增温和氮沉降对加拿大一枝黄花入侵性的影响

【摘要】：全球变化已经从不同的时空尺度对人类赖以生存的地球生态环境产生了深刻影响，其引发的一系列生态环境问题已引起人们的广泛关注。气候变暖、大气氮沉降和生物入侵是全球变化最重要的组成部分，气候变暖和大气氮沉降可能通过改变物种栖息地特征，资源动态及物种分布从而影响生物入侵格局。然而，气候变暖存在昼夜不同步性，大气氮沉降水平存在地区差异，不同生活型物种对增温和氮沉降的响应亦可能是不一致的。同时在不同尺度上研究气候变暖和大气氮沉降对生物入侵的影响也可能得出不一致的结论。 加拿大一枝黄花已成为危害我国长江三角洲地区危害严重的入侵种，随着全球气候变化，有向内陆各地扩散的趋势。国内外学者对其分布动态、繁殖特性和入侵机制等方面已具有较多的研究，但增温和氮沉降等全球气候变化下加拿大一枝黄花入侵风险的研究少有报道。温度和氮素作为限制植物生长的主要环境因子，可能改变加拿大一枝黄花的入侵性从而影响其同本地物种的竞争结果。本研究通过采用红外辐射加热器模拟增温和施加硝酸模拟氮沉降，从个体水平上研究了加拿大一枝黄花对不同增温情景的响应，并比较了其同一年生鬼针草对增温的响应的差异；采用“微宇宙”法，在以两种种源加拿大一枝黄花和两种种源本地种构建的人工群落中研究了全天增温和氮沉降对加拿大一枝黄花入侵性的影响，以增温和氮沉降为背景，对增加竞争力的进化假说（EICA）进行验证，并将个体水平下的研究结果在群落水平下进行检验。主要结果总结如下： 1.个体水平下，全天增温对加拿大一枝黄花影响最显著，其次是白天增温和夜间增温。相反地，三种增温情景对轨枕草的植株高度和总生物量影响均不显著。增温显著增加二者地上生物量，减少鬼针草地下生物量但对加拿大一枝黄花地下生物量无影响，结果使得二者根冠比降低。加拿大一枝黄花总生物量和根冠比呈显著负相关，而鬼针草总生物量和根冠比呈正相关。表明不同起源地及生活型的物种因其固有特性，对增温的响应存在种间差异，而这种差异取决于不同的增温情景。增温可能通过促进加拿大一枝黄花的生长和耐受性从而促进其入侵，但在存在种间竞争的条件下，增温对其高度、密度或生物量的潜在生长不一定能够实现，反而可能起抑制作用。 2.加氮显著促进加拿大一枝黄花高度和种群密度的增加且加氮对北美种源加拿大一枝黄花的促进作用显著高于中国种源加拿大一枝黄花；加氮使得北美种源加拿大一枝黄花叶片干重显著增加，面积变大，比叶面积显著减小，组织密度增大；加氮趋于使SCN干重增加，叶面积增大，但对比叶面积无影响和组织密度无影响；高叶氮含量及氮利用率可能是其成功入侵的关键。 3.增温和加氮的交互效应使得北美种源加拿大一枝黄花干重增加，比叶面积降低降低，对其他性状不存在交互效应。 4．无论有无种间竞争，中国种源加拿大一枝黄花种群高度、密度、叶面积及高度和密度的年际增长幅度均高于北美种源加拿大一枝黄花。两个种源的加拿大一枝黄花均对中国本地种显示出更强的竞争力，且无论是同中国本地种还是同北美本地种的竞争中，中国种源加拿大一枝黄花均比北美种源加拿大一枝黄花表现出更大的竞争优势。 5.通过对加拿大一枝黄花植株高度和茎秆直径的回归分析发现，两种不同种源的加拿大一枝黄花茎秆直径和株高满足不同的回归模型。表明这两种不同种源的加拿大一枝黄花在茎粗生长和株高的生长上存在权衡，中国种源加拿大一枝黄花分配较少的资源用于茎粗的生长和防御，验证了EICA假说。