亚热带不同地域外来植物碳氮磷化学计量特征及其入侵性研究

The relationship between the stoichiometry characteristics of plants and the invasion has been reported, however, the characteristics of carbon, nitrogen, phosphorus stoichiometry of subtropical alien plants in the process of invasion, and in different regions and for invasion mechanism is still unknown. In this study, four habitats from four intersection zones from two thermal and moisture belt in subtropics, and 8-12 invasive species plant and their relative species are selected, using ANOVAs and Pearson correlation analysis and Phylogenetic independent contrast (PIC) to detect the characteristics of carbon, nitrogen, phosphorus and their stoichiometry of invasive species in the process of invasion, and correlates with soil nutrient, and further clarify the role of dynamic change in stoichiometry, and resource allocation in plant invasion. Meanwhile, the difference in carbon, nitrogen, and phosphorus stoichiometry between invasive species and their relative plant are detected, and further to reveal the resource utilization strategy of invasive plant and for invasive. Moreover, the relationship between carbon, nitrogen, phosphorus stoichiometry of invasive species in different environment and ecological factors including soil nutrient, temperature, precipitation, and altitude are detected, and further reveal the resource utilization strategy of invasive plants under different habitats and for their ecological adaptation. This pioneering work may have a breakthrough to reveal the invasion mechanism and evolution strategy of invasive plants, and find a new way for prediction and control of alien invasive plants.

以化学计量解释外来植物入侵性的研究已有报道，但不同地域、不同入侵程度的外来植物碳氮磷化学计量特征及其与入侵性的关系尚不清楚。本研究在我国外来入侵种较多的亚热带，选取具有热量梯度和水分梯度差异的潮州、抚州、柳州和怀化4个地域作为研究地,以研究地均有分布的三裂叶蟛蜞菊等8-12种典型入侵植物以及近缘本土植物为研究对象，采用相关性分析、方差分析以及系统发育方法（PICs）：1）探查植物入侵过程中C、N、P化学计量的动态变化，剖析入侵过程中资源分配状况及其在植物入侵中的作用；2）探查入侵植物与本土植物根茎叶C、N、P化学计量的差异性，剖析外来植物的入侵机制；3）探测不同地域的入侵植物C、N、P化学计量的空间分异特征及其与生态要素的关系，剖析不同地域外来种的入侵机制及其生态适应机制。这一开创性工作可能会在揭示外来植物的入侵机制和进化策略上有开创和突破，为植物入侵的预测和防控寻求新的思路。

为了揭示外来植物在入侵过程中碳氮磷化学计量的变化规律以及在入侵中发挥的作用，本研究按项目计划在我国外来入侵种较多的亚热带，按热量和水分梯度由东南向西北采集了11个地域的61种植物（包括入侵植物和伴生植物／本土植物），对植物碳、氮、磷含量以及元素比进行了测定，探查植物入侵过程中C、N、P化学计量的变化趋势以及入侵植物与伴生种化学计量的差异性，探查不同地域的入侵植物化学计量对异质空间的响应特点，从生态化学计量学角度剖析外来植物的入侵机制及其生态适应策略。研究结果显示：1）与伴生种相比，较多的入侵植物（如微甘菊、鬼针草、红毛草、白花鬼针草、紫茎泽兰、五爪金龙、喜旱莲子草）对P、N元素有较高的吸收和利用率，并且能将更多的P元素分配至茎或根，即入侵植物是通过对环境中N、P元素的吸收和利用而增大其入侵性。2）一些入侵植物叶N:P值低于伴生种，而另一些入侵种其根N:P、茎N:P或C:P值小于伴生种，C:P值和N:P值或许能反映出各自器官的相对生长速率，一些入侵种通过叶而另一些种通过茎和根的快速生长增大竞争和入侵能力。3）季节、土壤肥力、生长阶段对入侵种各器官N:P或C:P值均有影响，但其影响结果随物种而异。4）地域对喜旱莲子草入侵生境土壤中C、N、P、AN、AP含量有显著影响，土壤中N含量主要受气温影响，P含量受降水和气温的影响。5）地域对喜旱莲子草根、茎、叶P含量的影响力分别为84.6%、76.4%、91.6%；对其各器官C:P值的影响力分别为92.2%、77.7%、92.8%，对各器官N:P值的影响力分别为89.4%、72.2%、84.2%。内陆的玉溪和成都的喜旱莲子草各器官（根茎叶）N:P值显著大于其它各地域。6）从纬度看，中亚热带的喜旱莲子草比南亚热带和北亚热带具有更快生长速率。从经度看，东部沿海一带和中部地域的喜旱莲子草（尤其是根/茎)比内陆地带（玉溪、成都）有更快的生长速率。喜旱莲子草的生长与扩散主要降水量的影响，也受气温、土壤肥力的影响，其生长扩散和入侵能力由东南向西北方向逐渐减弱。