外来入侵种紫茎泽兰竞争策略与扩散动态

来源 :中国科学院植物研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianzhiyou258
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紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum Spreng.)作为重要的外来入侵种之一,已严重破坏了入侵地生态系统的结构与功能,同时使当地农林业生产蒙受巨大的损失。因此,明确紫茎泽兰的竞争策略与扩散潜力,对制定合理的控制措施具有重要意义。   土壤氮素增加常常有助于外来种的入侵,那么降氮能否抵制入侵呢?向土壤中添加碳素,增强微生物对氮素的吸收,从而降低土壤中可被植物吸收的氮素是目前常用的降氮方法。为检验这一假说对入侵种紫茎泽兰的适用性,选取入侵种紫茎泽兰和本地种禾本科雀麦(Bromus japonicus)、菊科鱼眼草(Dichrocephala integrifolia),分别单栽或与紫茎泽兰混栽,向各植物组合中添加碳素(按1650克有机质/平方米计)或氮素(按30克氮素/平方米计),并设立对照进行盆栽实验。在碳素添加条件下,紫茎泽兰地上与地下生物量分别比对照降低了71.9%和74.9%,而本地种的生物量却没有受到显著影响。同时,碳素添加导致紫茎泽兰对本地种的竞争强度(RII)明显下降。氮素添加则减弱或逆转了上述碳素的作用。因此,向土壤中添加碳素有助于抵抗氮沉降对外来种入侵的促进作用,特别对抵御那些与氮素有亲和力的入侵种更为有效。在不同氮素条件下,紫茎泽兰对本地种竞争中,资源竞争强度均明显大于化感作用。尽管在紫茎泽兰发育早期化感作用较小,但是,碳素添加使紫茎泽兰可利用氮素减少,激发了化感作用在竞争中占有更大的比例,说明资源竞争与化感是相互结合、共同发挥作用的。   去叶作为模拟采食方法之一,至少可以通过两种方式影响植物竞争。一是去叶对目标种生长产生负面影响,二是邻种去叶有利于目标种生长,进而改变种间竞争关系。基于以上假定,对紫茎泽兰与相邻本地种分别单栽、同种合栽和异种混栽,进行去叶处理。结果恰与假定相悖:在整个生长季内,去叶增加目标株生物量的1.0-198.9%。对于入侵种而言,当邻居本地种去叶时,紫茎泽兰能完全弥补竞争产生的负面效应,即它与未去叶的单栽紫茎泽兰生长无显著差异;而紫茎泽兰去叶降低了相邻本地种的生长,加剧了原本由于竞争给对本地种带来的负面影响。因此,去叶效应与邻种的存在与否及邻种的类型均有关。在应用生物控制对目标株采食时,特别是在没有造成严重伤害或致死情况下,可以使本来具有竞争优势的入侵种变得更具强势。竞争与去叶之间存在复杂的相互作用,采食带来的间接效应可能比预想的更为复杂。因此,在生物控制措施实施之前,充分地估计生物控制的间接作用至关重要。   为检验反应—扩散模型(reaction-diffusion model)能否正确模拟紫茎泽兰小尺度扩散速率,本研究调查了四川攀枝花山区5个不同的生境的紫茎泽兰群落。对各样地内紫茎泽兰定位和年龄确定,基于克里金插值法做出其入侵格局的等年线图,通过等年线之间的垂直距离即可得到紫茎泽兰扩散速率的经验值。同时,计算内禀增长率和扩散系数,根据模型计算得到扩散速率的预测值。结果表明:紫茎泽兰扩散速率经验值明显小于模型预测值。因此,尽管反应—扩散模型已在大尺度扩散预测方面得到广泛的应用和验证,但在小尺度上,由于没有借助于复杂的生活史模型和分层模型,单凭反应—扩散模型不足以得到准确的预测。另外,在没有遭受干扰的生境中,可以发现紫茎泽兰扩散早期存在明显的时滞期。倘若这种时滞效应在入侵扩散中是频繁发生的,那么在判定物种是否具有入侵性时,很可能由于物种处于时滞期而被误认为非入侵种。   基于紫茎泽兰入侵至中国60年来所收集到的441已知分布记录和23个环境变量,采用GARP模型对其潜在分布范围做出了预测,并通过Kappa和ROC(receiver-operator characteristic)对预测结果进行检验。结果表明紫茎泽兰目前分布以云贵高原为主体,逐渐向四川盆地东部、山东半岛、东南沿海、台湾沿海以及海南岛等地扩散。冷季降水量、年极端低温和年均最高温对分布影响较大。RDA(Redundancy Analysis)分析结果显示温度和降水是限制紫茎泽兰扩散的重要因素。在过去的20年里,紫茎泽兰已经从温度较高、天气波动较小的亚热带气候逐渐向气候温凉、降水减少的高海拔地区扩散。紫茎泽兰可以适应相对较宽的温度和降水梯度,年均温度在10-22℃,年降水量在800-2000 mm区间均有分布。本研究结果为发展早期预警工作、防止紫茎泽兰在中国进一步入侵提供了科学依据。  
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