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刘学炎课题组揭示我国西南外来菊科入侵植物及其共存植物的氮、磷利用机制

2018-05-17 505

外来植物入侵是全球变化过程中的重大生态环境问题之一,造成不可逆转的生物多样性丢失,严重影响受侵地区的生态安全和经济发展。尤其,近百年来人为活动干扰导致外来入侵植物的数量和入侵速度快速增加。我国是受外来植物入侵影响最为严重的国家之一,外来入侵植物种数高达两百多种,每年造成上千亿的经济损失。西南地区是我国受外来植物入侵影响最为严重的地区之一。菊科植物紫茎泽兰(Ageratina adenophora)、飞机草(Chromolaena odorata)原产自中美洲墨西哥地区,于上世纪40年代由云南省西双版纳入侵至我国,并迅速向东、向北扩张,对西南地区的农、林、牧业造成巨大的危害,已被环保部列入《中国第一批外来入侵物种名单》。

为有效防治外来植物入侵、减少其负面效应,亟需全面认识外来植物的入侵机制和本地植物消失或与其共存的机制。目前,环境生态学和植物生物学家从植物-土壤相互作用、物种间资源竞争关系、入侵植物逃逸天敌后的营养(如氮、磷)分配策略、分泌化感物质、种子库特征和分子机制等方面开展了很多前瞻性的研究。氮、磷是植物生长最常见的限制性因子,氮、磷利用是影响外来植物成功入侵和扩张以及本地植物共存或消失的重要因素。近年来,利用稳定同位素研究入侵生态系统植物营养资源利用是生物地球化学的一个交叉创新方向,为理解受侵区域不同功能型植物的原位氮、磷利用机制带来新思路。

在国家自然科学基金(41473081, 41522301, 31570598)等项目资助下,新万博体育投注刘学炎教授课题组与中科院西双版纳热带植物园和成都山地所的研究者合作,在西双版纳开展了不同紫茎泽兰和飞机草入侵程度下的植物氮、磷利用研究。他们发现入侵植物(相对于本地物种)较高的氮、磷利用和竞争能力随入侵程度增加而升高,并揭示入侵植物主要利用和偏好性利用土壤中的优势氮素资源—铵态氮,这是入侵植物氮吸收竞争能力随入侵程度增加而升高的根本原因。虽然,共存本地植物氮吸收能力随入侵程度与入侵植物具有相似的变化,但共存本地植物的磷含量却普遍下降。说明在磷相对缺乏和氮相对丰富的条件下,外来植物入侵导致磷资源竞争加剧,本地植物磷可利用性下降,这可能是导致本地植物物种数随入侵程度大幅减少的一个重要原因。

该研究丰富了同位素方法原理在地表氮素循环过程和生物学机制研究中的应用,为理解外来植物入侵和物种共存机制提供了新颖的见解,为更好地评价和预测外来入侵及其生态效应提供了有用的科学支撑。研究结果以Plant nitrogen and phosphorus utilization under invasive pressure in a montane ecosystem of tropical China为题,于2018517日在环境科学与生态学、植物学领域一区TOP期刊《Journal of Ecology》(影响因子5.813)上在线发表。

文章信息:Hu Chaochen; Lei Yanbao; Tan Yunhong; Sun Xinchao; Xu Hao; Liu Congqiang; Liu Xueyan*2018Plant nitrogen and phosphorus utilization under invasive pressure in a montane ecosystem of tropical ChinaJournal of EcologyDOI: 10.1111/1365-2745.13008.

论文链接:https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1365-2745.13008

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图:西南地区紫茎泽兰和飞机草入侵生态系统植物群落生产力与物种数、土壤氮和磷有效性、氮和磷利用随入侵程度的变化