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(jī)制對(duì)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(duì)以夜間人造燈光(ALAN)為例,提出了一個(gè)“環(huán)境變化+營養(yǎng)級(jí)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(qiáng)調(diào),不僅要關(guān)注環(huán)境變化對(duì)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(duì)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(jī)制(圖1)。
圖1夜間人造燈光(ALAN)對(duì)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(huì)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(shí)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(kuò)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(shí)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(kuò)大該物種的現(xiàn)實(shí)生態(tài)位。D圖從概念上說明在ALAN條件下,相對(duì)于不適宜的光生態(tài)位(用深藍(lán)色表示),ALAN如何通過擴(kuò)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(huì)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(kuò)張(以黑色箭頭的粗細(xì)表示),最終實(shí)現(xiàn)ALAN導(dǎo)致的入侵植物現(xiàn)實(shí)生態(tài)位比例的提升。
圖2夜間人造燈光(ALAN)對(duì)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(huì)進(jìn)一步提升入侵植物的優(yōu)勢(shì)(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(cuò)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(shí)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(gè)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(yàn)證。重要的是,以上概念模型還可以擴(kuò)展到探討任意全球環(huán)境變化因素對(duì)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(duì)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(xiàng)目(20230101364JC)、中國科學(xué)院率先行動(dòng)“百人計(jì)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(duì)項(xiàng)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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