基于生态化学计量学的外来植物火炬树的适应机制及其入侵性研究

Alien species may change the structure and function of natural ecosystems and impact the biodiversity and environment of the new habitats. It has become a hot spot of ecology and biodiversity science research in recent years. Rhus typhina is a native species of north America with the characteristics of rapid growth and strong adaptability. As a main afforestation species, it has been widely planted all around China. However, as an exotic species, it is a debate about whether R typhina is an invasive species in China and its invasibility and features of acclimation remain unclear. In this study, R typhina and typical tree and shrub species of warm temperate zone are selected as the research objects. After establishing fixed plots in forest and other typical stands in north China, we conduct field survey, field stimulated experiment and greenhouse experiment. Through ecological stoichiometry analysis, we study the effects and feedback of R typhina on the diversity of native plant community and soil nutrient cycle. We also explore the responses of R typhina and typical native species and their interspecific relationship to different environmental factors. Therefore, we can illustrate the process and mechanism of how R typhina adapts to the local environment and reveal its invasibility.

外来植物在植被恢复中发挥了重要的作用，但部分外来植物引起的植物入侵也造成了严重的影响。外来植物火炬树（Rhus typhina）在我国北方植被恢复中被广泛使用，但其表现出的入侵性也引发争议。生态化学计量学整合了生态学中不同层次的研究内容，为阐明植物入侵机制提供了非常好的角度。本研究以火炬树和华北地区典型乔灌木麻栎（Quercus acutissima）等物种作为研究对象，对研究物种的代表性群落进行野外调查，并结合温室内开展的多种环境因子控制实验，从化学计量生态学的角度入手全面分析火炬树的生物学特征，其对不同环境条件的响应，与本地植物的种间关系及其对本地生态系统的影响，进而阐明火炬树的生态适应机制，并对其入侵性进行评价。从而为火炬树的管理提供科学依据，同时也为植被恢复中其他外来植物的选取和使用提供参考，本研究对华北地区生态系统的管理和恢复具有重要的意义。

如何评价和管理外来植物对于区域植被恢复和生态重建非常重要。本研究以火炬树（Rhus typhina）和暖温带典型木本植物为研究对象，从化学计量生态学的角度入手，结合植物功能性状的分析，对研究对象的代表性群落进行野外调查，并模拟多种环境情景开展温室控制实验，全面分析火炬树的环境适应机制，并通过其与本地植物的比较研究，揭示了其对本地植物个体和群落的潜在影响，进而对火炬树的入侵性进行评价。项目按照计划如期开展了相关的研究工作，主要包括了温室控制实验和野外群落调查两部分。温室实验主要进行了模拟大气氮沉降和不同光照条件对火炬树与盐肤木（Rhus chinensis）、荆条（Vitex negundo）的影响研究，测定了植物的生长表现、生物量分配、叶片化学计量学特征、叶片和根的功能性状等指标。野外调查主要选取了火炬树和本地典型乔灌木群落为研究对象，调查了群落中的物种组成及主要树种的叶功能性状。主要研究结果：1）火炬树生长速率快、资源获取能力强、营养利用效率高，在环境变化时呈现出积极的应对策略，适应能力强。与本地植物相比，环境条件波动时，火炬树有更强的资源获取能力和更有效的生物量分配策略，具有更好的生长表现，在种间比较中具有明显的优势。2）相较于本地植物，火炬树在环境变化时主要功能性状间具有更强的相关性，反映出火炬树能更好的适应环境的变化，对资源的利用效率更高。3）火炬树与荆条的混生群落中，火炬树的叶功能性状保持稳定，但显著抑制了荆条的叶功能性状，并对本地植物造成遮阴的影响，限制了本地植物的生长，在种间竞争中具有更大的竞争优势，并会对群落物种构成产生负面影响。本研究表明，火炬树的适应性和竞争力强，对本地植物的生长有明显的抑制作用，具有一定的入侵性。在植被恢复过程中，应加强对火炬树这类外来植物的管理，结合植物功能性状和主要气候变化因素分析其入侵潜力，以减少外来植物引入所造成的经济损失和生态风险。