氮沉降和降水变化交互作用对外来植物入侵的影响研究

Although the problem of plant invasions is expected to increase with global change, there is as yet little experimental evidence. Increased nitrogen deposition and altered precipitation pattern are the two important factors of global change, while the experiments studying how the two factors affect plant invasions are still limited. It is not clear to what extent alien species should be favored over native species when the two factors change simultaneously, making it difficult to predict how global change will affect plant invasions. Only with a better appreciation of interactions between global change and plant invasions can decisions on minimizing their adverse effects be made. In this proposed project, we will conduct plant garden experiment to evaluate the interactive effects of nitrogen deposition and precipitation change on the growth, physiology and competitive ability of phylogenetically matched pairs of invasive and native plants (Bidens pilosa, B. biternata, Conyza canadensis, C. japonica, Senna tora, Tadehagia triquetrum, Paspalum conjugatum, P. thunbergii, Setaria palmifolia and Imperata cylindrical). Additionally, we will establish artificial native communities, which will be subjected to nitrogen deposition and precipitation change treatments in a factorial design in the field. The invasive and native plants were introduced into the communities to test their establishment ability. In so doing, we can found the difference between the invasive and native plants and illuminate alien plant invasiveness and habitat invasibility, as well as their response mechanism to nitrogen deposition and precipitation change. Therefore, we can reasonably evaluate the effects of nitrogen deposition and precipitation change on alien plant invasions. The results from this project will provide important fundamental materials for management and control of invasive plants under global change.

生物入侵被认为随着全球变化而增加，但相关的实验证据较少。氮沉降增加和降水格局改变是全球变化的两项重要内容，有关它们对植物入侵影响的研究资料非常有限，特别是当这两个因素同时发生时，外来种在什么程度上会优于本地种仍然不十分清楚，使评估和预测全球变化对生物入侵的影响还很困难。本项目选择菊科、豆科、禾本科的典型入侵植物及其配对的近缘本地植物，拟通过种植园实验，研究氮沉降和降水变化交互作用对入侵植物和本地植物生长、生理和竞争表现的影响；并且，通过在野外固定样地，构建本地植物群落，引入入侵植物和本地植物到群落中，研究氮沉降和降水变化交互作用对引入植物定居的影响。揭示入侵植物和本地植物的差异，从个体和群落两个生态学水平上阐明氮沉降和降水变化下外来植物的入侵性和生境的可入侵性及其响应机制，科学评估氮沉降和降水变化对植物入侵的影响，为全球变化背景下管理和控制外来入侵植物提供重要依据。

生物入侵被认为随着全球变化而增加，但相关实验证据较少。氮沉降增加和降水格局改变是全球变化的两项重要内容，有关它们对植物入侵影响的研究资料非常有限，使评估和预测全球变化对生物入侵的影响还很困难。本项目选取菊科、豆科、禾本科的典型入侵植物及近缘本地植物，通过种植园盆栽实验和在野外小区实验中构建本地植物群落，研究了氮沉降和降水变化对目标植物生长、生理和竞争等的影响和对本地群落的影响及目标植物在群落中的定居表现。结果如下：.总体均值上，两种降水条件下，入侵植物株高、分枝数和生物量等对氮沉降的响应显著高于本地植物；氮沉降增加提高入侵植物对本地植物的竞争能力。各入侵种表现不同，例如，在氮沉降增加下，禾本科植物两耳草的生长响应与其近缘本地植物相似，而豆科植物决明的生长响应显著高于其近缘本地植物。且高氮沉降下多数入侵植物的SPAD值和叶片含氮量明显增加，而本地植物没有明显增加(除耳草外)。不同物种的光合参数及光响应曲线对氮沉降与降水变化的响应不同，低氮沉降提高某些入侵种有利的光合参数，而高氮沉降又可能降低这些光合参数。表明了相对于生理特性，氮沉降和降水使多数入侵植物在形态和生长上具更大的优势。.与无物种引入和引入本地种的群落相比，引入入侵种的群落本地植物的密度和地上生物量显著降低，物种数量减少；在群落中定居的入侵种株高、密度和生物量显著高于引入的近缘本地种，在氮沉降和降水增加下，这种表现更为突出。可见，氮沉降和降水增加显著影响了有入侵种引入的群落，也提高了入侵种在群落中的定居能力，使生境更具可入侵性。.本研究揭示了氮沉降和降水变化使入侵植物在形态、生长和竞争等方面更具优势，提高其在群落中的定居，降低本地群落多样性。从个体和群落两个生态学水平阐明氮沉降和降水变化下外来植物的入侵性和生境的可入侵性及响应机制，为科学评估氮沉降和降水变化对植物入侵的影响以及在全球变化背景下管理和控制入侵植物提供重要依据。