東北地理所提出環(huán)境變化下植物入侵研究新框架
????準(zhǔn)確理解環(huán)境變化下的外來植物成功入侵的機制對于全球變化背景下外來植物入侵的預(yù)測與防控至關(guān)重要。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所生物入侵生態(tài)學(xué)團(tuán)隊以夜間人造燈光(ALAN)為例,提出了一個“環(huán)境變化+營養(yǎng)級生物共同調(diào)控外來植物入侵過程”的研究框架(圖1)。該研究框架強調(diào),不僅要關(guān)注環(huán)境變化對入侵植物和本地植物生理、物候、生長和適合度的直接影響,更要解析環(huán)境變化如何通過植物與互惠/拮抗生物的相互作用對入侵植物和本地植物產(chǎn)生間接影響。這有助于解析環(huán)境變化下外來植物成功入侵的生態(tài)和進(jìn)化機制(圖1)。
圖1夜間人造燈光(ALAN)對入侵植物和本地植物的直接和間接影響
????在正常夜晚光照條件下,入侵植物和本地植物之間的競爭會由夜間的互惠者/拮抗者介導(dǎo)(A)。ALAN可以直接改變這種競爭,也可以通過影響地上和地下互惠者/拮抗者間接改變這種競爭(B)。此外,ALAN的這些間接影響還可能延伸到白天,影響植物與晝行性互作伙伴的相互作用(C)。圖A-C中實線表示直接影響,虛線表示間接影響。D圖顯示的是自然日光周期和ALAN下的光周期。以一種假定的入侵植物為例,這種植物的原產(chǎn)地具有長日照光(左圖),如果入侵至短日照的區(qū)域,因光生態(tài)位不適合,其擴散傳播將受到阻礙(D;中圖)。然而,ALAN的存在可能延長該入侵地的光照時間,從而創(chuàng)造出更接近其原產(chǎn)地的光生態(tài)位(D;右圖),從而擴大該物種的現(xiàn)實生態(tài)位。D圖從概念上說明在ALAN條件下,相對于不適宜的光生態(tài)位(用深藍(lán)色表示),ALAN如何通過擴大適宜的光生態(tài)位(即有利于植物建立和生長的光照條件;用黃色表示),使入侵植物在新的分布區(qū)更加成功。這可能會導(dǎo)致入侵植物在ALAN環(huán)境中找到基礎(chǔ)生態(tài)位,從而促進(jìn)更快速的擴張(以黑色箭頭的粗細(xì)表示),最終實現(xiàn)ALAN導(dǎo)致的入侵植物現(xiàn)實生態(tài)位比例的提升。
圖2夜間人造燈光(ALAN)對入侵植物和本地植物影響的生態(tài)和進(jìn)化過程
????由于高可塑性,入侵植物可能通過生理、物候、生長和適合度的響應(yīng),直接受益于ALAN(A)。長期的ALAN可能使植物產(chǎn)生快速進(jìn)化和局地適應(yīng)性,這又會進(jìn)一步提升入侵植物的優(yōu)勢(B)。另一方面,ALAN引起的植物拮抗者/互惠者的改變可能導(dǎo)致其與植物互作的錯配,從而導(dǎo)致入侵植物與本地植物之間的競爭平衡發(fā)生變化。然而,其競爭結(jié)果可能依賴于入侵物種與拮抗者/互惠者相互作用時采取的策略差異(C)。長期暴露于ALAN下,這些間接的生態(tài)影響也可能產(chǎn)生進(jìn)化后果。圖中每個方框都代表了該方向的一些研究缺口,這些缺口亟需在未來進(jìn)一步驗證。重要的是,以上概念模型還可以擴展到探討任意全球環(huán)境變化因素對植物入侵的直接和間接影響。
????以上研究成果發(fā)表在生態(tài)學(xué)旗艦期刊Trends in Ecology & Evolution上,中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所生物入侵生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊劉艷杰研究員為第一作者和通訊作者,德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)Robin Heinen博士為共同作者。本研究得到了吉林省優(yōu)秀青年基金項目(20230101364JC)、中國科學(xué)院率先行動“百人計劃”(Y9B7041001)和中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所創(chuàng)新團(tuán)隊項目(2022CXTD01)的共同資助。
???論文信息如下:Liu Y*,?Heinen?R?(2024) Plant invasions under artificial light at night.?Trends in?Ecology & Evolution. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tree.2024.05.005.
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吉公網(wǎng)安備22017302000214號
