功能性状及表型可塑性在外来植物假臭草入侵中的作用机制

Strong exotic invaders usually benefit from some functional traits or trait plasticity that weak exotic invaders or native species do not have, but there has been no consensus on the functional traits or trait plasticity that promote invasion. In addition, most studies grew plants without competition, and the advantageous functional traits or trait plasticity that have been identified under these conditions may not promote the competitive ability of invaders. Through conducting greenhouse pot experiments, this project aims to compare the growth, morphological and physiological traits and their plasticity between a strong exotic invader Eupatorium catarium and weak exotic invaders Ageratum conyzoides and Crassocephalum crepidioides, and a native species Vernonia cinerea when grown alone, and compare their competitive effects when grown with one another under varying soil nutrient, soil water and light availability. The results will identify the environmental conditions under which there are growth differences between E. catarium and weak invaders and the native species when grown alone and the functional traits and trait plasticity that cause these growth differences, and understand how the functional traits when grown alone influence the competitive ability of plants when grown together. According to the research results, this project will systematically reveal the mechanism underlying the role of functional traits and trait plasticity in the invasion of E. catarium, and provide a solid scientific foundation for promoting the theoretical research on plant invasion and effectively controlling exotic weeds.

强入侵性外来种往往比弱入侵性外来种或本地种在某些功能性状或性状的可塑性上具备优势，但究竟哪些功能性状或性状的可塑性促进入侵并无一致结论。此外，大多研究是在无竞争条件下种植植物，在这种条件下鉴定出的功能性状或表型可塑性的优势不一定能促进入侵种的竞争能力。本项目拟通过温室盆栽实验，在设置的不同土壤养分、土壤水分和光照条件下对比强入侵性外来种假臭草与弱入侵性外来种胜红蓟、野茼蒿及本地种夜香牛在单独种植时生长、形态和生理性状及其可塑性的差异，以及在两两混种时的相互竞争效应。预期结果将鉴定出假臭草与一般性入侵种及本地种在单独种植时生长有差别的环境条件及造成这种生长差别的功能性状及其可塑性，以及认识单独种植时植物的功能性状如何影响其在混种时的竞争能力。根据研究结果，系统的揭示功能性状及其可塑性在假臭草入侵中的作用机制，为推动植物入侵理论研究和有效控制外来杂草提供坚实的科学依据。

假臭草近30年来在华南地区快速扩散，目前已遍布海南全岛，常在农田、荒地、干扰林下成为优势种。本项目拟比较其与入侵历史较长的外来种胜红蓟、本地种夜香牛在不同土壤水分、光照、养分条件下的功能性状及其可塑性，鉴定出促进假臭草入侵的环境条件、功能性状及其可塑性，以及单独生长时植物的表现是否可预测其在竞争时的表现。. 三种植物在不同土壤水分和光照条件下的生长实验表明，单独生长时，假臭草的根冠比最低，而胜红蓟的根冠比最高；假臭草的比叶面积最高，而胜红蓟的比叶面积最低。尽管三个物种在光照、水分降低时有根冠比、比叶面积方面的可塑性的差异，但这些可塑性的差别并没有造成植物生物量的差别。当假臭草和胜红蓟或夜香牛竞争时，不同物种之间也没有生物量的差别。本实验的结果表明，在土壤养分条件相对较低时，无论有无竞争，假臭草、胜红蓟和夜香牛在不同光照和水分条件下都没有生物量的差别。 . 三种植物在不同土壤养分条件下的生长实验表明，在低土壤养分条件下，无论有无竞争，假臭草、胜红蓟和夜香牛的生物量没有差别；在高土壤养分条件下，单独生长时假臭草和胜红蓟的生物量比夜香牛高，而在竞争条件下假臭草和胜红蓟的生物量比夜香牛有更大程度的提高。相对于夜香牛，假臭草和胜红蓟有更高的比叶面积的可塑性、以及更高的光合速率。无论哪种土壤养分条件下，假臭草并不比胜红蓟有更大的生物量。这些结果说明高土壤养分条件可促进假臭草、胜红蓟相对于本地种夜香牛的生长和竞争优势。. 我们结合表型可塑性成本和收益的研究与植物入侵机制的研究，提出了外来种表型可塑性进化的新理论假说：入侵地生境条件的改善可能通过降低可塑性的成本、提高可塑性的收益，从而促进外来入侵种进化出更强的表型可塑性。这是对为何一些入侵生物有强表型可塑性的一个深层次解释。. 这些研究工作对于理解假臭草的入侵机制、以及外来入侵物种表型可塑性的进化具有重要意义。