植被演替改变群落入侵抵抗力的化感驱动机制研究

Biological invasion represents one of the most serious threats to biodiversity. Understanding community resistance to plant invasion is critical for preventing biological invasion and sustainably restoring invaded plant communities. However, the mechanisms underlying community resistance to plant invasion are still obscure. Integrating vegetation succession and biological invasion will greatly improve the understanding of these mechanisms. Our previous studies showed that different forest types had different invasion resistance varying along with vegetation succession, and allelopthic effects of native vegetation could affect the growth of exotic invasive plants. Therefore, we hypothesize that the allelopathic effects driven by vegetation succession can greatly attribute to invasion resistance through altering soil micro-environments. To test this hypothesis, we proposed to determine the variation pattern of invasion resistance among three forest types undergoing different successional stages in Kunyu Mountain. Meanwhile, we will explore the allelopathic effects of these forest types on soil micro-environments, including soil nutrition, soil enzyme activities and soil microbial communities. This project will help us understanding the mechanisms underlying invasion resistance and enriching the invasion ecology theories. Moreover, it has significant implications for constructing regional restoration reference and promoting conservation of biodiversity in practice.

日益频繁的人类活动和不断增长的全球经济贸易往来，已经引起而且还将加重生物入侵的危害。构建高抵抗力植物群落是防控生物入侵和可持续性恢复被入侵群落的有效手段，但群落入侵抵抗力形成机制目前尚不明确。我们的前期工作提示，不同演替阶段植物群落入侵抵抗力存在差异，化感物质在抵御外来植物入侵中可能发挥重要作用。本项目以暖温带昆嵛山不同演替阶段森林群落为研究对象，选取代表性外来入侵植物，对比研究不同群落对外来植物入侵的抵抗力差异；同时研究不同植物群落化感物质对土壤微生态环境的影响，验证我们提出的"土壤介导的化感作用改变群落入侵抵抗力"假说，并最终揭示植被演替改变群落入侵抵抗力的化感驱动新机制。本项目将植被演替与生物入侵研究有机整合，不仅能为理解群落入侵抵抗力形成机制提供新思路，同时也能在群落水平增进对化感作用的认识。研究结果对确立区域植被恢复参照系和加强生物多样性保护具有重要的理论指导意义。

生物入侵危害严重，构建高抵抗力的群落是防控生物入侵最有效的手段之一。然而，目前有关群落入侵抵抗力的形成机制尚未明确。本项目以山东半岛不同演替阶段林型为研究对象，选取代表性外来入侵植物，对比研究不同群落对外来植物入侵的抵抗力差异，探讨不同植物群落化感物质在入侵抵抗力形成中的作用。结果表明：⑴不同演替阶段林型群落可入侵性存在差异，演替后期落叶阔叶林具有相对较高的群落入侵抵抗力；⑵麻栎分泌的化感物质可以显著降低外来植物火炬树等的种子发芽率，抑制其幼苗生长，减少幼苗干重积累并影响其生物量分配，增强所在群落的入侵抵抗力；外来植物和本地植物间缺乏共同的进化历史，短时间内不能互相适应，这可能是本地树种麻栎对外来植物具有较强化感抑制作用的一个原因；⑶火炬树可以改变土壤生态系统的微生物群落组成和土壤酶活性并影响土壤相关营养元素循环，从而可能使其在与当地植物的竞争中获得优势，为自身的入侵创造有利条件，揭示了植物与土壤之间的相互作用在决定植物的竞争力以及分布格局中起到重要作用；⑷除本地植物化感抑制作用外，低光严重抑制了外来植物的生物量积累，这可能是导致演替后期林型入侵现象少的主要原因之一；⑸对比入侵植物与非入侵植物对光强变化的响应，发现生理可塑性较形态可塑性在外来植物入侵中可能具有更重要的作用。该研究揭示了群落入侵抵抗力形成的化感驱动机制，推动了对入侵过程的认识，对外来植物入侵防控具有重要的理论和实践意义。