土壤养分条件影响典型菊科外来种入侵能力的作用机制

Soil nutrient conditions (low or high) are an important factor affecting the invasion capacity of exotic plants. However, human knowledge on this issue appears to be not comprehensive and thorough despite the fact that research commonly finds that invasive species increase their biomass more than natives as soil nutrient availability increases, and the following questions remain to be answered: can competition change the effects of soil nutrient conditions on plant invasion capacity? Does the fast growth rate of invasive species under certain nutrient conditions come at the cost of a reduced tolerance to biomass losses? Can invasive species generate more positive feedbacks with soil than natives across different soil nutrient conditions? What are the influences of soil nutrient conditions on seed traits of invasive and native species? Under different soil nutrient conditions and by comparing the differences between four invasive species of Asteraceae and three co-occuring native plants of Asteraceae with similar life form in (1) the biomass and functional traits when grown alone or in pairwise competition, (2) the growth and competitive ability when subject to disturbance, (3) the feedbacks with soil, and (4) the traits of the seeds produced and the ecological adaptability of these seeds, this project plans to answer the aforementioned scientific questions. Research results can systematically reveal the mechanisms underlying the effects of soil nutrient conditions on plant invasion capacity, and provide a scientific foundation for controlling exotic weeds.

土壤养分条件(低或高)是影响外来植物入侵能力的一个重要因素。虽然研究常发现入侵种在土壤养分条件增加时生物量比本地种增加的更多，但除此之外，人们对这一问题的认识显得不够全面和深入，以下问题仍有待回答：竞争可否改变土壤养分条件对植物入侵能力的影响？入侵种在一定土壤养分条件下的快速生长是否以降低其对生物量损失的耐受性为代价？入侵种是否在不同土壤养分条件下均可与土壤形成相对于本地种更正面的反馈作用？土壤养分条件对入侵和本地种种子性状的影响是什么？本项目计划在不同土壤养分条件下，通过对比四种菊科入侵种和三种生活型相似且伴生的本地菊科植物在（1）单独生长、两两竞争时的生物量和功能性状，（2）受到干扰后的生长和竞争能力，（3）与土壤间的反馈作用，（4）产生的种子性状及其生态适应性这四方面的差异，来回答上述科学问题。研究结果可系统的揭示土壤养分条件影响植物入侵能力的作用机制，并为控制外来杂草提供科学依据。

土壤养分条件(低或高)是影响外来植物入侵能力的一个重要因素。虽然研究常发现入侵种在土壤养分条件增加时生物量比本地种增加的更多，但除此之外，人们对这一问题的认识显得不够全面和深入，以下问题仍有待回答：竞争可否改变土壤养分条件对植物入侵能力的影响？入侵种在一定土壤养分条件下的快速生长是否以降低其对生物量损失的耐受性为代价？入侵种是否在不同土壤养分条件下均可与土壤形成相对于本地种更正面的反馈作用？土壤养分条件对入侵和本地种种子性状的影响是什么？以典型菊科一年生入侵种(假臭草、胜红蓟、三叶鬼针草)和本地种(夜香牛、一点红、墨旱莲)为对象，我们研究发现：(1)无论有无竞争，相对于本地种，在低土壤养分条件下，切割对入侵种生物量的降低程度倾向于更大，但入侵种的生物量仍不低于本地种。高土壤养分条件对入侵种生物量的促进作用更大，且切割并没有降低入侵种对本地种的生长优势。入侵种能从土壤养分条件增加中获利更多，以及在切割后入侵种可以和本地种表现的相似或更好，可能解释了入侵植物在许多生境的高丰度和优势地位。(2)无论在低还是高的土壤养分条件下，三种入侵植物均与土壤形成中性的反馈作用，本地植物与土壤间的反馈作用因物种和土壤养分条件而异。在低土壤养分条件下，入侵种并不能通过植物土壤反馈作用战胜本地种，增加土壤养分条件可能改变一些本地种而不是入侵种与土壤间的反馈作用。(3)养分添加提高了6种菊科植物的株高、地上生物量、单粒种子重量、总种子数量等性状，并使开花时间提前、花期延长。养分添加对入侵种的开花株高和单粒种子重量的提高幅度要比本地种更显著。相对于部分本地植物（夜香牛、墨旱莲）, 养分添加更能促进部分入侵植物（假臭草、胜红蓟）的繁殖能力。因而，高土壤养分仅能促进部分入侵植物相对于部分本地植物的繁殖能力。研究结果为系统理解土壤养分条件影响植物入侵的机制、以及为入侵植物防控管理提供科学依据。