网络推广求职招聘交流群 http://www.jpm.cn/article-122749-1.html标题:Interactiveeffectofclimatewarmingandnitrogendepositionmayshiftthedynamicsofnativeandinvasivespecies.
作者:Guang-QianRen1,2,ChrisB.Zou3,Ling-YunWan1,4,JacobH.Johnson3,JianLi1,LanZhu5,Shan-ShanQi1,2,Zhi-CongDai1,2,Hai-YanZhang1,2,6andDao-LinDu1,2,*
期刊：JournalofPlantEcology
时间：
DOI:10./jpe/rtaa
前言
01
气候变暖和氮(N)循环的加速使外来植物入侵动态复杂化。在过去的几十年里，人们提出了许多假说来解释入侵成功的机制，包括天敌释放假说，增强竞争力的进化假说，空生态位假说，新武器假说，以及其他假说。其中，增强竞争力的进化假说从种间竞争的角度解释了外来入侵者的成功，空生态位假说解释了外来入侵者的成功是基于它们的栖息地和它们被入侵的容易程度。因此，物种的入侵性或栖息地的条件都可以被环境变化所改变，这可以促进或缓和外来入侵者。
给定的植物在很小的温度范围内保持其最佳代谢。气候变暖可能会促进外来物种从较温暖的地区入侵一个对外来物种来说太冷而无法与本地物种竞争的地区。同样地，如果新环境中的热环境开始阻碍外来物种的竞争性能，它可以抑制来自较冷本土范围的外来物种的扩散。从概念上讲，在北半球气候变暖有望增加从较温暖的南方入侵到北方的可能性，同时减缓从较冷的北方入侵物种向南方的扩张。然而，这一普遍认识没有考虑到大气氮沉降同时增加的影响，例如亚洲的氮沉降将大幅增加，且有望达到全球氮沉降将较高水平。
气候变化下入侵物种扩张范围的预测往往基于气候生境适宜性，而没有明确考虑同时发生的氮沉降变化。N增强可以改变入侵者和本地物种之间的相互作用。例如，牛膝菊的存在对非入侵植物的生长有明显的抑制作用，这种负相互作用的减少是N增加的结果。入侵植物和本地植物在响应N沉降时也存在差异。例如，N添加会显著增加加拿大一枝*花的株高，而对本地植物的株高没有显著影响。因此，上述两个因子的预测变化可能以不同的方式影响不同物种的生长，而不同的响应可能导致当前入侵物种格局的预测变化。
气候变暖和氮沉降的复杂效应是否以及如何改变本地和入侵的动态，仍有待研究。这些信息对于预测未来入侵物种扩张的轨迹以及指导恢复和缓解策略至关重要。众所周知，气候变暖通过加速土壤有机矿化和植物光合作用来增加养分的可利用性，因此，我们假设：（i）温度和N沉降的增加会增强入侵物种在高度、直径和生物量上的性能。
气候变暖和N沉降通过调节功能性状分配直接影响外来入侵物种和本地物种的生长性能，并通过改变生境的可入侵性(即改变群落的养分可利用性和改变热量条件)来间接影响外来入侵者。升高温度(+1.1°C)显著降低了本地马唐的生物量和相对产量，但增加了加拿大一枝*花的生物量，这表明气候变暖可能有利于外来种战胜本地种。就这一方面，Liu等人()表明，单一环境条件的改变通常对入侵者更有利。基于这一信息，提出另一个合理的假设：（ii）N和温度的同时升高更有利于入侵物种的生长，而不利于本地物种的生长。
从本质上讲，植物的耐热性随纬度的增加而下降，因此，中低纬度地区的植物对较暖环境的耐热性可能更好。另一方面，N作为植物生长必需的营养物质，可在短时间内通过根系直接吸收。然而，除了在极端温度下，温度需要较长的时间才能通过间接方式(如改变土壤特性)对植物生长产生影响。因此，我们假设：(iii)在复杂(交互)环境下，植物生长性能的变化可能主要是由N而不是温度驱动的。
为验证上述假设，通过温室控制试验，定量分析了加拿大一枝*花和艾草在3个温度和N水平下处理的生长响应。
材料与方法
02
1.植物栽培和准备
实验是在江苏省(32°12′N，°12′E)镇江市江苏大学进行的，是亚热带气候。研究场地的历史气候记录表明，6-9月的日平均气温为21-34℃。年平均气温和降水量分别约为15.9°C和.4mm。
本试验中，加拿大一枝*花和艾草均为多年生根状茎植物，生长在中国东部沿海地区相似的生境中。年秋季，在镇江市郊区(°51′E，32°20′N)，加拿大一枝*花(S)和艾草(A)的种子均来自以这两种植物为主的典型植物群落，并贮藏于棕瓶。年5月15日，加拿大一枝*花和艾草的种子分别置于花盆(直径24cm;高18厘米)。土壤收集自种子起源的田间地点。
2.实验设计
将温室分为两部分模拟不同的升温梯度，一部分半开启，安装并开启两个通风机(v、w)作为T1，另一部分保持两个通风机关闭作为T2，两部分均设置两扇窗进行交叉通风。控制组(T0)置于温室外。在研究期间，T1和T2的日平均气温为分别为30.62±0.36和31.33±0.37℃，显著高于对照组29.47±0.38℃。
根据中国N沉降增加速率的不同(低水平为0.05gm?2yr?1，高水平为0.12gm?2yr?1)，我们使用5gm?2yr?1(N5)和12gm?2yr?1(N12)来代表研究地点本世纪末的大气氮沉降水平。为了平衡N沉降对幼苗的营养限制和*害效应(烧苗效应)，植株生长越大，养分含量越高，6周内养分注入量按1:1:1:2:2:2的比例逐渐增加，年6月14日开始，7月20日结束。每次供给相同数量的不含营养物质(水)的溶液作为对照(N0)。我们35天(6月15日至7月20日)内加入了N，后期确保土壤养分动态和稳定对植物的影响。
因此，本试验共采用9个处理
0N0、T0N5、T0N12、T1N0,T1N5,T1N12,T2N0,T2N5和T2N12。整个试验共设个盆栽(3N水平×3T水平×2物种×10个重复)。随机分为9组(n=20)，每周随机调整每个重复位置，以避免可能的环境斑块的影响。实验于年6月14日开始，同年9月6日结束。
结果
03
1.物种、温度和N的交互作用
除直径不受温度影响，生物量、高度和直径均受物种、温度和N的影响(P0.01，表1)。此外，N对高度和生物量的影响随物种和温度的不同而不同(P0.01，表1)。
2.生长性状响应环境变化
加拿大一枝*花生物量和直径均高于艾草，而高度总体上是艾草高于加拿大一枝*花(P0.01，表1，图1a-c)。对照组的生物量和高度均显著高于低增温处理(T1)，与高增温处理(T2)差异不显著。同样，不同温度处理的直径也没有差异(表1，图1d-f)。总体而言，生物量、株高和直径均随施氮水平的增加而增加，且在高施氮水平下增加最为显著(P0.01，表1，图1g-i)。
当温度恒定时，这两个物种的直径、高度和生物量随着N沉降显著增加(图2)。在同样的N水平下,气候变暖导致艾草的生物量和高度降低(图2e和f)，然而没有显著影响直径(图2d),同样的,在氮含量不变的情况下，气候变暖对加拿大一枝*花的直径、高度和生物量没有显著影响(图2ac)。与对照组(T0N0)相比，单独施氮对两种植物的生长均有显著的促进作用(图2)，而单独增温对两种植物的生长均无显著影响(图2)。
3.环境变化的效应值
除单独增温外，两种植物在氮沉降过程中直径、高度和生物量的相对变化及其与气候增温的交互作用均不为零(图3)。在所有处理下，加拿大一枝*花的直径、高度和生物量的相对变化均小于艾草(图3)。在8个处理中，有7个处理的艾草直径的相对变化比加拿大一枝*花直径的相对变化更为显著(P0.05，图3a)，8个处理中，有3个处理的艾草高度相对变化较加拿大一枝*花显著(P0.05，图3b)，8个处理中，有5个处理的艾草生物量相对变化比加拿大一枝*花更显著(P0.05,图3c)。
氮沉降对加拿大一枝*花的适合度有显著而直接的正向影响(直接效应:0.16,P0.05)，对加拿大一枝*花的直径和高度也有显著的正向影响(间接效应:0.56,P0.01)(图4)。相反，气候变暖对加拿大一枝*花的适合度的抑制作用较弱(直接效应为-0.04)，对加拿大一枝*花的直径和高度的抑制作用为负(间接效应为-0.1,P0.05)(图4)。因此，增温处理(-0.14)对加拿大一枝*花适合度的总影响不如N沉降处理(0.72)明显(图4a)。氮沉降和气候变暖对加拿大一枝*花适合度的直接影响小于通过对直径和高度变化的间接影响。此外，值得注意的是，在研究过程中，本地艾草的表现与入侵种加拿大一枝*花相似(图4b)。
结论
04
控制实验研究了3个温度和N处理水平下入侵种加拿大一枝*花和本地种艾草的生长响应。N沉降显著提高生长性能，并且与本地物种和入侵物种是一致的。然而，气候变暖只是在一定程度上抑制了植物的生长。因此，气候变暖和N沉降的相互作用可使入侵物种和本地物种的生长性能整体显著增强。在气候变暖与N沉降的交互作用下，加拿大一枝*花生长指标的相对增长显著低于艾草。这表明，气候变化和N沉降可以通过提高生物量、高度和直径来促进加拿大一枝*花的成功入侵。然而，这种现象可能严重依赖于共存的本地物种。也就是说，在高氮可利用性条件下，本地物种艾草比入侵物种加拿大一枝*花更有利于适应较温暖的气候，因此，温度的升高可能会减缓N沉降条件下入侵物种加拿大一枝*花的扩散范围。
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