的竞争能力, 从而提高其潜在的入侵危害性。

以国家农业部指定的20种恶性入侵植物为目的种, 在海南岛开展其分布特征与入侵强度的调查研究, 重点研究了陆域环境中6种广布入侵植物——飞机草(Chromolaena odorata)、假臭草(Praxelis clematidea)、含羞草(Mimosa pudica)、苏门白酒草(Conyza sumatrensis)、三裂叶蟛蜞菊(Wedelia trilobata)、马缨丹(Lantana camara)在7种生态系统(天然次生林、农田、村落、种植园、林缘、弃耕地、草地)中的入侵频率及入侵植物对本地植物的影响。结果表明: 1)海南岛有恶性入侵植物11种, 占调查目的种总数的55.0%。2)海南岛的东北、西南部分布的入侵植物种数较多, 东南部次之, 中部地区最少。3) 6种入侵植物的整体入侵强度为: 假臭草>飞机草>含羞草>三裂叶蟛蜞菊>马缨丹>苏门白酒草; 苏门白酒草、马缨丹在不同生态系统中的入侵频率无显著差异; 而假臭草在种植园及弃耕地, 含羞草在农田, 三裂叶蟛蜞菊在种植园生态系统中的入侵频率均显著高于其他生境。4)种植园、弃耕地和农田生态系统是植物入侵的主要生境类型, 而林缘和天然次生林生态系统均对植物入侵表现出抵御作用。5)植物入侵对当地植物多样性的影响存在正、负及无关联效应, 并主要影响群落中的草本植物功能群; 样地中入侵植物盖度总值与本地植物平均种数在种植园、农田和村落生态系统中无相关性, 在林缘和弃耕地生态系统中, 两者呈显著负相关关系; 而在草地生态系统中, 在一定盖度范围内, 入侵植物盖度总值与本地植物平均种数呈显著正相关关系。

为了掌握目前红树林生物入侵研究实况, 基于ISI Web of Science数据库和HistCite文献分析软件, 我们进行了全面系统的文献检索与分析。结果显示, 国内外有关红树林生物入侵研究文献绝大部分针对植物入侵, 有关动物与微生物的研究寥寥无几; 研究区域集中于中国华南与东南沿海(尤其是珠江口、雷州半岛西侧)和美国东南海岸及夏威夷群岛。无瓣海桑(Sonneratia apetala)是否构成入侵, 一直备受争议, 有待更长远论证, 但须谨慎引种。互花米草(Spartina alterniflora)与微甘菊(Mikania micrantha)是世界性恶草, 生长迅速, 繁殖力强, 竞争与化感作用明显, 二者已在红树林生态系统中爆发入侵, 显著降低了红树林微生境质量, 并改变了底栖生物群落结构。Rhizophora mangle作为外来红树植物入侵夏威夷群岛, 改善了沉积条件, 丰富了底栖生物群落, 但需从全球尺度考察入侵后果。目前, 红树林生物入侵研究才刚起步, 针对性研究局限于入侵对红树林生态系统结构和功能产生的效应。相关入侵机制缺乏探索, 现有防治方法大多只是借鉴其他被入侵系统的防治方法。今后, 红树林生物入侵研究应持续加深入侵现状和入侵效应的探索与评价, 加快开展入侵机制和防治方法的研究应用, 以及对生态系统服务的影响评价。健全红树林生物入侵管理体系, 将在防治红树林生物入侵实践中发挥主导作用。

竹子是竹亚科植物的总称, 在人类文化与经济活动中扮演着重要角色, 然而竹子也会向其邻近的生态系统不断入侵扩张, 引发一系列生态环境问题。该综述试图从竹子扩张过程、扩张后效、扩张机制等方面, 总结竹子扩张生态学方面取得的研究进展, 以期为生态系统保护提供参考。综述认为: (1)竹子扩张过程主要包括地下渗透、地上成竹、竞争排斥和优势维持4个阶段; (2)竹子扩张不同程度地会影响邻近生态系统的群落组成与结构、生物多样性、土壤性质、生态过程与功能, 并造成生态景观的破坏; (3)竹子扩张既与其生长快速、繁殖力强、形态多样、集团协同等内禀优势有关, 也与邻近生态系统可入侵性有关; 竹子可通过遮光、机械损伤、凋落物抑制、养分竞争与化感作用等直接或间接的竞争方式排斥其他植物, 且自然或人类干扰有利于竹子扩张。因此, 竹子扩张机制符合“内禀优势-资源机遇-干扰促进”的生物入侵假说。建议在未来环境变化背景下, 加强竹子对环境变化的响应与适应、竹林-阔(针)叶林界面特征、竹子扩张过程与格局、扩张生态效应评价、竹子扩张防控与合理利用等领域的研究。

互花米草(Spartina alterniflora)的入侵给海岸带盐沼生态系统的结构和功能带来了显著影响。互花米草盐沼中的硫含量高于附近的土著芦苇(Phragmites australis)盐沼。为探讨硫元素对互花米草和芦苇竞争过程的可能影响及其作用机制, 以50 mmol·L^-1的Na₂SO₄和Na₂S对互花米草和芦苇进行处理, 分析处理前后5天内两种植物光合气体交换和叶绿素荧光指标变化的差异, 实验另设等Na⁺浓度的NaCl处理作为比较。研究发现: Na₂S对互花米草和芦苇光合作用影响的差异最大, NaCl次之, Na₂SO₄最小。Na₂S处理后, 互花米草净光合速率(P_n)出现显著上升, 芦苇P_n值大幅度下降。互花米草的光饱和点(I_sat)上升而芦苇的I_sat值无变化。表明Na₂S处理对互花米草的光合能力有促进作用, 但对芦苇的光合能力有抑制作用。NaCl处理后互花米草P_n值也出现小幅上升, 而芦苇P_n值略有下降。Na₂SO₄处理对互花米草和芦苇的P_n值均无显著影响。除Na₂SO₄处理的互花米草外, 不同盐处理后的互花米草和芦苇非光化学淬灭(NPQ)均出现上升趋势。研究结果表明互花米草对环境硫胁迫的适应能力显著高于芦苇, 暗示盐沼高硫环境尤其是硫化物有助于互花米草相对于芦苇的竞争, 也很可能是其形成单一植被的重要原因之一。

生长于不同昆虫群落胁迫下的植物地理种群可能进化出不同的防御策略。入侵植物在原产地同时受到专食性昆虫和广食性昆虫的取食危害, 而在入侵地“逃逸”了专食性昆虫的取食危害。入侵植物对不同类型昆虫防御策略的演化可能在其成功入侵的过程中起着至关重要的作用。该文主要以原产中国入侵北美的木本植物乌桕(Triadica sebifera)为例, 并结合其他入侵植物防御策略演化的研究, 从抗性和耐受性、直接抗性和间接抗性、组成抗性和诱导抗性三个方面系统分析不同昆虫选择压力下入侵植物防御策略的演化, 同时探讨入侵植物防御策略演化对生物防治效果的影响, 指出未来的重点研究方向。

了解外来植物入侵对本土植物群落种群动态的影响对于植物入侵的防控极为重要。该文以加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)入侵不同阶段的植物群落为研究对象, 对本土植物物种多样性以及常见优势种群的生态位变化进行了定量分析。结果表明: 加拿大一枝黄花氮素积累能力高于其他本土优势种群。随着加拿大一枝黄花入侵的深入, 本土植物群落的物种多样性呈现显著下降趋势; 氮素积累能力高的本土优势种群生态位宽度呈现明显的上升趋势, 而氮素积累能力低的本土优势种群生态位宽度则呈现明显下降的趋势; 本土优势种群的生态位重叠平均值呈现逐步下降的趋势。加拿大一枝黄花的入侵, 显著提高了土壤硝态氮含量, 而土壤铵态氮、有效磷、全磷和全氮含量显著降低。对氮素的积累能力决定了加拿大一枝黄花入侵后, 本土植物种群的动态变化格局。

土壤微生物群落与植物的生长发育密切相关, 入侵植物可以改变入侵地土壤微生物类群, 使土壤理化性质发生变化, 从而促进其入侵过程。该文通过比较高丹草(Sorghum bicolor × S. sudanense)、向日葵(Helianthus annuus)、紫花苜蓿(Medi- cago sativa)和多年生黑麦草(Lolium perenne)4种替代植物与黄顶菊(Flaveria bidentis)混合种植(以下简称混种)后不同时期的土壤细菌多样性的变化, 揭示土壤细菌群落对黄顶菊入侵及替代管理措施的响应规律。结果表明, 单独种植(以下简称单种)黄顶菊的土壤细菌多样性下降, 并且在整个生长期多样性指数多数情况下低于高丹草、向日葵、紫花苜蓿和多年生黑麦草单种或与黄顶菊混种的土壤。当4种替代植物与黄顶菊混种后, 土壤细菌16S rRNA的变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱与它们分别种植时存在明显差异, 且不同生长期各个混种土壤都有特征细菌群落。4种替代植物单种或与黄顶菊混种的土壤细菌Shannon多样性指数变化规律与植物生长发育趋势相同, 7月份达到高峰, 8月份开始降低。总之, 黄顶菊入侵降低了土壤细菌群落多样性, 4种替代植物与黄顶菊混种后, 又可提高土壤细菌群落多样性, 这种变化对黄顶菊成功入侵和替代防控具有重要作用。

借助风力传播连萼瘦果, 是菊科入侵种最普遍的自然扩散方式, 而其适应风力传播的特性与入侵性关系的研究还未得到足够的重视。阐明种子本身的风力传播特性与入侵潜力间的关系, 可以为深入理解外来入侵种的入侵机制以及入侵种的控制提供理论依据。该研究以10种菊科入侵种为研究对象, 测量其连萼瘦果的形态特征, 测定它们在静止空气中的垂直沉降速度和模拟风力条件下的水平扩散距离, 分析比较连萼瘦果的形态性状与沉降速度、水平扩散距离以及这些菊科入侵种在国内入侵范围的相关性。结果表明, 根据连萼瘦果的形态特征, 将这10个入侵种分为强、中和弱风传播3类; 连萼瘦果的重量和冠毛特征对垂直沉降速度和水平扩散距离均有显著影响, 对垂直沉降速度影响最大的因素是冠毛长度和冠毛上的小刺对数, 对水平扩散距离影响最大的因素是连萼瘦果的重量和冠毛长度。在垂直沉降速度和水平扩散距离间存在极显著负相关性(r = -0.806, p = 0.005), 表明沉降速度越慢, 借风力水平移动的距离越远。这些入侵种的发生程度与沉降速度间存在显著负相关性(r = -0.721, p = 0.019), 而与水平扩散距离之间存在着极显著正相关性(r = 0.927, p = 0.000), 说明水平扩散距离比垂直沉降速度更适合作为评估菊科入侵种入侵能力的指标。根据上述研究结果, 提出了南京市需重点防范胜红蓟(Agratum conyzoides)和牛膝菊(Galinsoga parviflora)等菊科入侵种的建议。

入侵植物剑叶金鸡菊(Coreopsis lanceolata)既可进行有性繁殖, 又能进行克隆繁殖, 其繁殖特征可能对其入侵性具有重要影响, 然而目前相关研究较少。通过观测剑叶金鸡菊的花序开花动态、交配系统、种子萌发特性等有性繁殖特征及克隆繁殖特征, 研究了上述繁殖特性及其与入侵性之间的关系。结果表明, 剑叶金鸡菊每年4月下旬开始现蕾, 5-11月为花果期。单个花序的花期为5-6天, 至果实成熟开裂约18天。单个花序自交及同株异花授粉不亲和, 为异株异花授粉的异交型, 其花粉-胚珠比(P/O比)为103 549.40 ± 7 162.44。花序高花粉活力及本地蜂传粉行为保障了花粉资源, 因而结实率高达12 000粒∙株^-1。自然条件下其种子的萌发率高达50%以上, 且2-3天即可萌发。剑叶金鸡菊克隆繁殖能力非常强, 整个生长季节均可见从根蘖长出的密集型克隆分株, 8月下旬开始出现游击型克隆生长, 通过密集型和游击型克隆生长, 剑叶金鸡菊排斥其他物种形成单优种群。上述研究结果说明, 剑叶金鸡菊的入侵性与其繁殖特征密切相关。

飞机草(Chromolaena odorata)是世界公认的多年生入侵性杂草, 原产于中、南美洲, 现已扩散至非洲、亚洲、大洋洲和西太平洋群岛的大部分热带及亚热带地区, 严重威胁着入侵地本地植物的生长、生物多样性和生态安全。由于其蔓延速度快, 及其对农、林、牧业等的巨大危害, 引起了社会各界的广泛关注。揭示飞机草的入侵机制, 对于遏制其扩散速度, 最终消除或降低其危害, 恢复生态系统平衡, 具有十分重要的现实意义和科学价值。该文介绍了飞机草的生物学特性、地理分布、入侵后果及防治措施等。鉴于目前对飞机草的入侵路线和入侵机制还没有全面系统的认识, 该文重点介绍了其在世界范围内的传播路线及其成功入侵机制, 旨在为飞机草的防治工作提供科学依据。最后提出有关飞机草生理生态学和分子生物学方面的一些展望, 并强调对其适应性进化遗传基础的研究可能为探讨其成功的入侵机制带来新突破。