入侵植物在我国东部森林自然保护区的扩散机制及对保护区内本地物种的影响

Nature reserve is one of the key aims of global conservation policy to achieve specific conservation objectives, particularly to preserve biodiversity and to maintain critical ecological processes and ecosystem services. The invasion of non-native plants into natural reserves is particularly troublesome given the importance of these areas for conserving biological diversity and providing ecosystem services. Consequently, controlling non-native plants is either strongly advised or mandated for most natural reserves in China. However, The damages and mechanisms of alien invasive plants to native species in nature reserves are unclear. In order to resolve this issue, we will select 2 important forest nature reserve in eastern China, Changbai and Baihua Nature reserve, establish field surveying and monitoring transects according to core protected area, experiment protected areas, buffer zone of protected area and outside of protected area boundary. We will set up plots by the disturbance intensity in each transect to monitor the spreading process and distribution pattern of typical alien invasive plants and the community characteristics, and to learn the effects of invasive plants on native plants and communities. Manipulation experiment will be used by planting the invasive plants and native ones together in greenhouse to compare their competition process and ability, and reveal how the invasive species over competition native plants. Finally we will combine the field results with manipulation experiments to learn the effects of alien invasive plant to native plant and nature ecosystems, and provide the necessary information for soundly managing nature reserves.

保护区是生物多样性和生态系统功能保护的重要基础，入侵物种在我国的广泛入侵已经引起了保护区生物多样性的损失，威胁了保护区的功能，但威胁的机制和过程还不清楚。针对这一问题，本项目选择我国东部重点森林区的长白山和百花山保护区为研究对象，在保护区内外按照保护核心区、实验区、缓冲区和保护区边缘区域，以梯度方式设置研究样区，在每个样区内以自然群落类型和干扰的程度建立野外观测样地，研究典型入侵植物在森林生态系统的扩散过程和分布格局，认识入侵植物对保护区植被的影响。以室内控制实验的方法检验在保护区自然生态系统存在的入侵植物和群落中同生活型和生态型植物的生长和竞争过程，认识入侵植物对本地植物的排斥能力和竞争特点。并把野外调查和室内试验结果相结合揭示入侵植物对本地植物和自然保护生态系统的影响，为入侵植物对自然保护区的影响评价和自然保护区的管理提供科学基础。

本项目以我国北方的长白山和百花山保护区为例，首先系统开展了保护区内不同功能区的入侵植物系统调查，经调查得到百花山自然保护区典型入侵植物有豚草、三裂叶豚草、牛漆菊、毒麦、欧洲菟丝子、日本菟丝子等，共计有28种，外来植物有234种；调查得到长白山自然保护区入侵植物豚草、三裂叶豚草、牛漆菊、欧洲千里光、月见草等42多种，外来植物有156种。建立了入侵植物的传播模型，模拟了入侵植物和本地植物的传播特点。通过野外观测实验，了解入侵种与本地种在长白山自然保护区中不同生境中的基础扩散核和种子释放情况。提出了入侵种子传播模型的机制和进一步发展的特点。在深入研究入侵植物风传扩散过程中的主要影响参数的基础上，对比分析了各参数对不同扩散过程造成的影响，总结出不同的扩散模拟过程中需要应用的影响参数，阐述了这些参数的参数化过程及相应的计算方法。对已有风传扩散模拟模型做出重点介绍，并结合入侵植物自身特征重点解析了其风传扩散过程模拟模型的选择依据。本地种与入侵种在施肥和水分变化下的实验证明了：氮素是保护地中中植物生长的重要限制性因子。不断变化的氮沉降势必影响现有的物种分布格局，尤其可能通过改变外来种在入侵地的竞争能力，导致本土物种的替代，在保护区内造成严重的生态环境后果。由本研究的结果可以推测，在未来氮沉降的增加将会促进保护区区外来种豚草的入侵，增加本地群落的可入侵性。入侵种豚草的竞争力在各个水分处理下始终大于本地种黄花蒿。不同水分处理对入侵种豚草的竞争能力没有显著影响。我国东北华北地区温度增加使气候变暖，降水减少引起的干旱化加剧，可能会造成保护区内豚草和三裂叶豚草的进一步扩散。把野外调查和室内试验结果相结合揭示入侵植物对本地植物和自然保护生态系统的影响，为入侵植物对自然保护区的影响评价和自然保护区的管理提供科学基础。