植物替代控制3种入侵杂草技术的研究与应用进展

植物替代控制是利用一种或多种植物的生长优势控制入侵杂草的方法,它是控制外来杂草危害的有效途径之一;因其既可控制入侵杂草危害又能取得一定的经济效益及生态效益而被人们广泛接受。本文简要介绍了我国3种入侵杂草植物替代控制技术研究与应用现状,系统总结了植物替代控制技术阻截和修复豚草、紫茎泽兰及黄顶菊扩散危害的技术模式和效果,提出了植物替代控制技术未来研究的方向和重点。     

植物入侵对食物网的影响及其途径

生态系统中的物质和能量主要沿食物链在食物网中流通,诸多研究表明入侵植物对生态系统功能的影响是通过改变当地原有的食物网结构而实现的,因此外来植物入侵对食物网的影响受到人们越来越多的关注.本文分析了植物入侵引起食物网变化的原因以及改变食物网的途径,探讨了土著食物网特点对群落可入侵性的影响,得出以下结论:(1)食物网的变化主要是由于入侵植物引起的消费者基础食物资源或者周围环境条件的变化造成的;(2)入侵植物通过3种途径影响食物网:一是入侵植物具有较好的可利用性,能够直接被土著草食者取食,通过上行效应按照原有的路径进入土著食物网;二是当入侵植物的可利用性较差时,入侵植物所固定的能量通过引入新的消费者或者转变流通路径形成新的食物网结构;三是入侵植物通过非营养作用造成食物网中各级消费者的种群密度和行为活动等发生变化,进而影响土著生物群落和食物网结构;(3)食物网的大小及其连通性可能影响外来植物的入侵成功率.在今后的研究中,为深入揭示生物入侵对食物网的影响,在短期控制实验的基础上应加强长时间尺度的动态研究,对于食物网变化的定量描述对象也需要进一步加以明确.此外,食物网对入侵植物生态修复的响应以及食物网变化对入侵植物的反馈作用等也具有重要的研究价值.     

海洋外来物种入侵生态学研究

海洋外来物种入侵已成为最为严重的全球性环境问题之一。海洋生态系统类型多样、环境复杂,其生物入侵的监测、控制与管理难度相对较大。我国对陆地外来生物的入侵已开展了较为深入的研究,但对于海洋外来生物的入侵研究仍处于起步阶段,对其入侵监测、入侵机制、入侵危害的程度以及防治等问题缺乏基础数据。本文在分析国内外海洋外来生物入侵现状的基础上,概述其入侵生态学研究形势及相关成果,包括海洋外来物种的入侵途径、入侵过程、入侵生态效应以及全球变化对入侵的影响等。海洋外来生物的入侵可能对海洋生态系统造成直接或间接的影响,如种间竞争破坏生态环境、与土著种杂交造成遗传污染、病原生物及有毒藻类导致海洋生态灾害加剧等。此外,从政策和法规、入侵风险评估、监测和公共宣传教育、生物信息系统和有效管理机制等方面提出对我国海洋外来物种入侵的防治策略。本研究为我国海洋外来物种的进一步研究提供了参考。     

南宁老虎岭林区多种外来植物入侵程度与影响因子模型解释

了解森林环境中多种外来植物对多种环境因子的互作效应,可以更有针对性地应对外来入侵威胁。在南宁老虎岭林区分6个区进行样方调查,以样方所有外来植物的相对百分比作为外来植物入侵程度,利用以分区为随机截距的混合效应模型和一般线性模型来分析有关因素对入侵的影响,用R-effects包的互作效应图形化和数据提取来解释互作效应的复杂变化。多因素混合效应模型分析表明,路边对入侵的主效应为正且极显著(P=0.000),林冠郁蔽度和优势最大株高对入侵的主效应为负(P=0.000),土著物种丰富度对入侵的主效应不显著,但土著物种丰富度与路边的互作对入侵的效应极显著(P=0.007);路边的土著物种丰富度明显提升入侵抵抗性,但林内的土著物种丰富度只能微弱增加入侵抵抗性;林冠郁蔽度和优势最大株高的互作对入侵的效应极显著(P=0.004),但两个因素对入侵的限制作用非可加。一般线性模型分析表明,林龄和抚育时间对外来植物入侵的影响趋势不明显;未发现引进树种造林与乡土树种造林的林下外来植物入侵程度有差异;相对于林道的样方位置高低影响入侵程度,林道下方的样方较易被入侵。在监测或防控林业外来植物时,重点应放在低于林道的森林。     

土著入侵种黄帚橐吾的替代防控展望

黄帚橐吾是青藏高原高寒草场中分布最广、危害极大的优势毒草,严重影响了该地区群落结构和草地畜牧业的发展。在介绍土著入侵种和替代防控概念及相关研究进展的基础上,针对黄帚橐吾目前缺乏高效经济生态防控措施的现状,结合国内外对入侵植物进行替代防控的经验与原则,提出了对黄帚橐吾进行替代防控的生态防控设想和黄帚橐吾替代植物选用的基本原则,初步划定了防控黄帚橐吾的替代植物范围。通过引种或者驯化乡土草种,在青藏高原培育禾本科、豆科植物或者建植禾豆混播人工草地,使其具备替代防控黄帚橐吾的潜力。     

黄顶菊对入侵地群落动态及植物生长生理特征的影响

为明确黄顶菊对入侵地植物群落和土著植物生理生长的影响机制,采用同质园试验对入侵和非入侵土壤的植物群落开展了整个生育期动态监测,并分析了黄顶菊入侵对狗尾草、羽叶鬼针草、灰绿藜、地肤4种土著植物生长和生理特征的影响规律。结果表明:黄顶菊入侵土壤植物群落多样性指数低于非入侵地,且有季节性差异,随生育期的推进差异逐渐减小;黄顶菊对本地植物的生长指标有显著影响(P0.05),随时间变化显著,但存在物种差异;4种植物的净光合速率(Pn)、气孔导度(Cd)、蒸腾速率(Tr)在非入侵土壤生长显著高于入侵地土壤(P0.05);而4种植物在入侵土壤生长的比叶面积(SLA)、比根长(SRL)、比根面积(SRA)显著高于本地土壤(P0.05)。综上,黄顶菊入侵抑制了本地植物的光合效率,减少了生物量的积累,导致本地植物群落的生物多样性水平降低,但表现出季节差异;不同物种对黄顶菊入侵胁迫的响应表现种间特异性,为理解入侵种对群落结构影响和实现入侵生境恢复提供了理论依据。     

近十年中国生物入侵研究进展

生物入侵已对入侵区的生态环境、社会经济和人类健康造成了严重的威胁,成为了21世纪五大全球性环境问题之一。本文回顾了2000年以来,中国生物入侵研究领域尤其是入侵种的多样性与格局、入侵机制及生态学效应、管理与控制等方面所取得的重要进展,讨论了需进一步加强研究的领域,以期为进一步拓展该领域研究的广度和深度、为我国的生物入侵预警预防和科学治理提供参考。据初步研究,中国的入侵种数量已达529种,其中陆生植物、陆生无脊椎动物和微生物为主要入侵类群;原产地以北美洲和南美洲为主;经济发达和气候温暖湿润的东部和南部省份入侵态势明显较西部和北部省份严重;随着中国经济的进一步发展,生物入侵问题将可能更加严峻。外来种的成功入侵是其内禀优势、资源机遇和人为干扰共同作用的结果;其中,表型可塑性、适应性进化、天敌释放、种间互利或偏利共生和新化感作用等因素对入侵起到了关键作用。生物入侵已对中国土著生态系统的生物多样性和生态系统服务功能造成了严重影响,打破了生态系统的固有平衡,危害或威胁到中国的农林牧渔业生产、交通航运、环境、人类健康和公共设施安全。针对生物入侵的管理与控制,中国加强了包括检测监测、风险分析、生物防治、扩散阻断、根治灭除和生态恢复等技术体系的研究和实施,并初步控制了一些重要入侵种的扩张。中国生物入侵需要在全境性科学考察、生物入侵的遗传学、基因组学、生态系统影响、全球变化和管理与控制技术创新等领域进一步加强跨领域的交叉合作和系统研究。     

食蚊鱼生态入侵的研究进展

食蚊鱼原产于中、北美洲,由于被认为可用以控制蚊子,而于20世纪初被世界各地大量引种,现已成为全球性分布的外来入侵种之一。尽管食蚊鱼的控蚊效果尚存争议,但有一点却成不争事实,即该外来入侵种已经对世界各地的土著物种（无脊椎动物、鱼类和两栖类等）、生态系统以及水体环境都构成了巨大的影响。本文从食蚊鱼的生物学特性、入侵机制、控蚊效果和生态效应等4方面对目前有关该外来入侵种的研究结果进行了归纳和总结,并为该物种的管理和控制提出了建议性策略和措施,以期为中国的外来入侵种研究及其管理和控制提供基础资料及参考依据。     

近缘种比较研究在植物入侵生态学中的应用

为什么有些物种能够成功入侵而有些物种却入侵失败？这是一直困扰入侵生态学家的问题。人们已从不同角度开展了研究, 其中包括不同物种之间的比较。然而以往对不同物种进行比较时往往忽略了亲缘关系对比较研究的影响, 使得出的结果不具可比性。将入侵种与其近缘的土著种或入侵能力不强的外来种进行比较则能够排除亲缘关系带来的影响, 使结果更加具有说服力。现有资料表明近缘种比较已广泛应用于菊科、禾本科、松科等科入侵植物的研究, 探讨与这些植物入侵有关的生物学特性以及生境的可入侵性、入侵的预测和入侵控制等入侵生态学的核心问题。本文综述了入侵种与其近缘种比较在研究生物入侵几个重要问题中的应用, 包括物种的入侵性、群落的可入侵性以及入侵种预测研究, 并分析了近缘种比较研究的发展方向。     

广西中越边境的外来入侵植物

【目的】广西中越边境是中国通往东盟各国的重要通道。近年来,外来入侵植物对该地区的生态安全和经济发展都产生了严重的威胁。为有效预防和控制中越边境的外来入侵植物,保障中越边境地区生态安全和经济健康发展,需要掌握中越边境外来入侵植物的基本信息。【方法】通过实地调查、拍照和采集标本,分析广西中越边境外来入侵植物的种类组成、生活型和危害程度等;通过文献资料,了解所调查外来入侵植物的原产地和入侵途径等。【结果】广西中越边境外来入侵植物共121种,隶属于38科,其中菊科最多,有26种,豆科次之,有11种;外来入侵植物以草本为主,有102种,占总种数的84.30%;原产地来源最多的是美洲,有92种,占总种数的68.66%;人为有意引入有68种,占总种数的56.20%;严重危害的有23种,中等危害的有32种,一般危害的有66种。【结论】广西中越边境外来入侵植物种类多且分布范围广、传播途径复杂、危害严重种类多,急需对广西中越边境的外来入侵植物进行预防和控制,特别是要严密监控新发生入侵种类的动态,积极控制已产生危害的严重种类,实行预防为主、防治结合的原则。     

细根与根系总质量比的相似性导致了共存的本土植物和入侵植物之间植物-土壤反馈的对比

三维土壤异质性对种子萌发影响的实验研究 土壤生物通过植物-土壤的反馈作用调控植物间相互作用和外来植物入侵。因此,探明植物-土壤反馈作用种间差异的形成原因,对于预测土壤生物在植物入侵过程中的作用具有重要价值。近期的研究发现,植物性状可以用于预测植物-土壤反馈作用。同时,研究发现植物入侵也与植物的一些性状相关联,暗示植物-土壤反馈作用通过植物性状与外来植物入侵之间存在关联,但尚缺乏实验证明。鉴于此,本研究选取了3对近缘入侵和本土植物为对象,比较了其植物-土壤反馈作用,探讨了植物-土壤反馈作用与植物根部性状的关联性。首先,通过种植实验植物3个月,驯化采自于田间的土壤。之后,将实验植物种植于对照和灭菌处理的同种或近缘(同科或同属)种驯化过的土壤中,评价同种或近缘种根际土壤生物对植物生长的净反馈作用(与灭菌土比较),并比较了两类土壤生物对植物的反馈作用。总体而言,同种或近缘种根际土壤生物对入侵与本土植物的净反馈作用无显著差异,两类土壤生物对入侵和本土植物的反馈作用亦无显著差异。土壤反馈作用的强度和种植于对照土壤中植物细根生物量比存在正相关关系,且入侵与本土植物细根生物量比无显著差异。这一发现表明：相似的细根生物量比可能是导致入侵与本土植物间土壤反馈作用无差异的一个重要原因。为提升人们对土壤生物在植物入侵过程中 作用的认识,亟需选取更多入侵与本土植物(尤其是亲缘关系较远的物种)开展实验研究,进一步探明植物性状、土壤反馈作用和外来植物入侵之间的关联性。     

Invasive grass litter facilitates native shrubs through abiotic effects

Questions: Plant invasions are considered one of the top threats to the biodiversity of native taxa, but clearly documenting the causal links between invasions and the decline of native species remains a major challenge of invasion biology. Most studies have focused on impacts of invaders' living biomass, rather than on mechanisms mediated by litter. However, invasive plant litter, which is often of a very different type and quantity than a system's native plant litter, can have multiple important effects on ecosystem processes – such as nitrogen cycling and soil microclimate – that may influence native plants. Location: We studied effects of litter of invasive grass species that are widespread throughout western North America on native shrubs in southern California's semi‐arid habitat of coastal sage scrub. Methods: We combined a 3‐year field manipulation of non‐native litter with structural equation modeling to understand interacting effects on non‐native grasses, native shrubs, soil nitrogen (available and total), and soil moisture. Results: Litter addition facilitated non‐native grass growth, revealing a positive feedback likely to enhance invasion success. Contrary to a major paradigm of invasion biology – that competition with invasive plant species causes declines of native plants – we found that litter also facilitated growth of the native dominant shrub, a result supported by observational trends. Structural equation models indicated that enhanced soil moisture mediated the positive effects of litter on shrub growth. Conclusions: We demonstrate that invasive plants, via their litter, can facilitate dominant native plants by altering soil moisture. Our results highlight that understanding the impacts and mechanisms of plant invasions may be enhanced by considering the role of invasive plant litter on native plants and ecosystem properties.     

Soil biota and invasive plants

Interactions between plants and soil biota resist invasion by some nonnative plants and facilitate others. In this review, we organize research and ideas about the role of soil biota as drivers of invasion by nonnative plants and how soil biota may fit into hypotheses proposed for invasive success. For example, some invasive species benefit from being introduced into regions of the world where they encounter fewer soil-borne enemies than in their native ranges. Other invasives encounter novel but strong soil mutualists which enhance their invasive success. Leaving below-ground natural enemies behind or encountering strong mutualists can enhance invasions, but indigenous enemies in soils or the absence of key soil mutualists can help native communities resist invasions. Furthermore, inhibitory and beneficial effects of soil biota on plants can accelerate or decelerate over time depending on the net effect of accumulating pathogenic and mutualistic soil organisms. These 'feedback' relationships may alter plant-soil biota interactions in ways that may facilitate invasion and inhibit re-establishment by native species. Although soil biota affect nonnative plant invasions in many different ways, research on the topic is broadening our understanding of why invasive plants can be so astoundingly successful and expanding our perspectives on the drivers of natural community organization.     

外来植物入侵对土壤生物多样性和生态系统过程的影响

随着科学家对生态系统地下部分的重视,评价外来植物入侵对土壤生态系统的影响成为当前入侵生态学领域的研究热点之一。本文综述了外来植物入侵对土壤微生物、土壤动物以及土壤碳、氮循环动态影响的研究,并探讨了其影响机制。已有的研究表明,植物入侵对土壤生物多样性及相关生态系统过程的影响均存在不一致的格局,影响机制也是复杂多样的。外来植物与土著植物凋落物的质与量、根系特征、物候等多种生理生态特性的差异可能是形成格局多样性和影响机制复杂性的最主要原因。今后,加强多尺度和多生态系统的比较研究、机制性研究、生物多样性和生态系统过程的整合性研究及土壤生态系统对植物入侵的反馈研究是评价外来植物入侵对土壤生态系统影响的发展趋势。     

外来入侵植物的根系觅养行为研究进展

土壤养分分布具有高度空间异质性, 植物的根系觅养行为是其对土壤养分异质性的一种适应。不同植物为了适应养分异质性会产生不同的根系觅养行为, 通过调整自身的根系觅养范围、觅养精度和觅养速度来更好地吸收利用土壤中的养分。外来植物与本地植物的竞争是决定其成功入侵的重要因素, 土壤养分等环境因素会影响它们之间的竞争关系。近年来, 外来入侵植物的觅养行为逐渐受到人们的关注, 关于入侵植物根系觅养行为的研究成果陆续出现: (1)总体来看, 外来入侵植物具有较强的根系觅养能力, 但根系觅养范围与觅养精度之间的权衡关系还不确定; (2)营养异质性会影响入侵植物与本地植物之间的竞争, 反过来, 二者之间的竞争也会影响根系觅养行为对营养异质性的响应; (3)丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)能够提高入侵植物的根系觅养能力, 外来植物入侵能够改变入侵植物对AMF的偏好性, 形成AMF对入侵的正反馈作用, 而本地植物与AMF的相互作用也会影响入侵植物的竞争力。未来还应加强营养异质环境下种间竞争和AMF共生对入侵植物根系觅养行为的影响机制研究, 以及全球变化背景下入侵植物根系觅养行为的变化与机制方面的研究, 可以更深入地认识外来植物的觅养行为在其成功入侵中的作用, 并为利用营养调控来防控入侵植物提供理论依据。     

外来植物入侵的化感作用机制探讨

在最近的几十年,在全球范围内的外来植物入侵的频率达到了前所未有的水平,所以对其入侵机制的研究显得尤为重要。目前,已有几种假说从不同的侧面解释外来植物的成功入侵。本文在综述前人工作基础上,从化感作用的角度解释外来植物入侵,并给出解释模式。由于本土动植物对某些外来植物释放的化感物质比较敏感,外来植物可以利用它的“化学武器”与本土植物竞争,抵御植食性动物的取食和病源菌的感染,从而在与本土物种的相互干扰中占据优势,实现成功入侵。进一步从理论和应用的角度探讨了化感作用作为外来植物入侵的机制给我们的启示,并对今后这方面研究提出几点建议和看法。     

丛枝菌根真菌在外来植物入侵演替中的作用与机制

外来植物入侵不仅是环境、经济和社会问题,也是一个生理学和生态学问题,尤其是入侵植物与本地植物、入侵植物和本地土壤生物之间的相互作用决定外来植物入侵程度。丛枝菌根真菌（AMF）作为土壤中一类极为重要的功能生物,在外来植物入侵演替过程中发挥多种不同作用。文章系统总结了AMF对入侵植物个体和群体的影响,入侵植物与本地植物竞争中AMF发挥的促进和抑制作用;探讨了AMF与入侵植物的相互作用关系,以及环境因子对AMF一入侵植物关系的影响：对AMF在外来植物入侵演替中的作用机制进行了讨论。旨在为探索控制生物入侵的新途径、为我国开展外来植物入侵研究与防控实践提供新思路。     

植物氮形态利用策略及对外来植物入侵性的影响

氮是影响外来植物入侵性的重要因素之一, 但相关研究多关注土壤氮水平的效应, 较少考虑氮形态的作用。为从土壤氮形态利用的角度阐释外来植物的入侵机制, 本文在植物氮形态利用策略分析的基础上, 综述了外来植物氮形态利用的偏好性及其对入侵性的影响。植物的氮形态利用策略有偏好性和可塑性两种, 这可能与植物对土壤氮形态特性的长期适应有关; 植物不仅可以对土壤氮形态做出响应, 而且还能改造土壤氮形态, 并对改变后的土壤氮形态做出反馈响应。很多外来植物入侵硝态氮占优势的干扰生境, 偏好硝态氮的外来植物与本地植物竞争硝态氮; 而偏好铵态氮的外来植物通过抑制土壤硝化作用, 营造铵态氮环境, 促进自身生长, 同时抑制偏好硝态氮的本地植物生长。然而, 植物氮形态利用策略不是一成不变的, 而是受多种生物和非生物因素共同作用影响的复杂过程, 今后应加强多因素交互作用对外来入侵植物氮形态利用策略的影响及机制研究, 更好地揭示氮形态利用策略, 尤其是氮形态利用的可塑性与外来植物入侵性的关系。     

Impact of invasions by alien plants on soil seed bank communities: Emerging patterns

Much of our current understanding of the impact of invasive species on plant communities is based on patterns occurring in the above-ground vegetation, while only few studies have examined changes in soil seed banks associated with plant invasions, despite their important role as determinants of vegetation dynamics. Here, we reviewed the literature on the impact of plant invasions on the seed bank and we provide a quantitative synthesis using a meta-analysis approach. Specifically, (1) we quantified the impact of 18 invasive alien plants on (i) species richness and (ii) density of the seed banks of invaded communities, based on 58 pair-wise invaded-uninvaded comparisons (cases); we identified (2) the invasive taxa that are responsible for the largest changes in the seed bank; and (3) the habitats where substantial changes occur. Our study showed three major findings: (1) species richness (68% of cases) and density (58% of cases) were significantly lower in native seed banks invaded by alien plants; (2) species richness and density of native and alien species were remarkably lower in seed banks invaded by large, perennial herbs compared to uninvaded sites; and (3) invaded seed banks were often associated with a larger richness and/or abundance of alien species. This study indicates a need for additional seed bank data in invasion ecology to characterize species-specific and habitat-specific impacts of plant invasions, and to determine whether changes in the seed banks of native and alien species are a symptom of environmental degradation prior to a plant invasion or whether they are its direct result. The findings of this study help improve our capacity to predict the long-term implications of plant invasions, including limitations in the recruitment of native species from the seed bank and the potential for secondary invasions by seeds of other alien species.     

丛枝菌根真菌在内的土壤真菌对入侵植物紫茎泽兰的正反馈：证据来自野外实验

包括紫茎泽兰在内的许多外来植物都能够与新入侵生境的丛枝菌根真菌（ AMF）形成互利共生,因此菌根真菌如何调节外来植物种的入侵是当前亟待研究的问题。测定了紫茎泽兰入侵不同阶段（紫茎泽兰呈零星丛状分布于本地植物群落中[部分入侵生境]及紫茎泽兰单优群落形成期[入侵生境]）的土壤化学性状,而后通过野外试验,采用杀真菌剂处理,研究了包括AMF在内的土壤真菌对紫茎泽兰入侵的反馈作用。紫茎泽兰入侵改变了土壤化学性状。施用杀真菌剂降低了紫茎泽兰叶面积、叶片碳、氮、磷、和δ13 C含量。综合分析发现,在紫茎泽兰与本地植物混生群落中,土壤真菌能够增加紫茎泽兰叶片碳和δ13 C含量,但是不能提高紫茎泽兰的光合作用,表明碳和δ13 C含量的提高,不是光合作用的结果,而是通过其他机制实现的。因此可以得出,在部分入侵生境中,碳从土壤或临近植物经由菌丝网向紫茎泽兰转移。紫茎泽兰入侵不同阶段土壤养分的变化利于紫茎泽兰种群建立,同时利于紫茎泽兰借助真菌（尤其是AMF）从土壤或临近植物转移碳,促进种群扩散,这可能是紫茎泽兰入侵的机制之一。