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复旦、云大、兰大互花米草合作研究系列进展（第7期）：Ecology：富营养条件下光的表型可塑性利用有利于互花米草入侵

来源：花匠小妙招时间：2025-05-14 00:09

近期，复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室聂明团队在互花米草入侵机制研究中取得重要进展，研究成果于2022年2月14日以“Phenotypic plasticity of light use favors a plant invader in nitrogen-enriched ecosystems”为题发表在国际生态学著名期刊Ecology上。该研究发现入侵植物互花米草无性分株在氮富集背景下对光的可塑性利用可缓解其种内竞争压力，促进更多个体共存，有助于进一步累积生长优势，维持/增强互花米草的入侵性。

富营养化背景下，海岸带生态系统已经成为外来植物入侵的热点地区。全球性入侵植物（如互花米草）对环境养分的变化较土著植物更敏感，因而能够竞争性地吸收和利用环境养分驱动地上部分获取光资源而快速生长，奠定其较高的生长优势，最终竞争排斥土著植物。然而，同种不同个体被认为具有高度相似的生态位，即对同种资源的需求在时间、空间以及强度等方面高度相似。因此，在自然群落中，种群往往受到更强的种内竞争的限制，而非种间竞争。在富营养化背景下，氮营养对入侵植物个体的强促作用会加剧个体对光资源的吸收和利用，强化种内光竞争（尤其是大个体对小个体的不对称竞争），从而可能限制入侵植物的生长及其入侵性。根据当代共存理论，克服种内竞争是维持/增强外来植物入侵性的前提。已有研究发现，外来植物较土著植物具有较强的耐受种内竞争的能力。但是，外来植物是否能够缓解种内竞争还尚不清楚。

本研究依托长江口的长期施氮实验（the Spartina Invasion and Nitrogen Enrichment experiment，SINE实验），以互花米草为研究对象，在施氮和对照处理下，连续2年监测了不同冠层的光强、植物生理生态指标（包括光合速率、表观光量子产量、光饱和点、植物株高及其差异、种群密度、植物地上生物量等）以及种内竞争强度，并比较了处理间的差异；分析了各处理下不同个体大小的互花米草无性分株对光资源的利用能力；建立结构方程模型，探讨了不同个体大小的互花米草无性分株在富营养化背景下缓解种内竞争压力的途径，以及对地上生物量的最终影响。

研究结果发现，氮添加在促进植物生长以后会增加冠层和地表光强的不对称性——大部分光资源被冠层叶片截留，增加了互花米草的个体差异（图1）。但是，伴随着个体大小不等性的增加，种内竞争强度不但没有增加反而降低了（图2）。这可能是因为，一方面，互花米草矮个体对光的需求强度低于高个体；另一方面，互花米草矮个体可塑性地增加了其耐阴能力，从而能够适应氮添加处理下进一步降低的地表光强（图3）。这种对光强需求的差异——时间差异、空间差异以及强度差异，导致互花米草高矮个体能在截然不同的光强环境下共存，减弱种内光竞争导致的自疏作用的强度，使得种群大小在平台期仍然能够增加（图4），最终增加互花米草的地上生物量（图5）。