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植物入侵是全球变化的重要组成,己对生态系统造成巨大的不利影响。外来植物成功入侵不仅与其入侵性有关,也与被入侵群落的可入侵性有关。土壤氮常常是生态系统中限制植物生长的重要元素,其可利用性对外来植物成功入侵具有重要影响。本论文以入侵植物及其同属本地植物为研究对象,通过控制实验,围绕植物氮营养与植物入侵的关系展开系列研究,主要研究结果为: 以6对入侵植物及其同属本地植物为材料,设置2种氮水平(即高氮和低氮),每种氨水平下包含11种不同硝铵比。多数硝铵比处理下每种入侵植物生长要优于同属本地植物;所有硝铵比处理下,6种入侵植物作为整体比同属本地植物具有显著的生长优势,并且在低氮水平下入侵植物生长优势要高于高氮水平。入侵植物具有较高的生长稳定性,对氮胁迫具有较高耐性,而表型可塑性与本地植物无显著差异。较高的根生物量分配和养分吸收能力使得入侵植物具有显著的生长优势、生长稳定性和抗胁迫能力。这些发现表明入侵植物的生长优势、生长稳定性和抗胁迫能力具有一致性,能最大程度促进外来植物入侵。 以加拿大一枝黄花和一枝黄花为材料,设置2种磷水平(即高磷和低磷),每种磷水平下设置5种无机氮和5种有机氮。入侵植物加拿大一枝黄花和本地植物一枝黄花均能利用氨基酸作为氮源。不论在无机氮还是有机氮处理下,加拿大一枝黄花生长均优于一枝黄花;有机氮处理下加拿大一枝黄花相对一枝黄花的生长优势要高于无机氮处理;磷水平通过改变生物量分配和叶绿素含量影响有机氮的作用。这些结果表明不同形态氮对入侵植物生长的贡献不同,且受土壤磷调节。 以5对入侵植物及其同属本地植物为材料,设置2种无机氮和20种氨基酸。入侵植物和本地植物均能利用相同的20种氮源,但入侵植物对有机氮的利用效率高于本地植物。氮形态对凋落物分解的影响较小。入侵植物和本地植物分解率在不同阶段发生显著变化:在非生长阶段本地植物凋落物分解率高于入侵植物凋落物,而在快速生长阶段则刚好相反。此外,入侵植物凋落物分解率与根生物量分配显著相关。 通过添加活性碳检验入侵植物和本地植物根系分泌物在氮利用中的作用。不论根系分泌物是否存在,入侵植物和本地植物均可利用多种形态氮。根系分泌物通过增加植物根生物量分配和根表面积提高植物氮利用能力,这种增强效应与物种来源和氮形态显著相关。根系分泌物未改变有机氮和无机氮处理下入侵植物的生物量,而显著增加有机氮处理下本地植物生物量,因此根系分泌物显著降低入侵植物生长优势。当根系分泌物缺失,入侵植物通过改变植株高度,叶绿素含量和根系构型进行补偿,比本地植物具有更灵活的权衡策略。 通过接种不同类型土壤微生物检验微生物对入侵植物氮利用的影响。土壤微生物显著降低植物氮利用能力,通过不同程度抑制加拿大一枝黄花和一枝黄花生长,提高加拿大一枝黄花生长优势。土壤微生物对植物氮利用的影响与植物生物量分配和功能性状变化有关。土壤真菌而不是土壤细菌显著提高加拿大一枝黄花的生长优势,并且细菌和真菌对加拿大一枝黄花生长有协同作用。微生物通过改变植物氮利用能力和资源分配可能是其影响外来植物成功入侵的一种机制。 综上所述,入侵植物对不同形态氮均有较高的利用效率,并且有机氮对入侵植物生长优势的促进作用更大。此外,根系分泌物和土壤微生物对入侵植物氮利用的影响相对较小。因此,入侵植物和本地植物不同的氮利用策略可能有助于外来植物入侵,本研究从植物氮营养的视角理解外来植物成功入侵的机制。需要指出的是,外来植物成功入侵机制是复杂的,在不同的阶段、尺度和生境中,外来植物的入侵策略可能会发生变化。未来的研究需要设置无机氮和有机氮同时存在的实验来探讨外来植物对不同氮源的选择性吸收和利用。