P添加与CO2浓度升高交互作用对入侵杂草及本地种资源配置影响研究

Phosphorus (P) limit is very common in terrestrial ecosystem, and the elevated CO2 concentration and plant invasion are important environmental problems facing the world. Understanding the effect of P addition and the elevated CO2 concentration interactions on invasive weeds and native species is helpful to study the plants invasion mechanism. Resource is the material basis for plants adaptation to the environment, and understanding the plant resource use strategy and mechanism is an important starting point for understanding the plant adaptation to the environment. .In the present project, we choose the notorious invasive weeds Mikania micrantha and Chromolaena odoratum and native species Paederia scandens (Lour.) Merr. and Praxelis clematidea as experiment material, and taking control experiment under P addition and elevated CO2 by single planting and mixed planting method. We measured: 1) photosynthesis and leaf construction cost, 2) leaf P concentration and leaf P composition and 3) water-use efficiency and biomass allocation..We study the strategy of obtain and use the carbon and phosphorus resources by the invasive weeds and the native species. We discuss their resource use strategy and the ecological mechanism under P addition and elevated CO2. The results will reveal the invasive species and native species’ adaptation and adaptation cost for P addition and elevated CO2, and then to predict the invasive species invasion potential and direction in the future changes habitat.

磷（P）限制普遍存在于陆地生态系统，CO2浓度升高和植物入侵是全球变化的重要内容，开展P添加和CO2浓度升高交互作用下入侵杂草和本地种的响应研究有助于深入揭示植物入侵的机理。资源是植物适应环境的物质基础，认识植物资源利用策略和机制是理解植物对环境适应的重要切入点。本项目以入侵我国华南地区并危害严重的两种恶性入侵杂草薇甘菊和飞机草为研究对象，以2种本地植物鸡屎藤和假臭草为对照，在单独和混合两种种植模式下开展P添加和CO2浓度升高交互作用的控制实验，测定植物的1)光合作用和叶碳配置、2)磷浓度和叶磷组分、3)水分利用效率和生物量配置，研究它们对碳、磷和水资源的获取和配置策略，阐明其应对P添加和CO2浓度升高下的资源利用策略及其生态机理，揭示入侵种和本地种的适应性变化及适应代价，为预测未来环境变化下入侵植物入侵能力大小和分布方向提供科学指导。

本项目针对土壤磷限制、大气CO2浓度升高和入侵物种入侵加剧问题，选择华南地区入侵危害严重的杂草（薇甘菊和飞机草），以及对应的本地种（鸡屎藤和华泽兰）为实验对象，利用近自然开顶箱法，开展P添加与CO2浓度升高交互作用对植物光合碳固定、碳分配、P固定和分配以及水分和生物量配置策略的研究。. 重要结果包括：. 1、碳获取和配置方面：（1）CO2浓度升高显著提高入侵种在所有溶液处理下的最大光合速率（Pmax）和光合氮利用效率，以及薇甘菊的Rubisco酶含量，而本地种各指标变化不大。入侵种通过增强碳资源捕集能力，加速生长，利于入侵。（2）环境CO2下，P添加对薇甘菊的Pmax降低不明显，对飞机草Pmax起显著降低作用，而对本地种Pmax起增加作用。（3）P添加增加入侵物种的碳构建成本，CO2升高缓解这种增加作用。环境CO2下，P添加不利于入侵种的生长，而CO2升高缓解这种作用。. 2、磷获取和配置方面：（1）P添加使入侵种比本地种叶P浓度升高，光合速率和光合磷利用效率升高，这些效果被升高的CO2增大。（2）高浓度P添加，入侵种比本地种分配更多的代谢磷组分（包括无机磷）给其他叶磷组分（核酸磷和结构磷），除了剩余磷，从而提高光合速率。然而，CO2浓度升高弱化了P添加的富集效应，降低了入侵种叶磷组分。（3）CO2浓度升高下，入侵种减少P分配给非代谢叶P组分，以满足其在低土壤P中维持光合速率对代谢P的需求，而增加入侵潜力。. 3、水分利用效率和生物量配置方面：（1）CO2浓度升高显著提高入侵种的水分利用效率比本地种。（2）CO2升高，入侵种降低比叶面积，降低生长对光的需求，利于快速生长。（3）入侵种将更多的生物量分配给叶，减少根生物量比，也是利于快速生长的策略。. 本项目取得的成果能为预测未来环境变化下入侵植物入侵能力大小和分布方向提供科学指导，为入侵植物的防控提供思路，从而有利于农业生产。