李偉杰 朱珣之 羅會(huì)婷 黃犀 湯詩(shī)杰
摘要:為探究外來(lái)植物加拿大一枝黃花(Solidago canadensis)入侵與南京市本土植物多樣性的關(guān)系,該文采用踏查及樣方調(diào)查對(duì)其入侵地群落的物種組成與多樣性進(jìn)行研究。結(jié)果表明:(1)入侵地群落中共有維管植物200種(含種下單元),隸屬于62科156屬,其中被子植物195種,裸子植物1種,蕨類植物4種;數(shù)量最多的是菊科(Asteraceae)和禾本科(Poaceae)植物,分別有25種和24種;從生活型來(lái)看,草本植物占多數(shù),有133種,占所有種的66.50%;此外,群落內(nèi)尚有其他外來(lái)植物29種。群落中重要值最大的是加拿大一枝黃花,為40.00%;其次是救荒野豌豆(Vicia sativa),為7.00%。(2)從植物區(qū)系看,非入侵地中植物科的區(qū)系分布型共4個(gè),而入侵地植物科的區(qū)系類型僅有3個(gè),其中泛熱帶分布、世界分布和北溫帶分布為兩者均有,東亞和北美間斷分布型僅在非入侵地中存在。非入侵地植物科的區(qū)系以世界分布型為主,有13科,占該類型群落中所有科的39.39%;入侵地則以泛熱帶分布型為主,有16科,占總科數(shù)的45.71%。非入侵地中植物屬的區(qū)系分布型有10個(gè),而入侵地有12個(gè),兩者區(qū)系成分相近,舊世界熱帶型和熱帶亞洲至熱帶大洋洲分布型僅在入侵地中出現(xiàn)。北溫帶分布型和世界分布型同為兩者中最主要成分。入侵地及非入侵地群落屬的區(qū)系R/T值分別為0.58和0.38,種系分化度分別為3.29和3.11。(3)重度入侵群落的Margalef指數(shù)(E)與非入侵及輕度入侵群落相比,顯著降低;此外,重度入侵群落的Simpson指數(shù)(D)、Shannon-Weiner(H′)指數(shù)和Pielou指數(shù)(J)均顯著低于非入侵、輕度入侵、中度入侵群落。(4)不同生境之間加拿大一枝黃花群落的E、D、H′和J均無(wú)顯著性差異。該研究可為南京地區(qū)的加拿大一枝黃花入侵地的治理防控和生態(tài)恢復(fù),以及進(jìn)一步的科學(xué)研究提供強(qiáng)有力的理論支撐。
關(guān)鍵詞: 加拿大一枝黃花, 入侵植物, 植物區(qū)系, 物種多樣性, 群落特征
中圖分類號(hào):Q948? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? 文章編號(hào):1000-3142(2023)08-1488-13
Species composition and diversity characteristics of invaded community ofSolidago canadensisin Nanjing
LI Weijie1,2, ZHU Xunzhi2, LUO Huiting2, HUANG Xi2, TANG Shijie1,2*
( 1. Graduate School, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, China; 2. Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210014, China )
Abstract:In order to investigate the relationship between the invasion of the exotic plant Solidago canadensis and diversity of native plants in Nanjing, the species composition and diversity of its community were studied by using the tracking and quadrat methods. The results were as follows: (1) A total of 200 vascular plant species, including varieties and subspecies classification, were found in the invaded communities, belong to 156 genera and 62 families, including 195 angiosperms, one gymnosperm, and four ferns. The species-richest families were Asteraceae and Poaceae, with 25 and 24 species respectively. In terms of their life forms, herbaceous plants accounted for the majority, with 133 species (66.50%). In addition, there were 29 other alien plant species in these communities. The most dominant species in the community was Solidago canadensis, with a high ecological important value of 40.00%, followed by Vicia sativa (7.00%). (2) There were four floristic types of flora families in uninvaded communities, and only three types in invaded communities. Pantropic type, cosmopolitan type and north temperate type existed in both communities, while East Asia and North America disjunct type only in uninvaded communities. In the uninvaded communities, the floristic types were mainly cosmopolitan, with 13 families, accounting for 39.39% of all families. Pantropic was the dominant species in the invaded communities, with 16 families, accounting for 45.71% of the total. There were 10 floristic types of flora genera in uninvaded habitats and 12 in invaded habitats, with similar floristic composition, but the old-world temperate type and tropical Asia to tropical Australasia type only appeared in invaded communities. The north temperate and cosmopolitan type werethe most important components of both invaded and uninvaded communities. The R/T values of invaded and uninvaded communities of genera were 0.58 and 0.38, and the species differentiation were 3.29 and 3.11, respectively. (3) The Margalef index (E) of heavily invaded communities was significantly lower than that of uninvaded and lightly invaded communities. In addition, the Simpson index (D), Shannon Weiner index (H′), and Pielou index(J) of heavily invaded communities were significantly reduced compared to uninvaded, lightly invaded, and moderately invaded communities. (4) There were no significant differences in E, D, H′, and J in different habitats. This study can provide basic data for the management, prevention and control, and ecological restoration of the invaded areas of S. canadensis in Nanjing, as well as further scientific research.
Key words: Solidago canadensis, invasive plant, flora, species diversity, community characteristics
外來(lái)生物入侵可能導(dǎo)致本地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的劇烈變化,已成為全球最重要的環(huán)境問(wèn)題之一(Driscoll, 2017)。外來(lái)植物入侵與群落生物多樣性的關(guān)系一直是入侵生物學(xué)的重要科學(xué)問(wèn)題(Elton,1958;Levine & D’Antonio,1999)。一般認(rèn)為,植物群落的物種多樣性與群落可入侵性密切相關(guān),較高的本地物種多樣性有助于提高群落穩(wěn)定性,進(jìn)而抵抗外來(lái)植物入侵(Byun et al., 2013;Wang et al., 2019a,b;Wang et al., 2019;Cavieres,2021)。同時(shí),入侵植物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有顯著的影響(Wang et al., 2019b),外來(lái)物種的入侵會(huì)降低或者破壞入侵地的物種多樣性,進(jìn)而影響群落的生態(tài)系統(tǒng)功能(Wang et al., 2019b)??傮w而言,在小尺度上,外來(lái)入侵植物會(huì)顯著降低植物群落的分類多樣性,即本地物種多樣性與外來(lái)入侵植物多樣性呈顯著負(fù)相關(guān)。但值得注意的是,在較大的尺度上,入侵與本地植物群落的多樣性之間往往表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系,也就是豐富度相對(duì)較高的群落更容易受到入侵者的威脅(Abella et al., 2012;Ellis et al., 2012)。因此,關(guān)于外來(lái)物種與本地物種多樣性的關(guān)系,在科學(xué)界引起了一系列爭(zhēng)論(Dong et al., 2015;Wang et al., 2018)。
加拿大一枝黃花(Solidago canadensis)是菊科(Asteraceae)一枝黃花屬(Solidago L.)的多年生草本植物,原產(chǎn)于北美,迄今己擴(kuò)散至亞洲、歐洲大部分國(guó)家、澳大利亞以及新西蘭等地,現(xiàn)已成為世界性的入侵植物(林熔和陳藝林,1985;Schittko & Wurtsk,2014)。其結(jié)實(shí)量多,種子萌發(fā)成活率高,除有性繁殖外,還能進(jìn)行無(wú)性繁殖(Walck et al., 1998;黃華和郭水良,2005),這使得它能快速形成大量種群,在中國(guó)東部地區(qū)迅速擴(kuò)散,成為華東地區(qū)常見(jiàn)雜草,隨后傳播到我國(guó)西部、北部和南部,是我國(guó)分布最廣的外來(lái)入侵植物之一(董梅等,2006)。加拿大一枝黃花的入侵?jǐn)D占了本土物種的生態(tài)位,對(duì)入侵地的農(nóng)林牧漁及相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成了嚴(yán)重影響,現(xiàn)已成為威脅中國(guó)本土生物多樣性與生態(tài)環(huán)境的重要因素之一,2014年被歸為一級(jí)入侵植物(閆小玲等,2014),現(xiàn)被收錄在《重點(diǎn)管理外來(lái)入侵物種名錄》(中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部,2022);在歐洲亦被認(rèn)為是生物防治中經(jīng)典的20大環(huán)境雜草之一(Zhu et al., 2022)。
有關(guān)加拿大一枝黃花的入侵生態(tài)學(xué)研究,涉及化學(xué)成分(Elshafie et al., 2019;Wandjou et al., 2020)、入侵機(jī)理(萬(wàn)凌云,2019;程繼亮,2020)及防控方法(金紅玉等,2019;Gala-Czekaj et al., 2021)等。加拿大一枝黃花可對(duì)入侵地微生物群落(Betekhtina et al., 2016;楊海君等,2022)、傳粉昆蟲群落結(jié)構(gòu)(Lysenkov & Ustinova,2020)等方面造成影響;關(guān)于植物群落生態(tài)學(xué)的研究,更多是關(guān)注其入侵后對(duì)本土植物所產(chǎn)生的化感作用(Wang et al., 2020;Zandi et al., 2020),以及其功能性狀對(duì)環(huán)境的響應(yīng)(周曉慧等,2019;高苑苑等,2021)。此外,加拿大一枝黃花入侵與植物群落結(jié)構(gòu)改變之間的相關(guān)性也引起了部分學(xué)者關(guān)注,如陳友吾等(2009)評(píng)價(jià)了加拿大一枝黃花入侵對(duì)海島植物多樣性的影響,認(rèn)為其造成海島植物多樣性降低;郭曉輝等(2011)和湯敏喆等(2012)發(fā)現(xiàn)加拿大一枝黃花不同季節(jié)對(duì)入侵地植物多樣性下降程度的影響不同,并且可能引起郁閉度較高的林區(qū)植物多樣性下降;馬宏燏等(2019)探討了森林群落對(duì)加拿大一枝黃花入侵性的影響;Wang 等 (2021) 發(fā)現(xiàn)在不同程度加拿大一枝黃花入侵下,植物種類對(duì)群落穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)最大;綦順英等(2022)研究了加拿大一枝黃花入侵后土壤種子庫(kù)的變化。
南京是我國(guó)綜合性的工業(yè)城市之一,經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,城市化進(jìn)程快,造成其原有的自然生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重(趙凱等,2009)。寧鎮(zhèn)茅山低山丘陵是江蘇省丘陵的主要組成,物種豐富,珍稀瀕危植物較多,野生花卉資源豐富且是江蘇省野生藥用植物資源最為豐富的地區(qū)之一,該區(qū)包括南京、鎮(zhèn)江等地(劉啟新等,2015;張艷梅,2018;孫欣欣和董麗娜,2022)。加拿大一枝黃花因其觀賞價(jià)值,早在20世紀(jì)30年代被引種至上海、南京等地,常生于田埂、路邊、蔬果園和住宅四周,現(xiàn)已在南京泛濫成災(zāi),造成難以評(píng)估的經(jīng)濟(jì)損失,為了治理加拿大一枝黃花,江蘇省在2006年就花費(fèi)了約1 200多萬(wàn)元(劉啟新,2015;周曉慧等,2019;程繼亮,2020)。但是,關(guān)于南京市加拿大一枝黃花的發(fā)生狀況,以及關(guān)于本土植物多樣性影響的研究仍十分匱乏,目前僅見(jiàn)六合區(qū)、江寧區(qū)、浦口區(qū)有加拿大一枝黃花發(fā)生狀況報(bào)道(張琴等,2011;周治明,2014;吳承東等,2017),現(xiàn)狀不清嚴(yán)重制約著外來(lái)入侵植物防控管理工作。因此,全面調(diào)查加拿大一枝黃花在整個(gè)南京市的發(fā)生狀況及其對(duì)本土植物多樣性的影響,對(duì)其管控有重要意義。本研究以南京市不同入侵程度及不同生境的加拿大一枝黃花群落為研究對(duì)象,分析并闡明其與本土植物群落的物種組成及植物多樣性之間的關(guān)系,以期為加拿大一枝黃花的防控治理提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1 研究區(qū)域概況
南京市地處長(zhǎng)江的中下游,位于中國(guó)東部、江蘇省西南部,31°14′—32°37′ N、118°22′—119°14′ E,占地面積約6 587.02 km2,是華東地區(qū)重要的交通樞紐。南京屬北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū),四季分明,光照充足,氣候溫和,降雨充沛,年均降水量約1 106 mm,年均氣溫約15.2 ℃(孫欣欣和董麗娜,2022)。
1.2 調(diào)查方法
野外調(diào)查工作于2021年10月—2023年4月進(jìn)行,在前期踏查后,根據(jù)加拿大一枝黃花實(shí)際分布狀況,以典型抽樣法,在南京市的玄武區(qū)、棲霞區(qū)、江寧區(qū)、浦口區(qū)、六合區(qū)、溧水區(qū)、高淳區(qū),各設(shè)置若干個(gè)5 m × 5 m調(diào)查樣地,在各樣地的四個(gè)角落及中心各設(shè)置一個(gè)1 m × 1 m的樣方,調(diào)查加拿大一枝黃花入侵樣地共52個(gè),其中重度入侵25個(gè)、中度入侵16個(gè)、輕度入侵11個(gè)。52個(gè)樣地分布在平地、山地、濕地、人工環(huán)境這4種不同的生境中,每種生境各13個(gè)樣地,其中濕地指靠近池塘、溪流、河道等土壤濕度較高的陸地環(huán)境,人工環(huán)境指公園、馬路旁、建筑廢棄地或者廢棄耕地等人為干擾強(qiáng)烈的環(huán)境。為觀察加拿大一枝黃花入侵后對(duì)植物區(qū)系的影響,在其中9個(gè)樣地附近相似生境下設(shè)置無(wú)加拿大一枝黃花的非入侵樣地,調(diào)查樣地分布概況見(jiàn)圖1。入侵程度的界定根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察,樣地中加拿大一枝黃花覆蓋度小于30%為輕度入侵;加拿大一枝黃花覆蓋度30%~60%為中度入侵;加拿大一枝黃花覆蓋度高于60%為重度入侵。
參照方精云等(2009)的植物群落調(diào)查方法,統(tǒng)計(jì)各樣地內(nèi)出現(xiàn)的所有植物物種,記錄樣方中草本植物的種類、株數(shù)和蓋度,并采集標(biāo)本用于分類鑒定。本研究的株數(shù)統(tǒng)計(jì)中,克隆性植物統(tǒng)計(jì)無(wú)性分枝數(shù),禾本科植物統(tǒng)計(jì)分蘗數(shù),叢生性、匍匐及攀緣植物則統(tǒng)計(jì)分枝數(shù),普通植物統(tǒng)計(jì)個(gè)體數(shù)。蓋度采用網(wǎng)格法測(cè)定,即將1 m × 1 m的小樣方分為100個(gè)10 cm × 10 cm的小網(wǎng)格,并用目測(cè)法估算蓋度。
1.3 數(shù)據(jù)處理
1.3.1 群落重要值群落重要值(important value,IV)依據(jù)方精云等(2009)的計(jì)算方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì),公式如下:
IV=(相對(duì)多度+相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度)/3
式中:相對(duì)多度為樣方中某一物種的株數(shù);相對(duì)頻度為在所有樣方中某一物種出現(xiàn)的頻率;相對(duì)蓋度是指某一物種地上植株的垂直投影面積在樣方面積中所占的百分比。本研究?jī)H統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)物種的重要值;對(duì)于在樣地內(nèi)有分布而樣方內(nèi)無(wú)分布的物種,只記錄物種信息,不統(tǒng)計(jì)重要值。
1.3.2 植物區(qū)系地理分析群落中植物科的區(qū)系類型按照李錫文(1996)、植物屬的區(qū)系類型則依據(jù)吳征鎰(1991)的分布區(qū)類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)劃分。通過(guò)屬的R/T值(黃健,2013;姬紅利等,2019),即植物區(qū)系成分中熱帶性質(zhì)成分屬(R)與溫帶性質(zhì)成分屬(T)的數(shù)量比值,比較加拿大一枝黃花入侵地、非入侵地以及鄰近區(qū)域群落植物區(qū)系組成的性質(zhì)。采用種系分化度(species differentiation,SD)表示該植物區(qū)系的種系分化程度;SD值越大,表示該區(qū)系的分化程度越高(黃健,2013)。
SD=Ng/Nf + Ns/Ng
式中:Ns、Ng、Nf分別表示一個(gè)植物區(qū)系中種、屬、科的數(shù)量。
1.3.3 群落多樣性指數(shù)本研究中加拿大一枝黃花入侵地植物群落的α多樣性采用豐富度Magarlef指數(shù)(E)(Magurran,1988)、優(yōu)勢(shì)度Simpson指數(shù)(D)(Simpson,1949)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)(錢迎倩和馬克平,1994)、Pielou均勻度指數(shù)(I)(錢迎倩和馬克平,1994)這4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析,計(jì)算公式如下:
Magarlef指數(shù):E=(S-1)/lnN;
Simpson指數(shù):D=1-∑P2i;
Shannon-Wiener指數(shù):H′=-∑PilnPi;
Pielou均勻度指數(shù): J=(-∑PilnPi) / lnS 。
式中: S為樣方內(nèi)統(tǒng)計(jì)所得植物種類總和;N為樣方內(nèi)全部物種的個(gè)體數(shù)量總和;Pi為物種i的個(gè)體數(shù)量占全部物種個(gè)體數(shù)量的比率。
1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析植物群落數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)與分析在Excel 2021軟件中完成,群落多樣性指數(shù)相關(guān)性分析,在SPSS 26.0軟件中利用單因素ANOVA檢驗(yàn)完成。
2 結(jié)果與分析
2.1 加拿大一枝黃花入侵地群落的物種組成
加拿大一枝黃花入侵地群落的植物名錄(http://www.guihaia-journal.com/gxzw/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=230816&flag=1)記錄到維管植物共200種(含種下分類單元,下同),分別隸屬于62科156屬,其中絕大部分是被子植物,有195種,占所有物種數(shù)的97.50%,而裸子植物和蕨類植物分別只有1種和4種。從生活型來(lái)看,草本占多數(shù),共有133種,占所有種類的66.50%,其次是藤本及喬木,分別有28種、22種,各占14.00%、11.00%;灌木種類最少,只有17種。
此外,在入侵地群落中發(fā)現(xiàn)除加拿大一枝黃花外的其他外來(lái)植物29種(http://www.guihaia-journal.com/gxzw/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=230816&flag=1),外來(lái)植物占所有種數(shù)的15.00%,包括鬼針草(Bidens pilosa)、小蓬草(Erigeron canadensis)、垂序商陸(Phytolacca americana)等常見(jiàn)惡性入侵雜草,說(shuō)明入侵地對(duì)外來(lái)植物有一定的普適性。
2.1.1 加拿大一枝黃花入侵地群落植物科的組成加拿大一枝黃花入侵地群落中的優(yōu)勢(shì)科(科內(nèi)物種數(shù)≥20)是菊科(Asteraceae)植物和禾本科(Poaceae),兩優(yōu)勢(shì)科共包含40屬和49種(表1);含10~19種的科有豆科(Fabaceae)、唇形科(Lamiaceae)、薔薇科(Rosaceae),分別含9屬13種、8屬11種及6屬11種;含5~9種的中等科有6科,其中蓼科(Polygonaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、車前科(Plantaginaceae)分別有7種、6種、6種,紫草科(Boraginaceae)、莎草科
(Cyperaceae)和石竹科(Caryophyllaceae)則各含5種;含2~4種的寡種科有23科,所含屬、種數(shù)在不同等級(jí)科中最多,其中石竹科(Caryophyllaceae)、??疲∕oraceae)各有4種,而旋花科(Convolvulaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、楊柳科(Salicaceae)、茄科(Solanaceae)各含3種;此外,群落中的單種科最多,共28科。
2.1.2 加拿大一枝黃花入侵地群落植物屬的組成從屬水平看,加拿大一枝黃花入侵地群落中不含數(shù)量超過(guò)6種的較大屬或大屬,薹草屬(Carex)、懸鉤子屬(Rubus)所含物種數(shù)最多,均有5種,兩屬共占總屬數(shù)的1.28%;含2~4種的寡種屬有26屬,共包含62種,分別占總屬數(shù)和總種數(shù)的16.67%和31.00%,其中野豌豆屬(Vicia)、婆婆納屬(Veronica)、酸模屬(Rumex)均含4種,而蒿屬(Artemisia)、鬼針草屬(Bidens)、大戟屬(Euphorbia)、狗尾草屬(Setaria)各有3種;單種屬在群落中最多,共有128屬,包含128種,占總屬數(shù)的82.05%,包含群落中64.00%的物種。
2.1.3 加拿大一枝黃花入侵地群落植物的重要值樣方內(nèi)植物共133種,對(duì)樣方內(nèi)植物的重要值統(tǒng)計(jì)分析,重要值大于1.00%的物種(表2)。加拿大一枝黃花重要值為40.00%,在群落中最大;其次是救荒野豌豆(Vicia sativa),為7.00%,其他物種的重要值均在5.00%以下,說(shuō)明加拿大一枝黃花在入侵地群落中占主要地位, 是入侵地群落的優(yōu)勢(shì)種,而救荒野豌豆、野老鸛草(Geranium carolinianum)則是主要伴生物種。
2.2 植物區(qū)系地理分析
2.2.1 非入侵地與加拿大一枝黃花入侵地群落的區(qū)系地理比較對(duì)9個(gè)加拿大一枝黃花入侵地群落及9個(gè)非入侵地群落進(jìn)行物種統(tǒng)計(jì),并分別對(duì)兩者的植物區(qū)系進(jìn)行分析(表3)。從表3看出,非入侵地共有種子植物73種,隸屬于33科66屬;入侵地種子植物共90種,隸屬于35科70屬。
科的區(qū)系分析結(jié)果表明,非入侵地植物科的區(qū)系分布型共4個(gè),而入侵地植物科的區(qū)系類型只有3個(gè),其中泛熱帶分布、世界分布和北溫帶分布為兩者均有,東亞和北美間斷分布型僅在非入侵地中。非入侵地植物科的區(qū)系以世界分布型為主,有13科,占該類型群落中所有科的39.39%;入侵地則以泛熱帶分布型為主,有16科,占總科數(shù)的45.71%。北溫帶分布型在兩者中均有分布,非入侵地中有11科,占33.33%,而入侵地中有6科,僅占總科數(shù)的17.14%;此外,非入侵地中泛熱帶分布型及東亞和北美間斷分布型科分別占總科數(shù)的24.24%和3.03%;入侵地中世界分布型占37.14%。
屬的區(qū)系分析結(jié)果表明,非入侵地中植物屬的區(qū)系分布型有10個(gè),而入侵地有12個(gè),兩者區(qū)系成分相近, 舊世界熱帶型和熱帶亞洲至熱帶大洋洲分布型僅在入侵地中出現(xiàn)。北溫帶分布型和世界分布型同為兩者中最主要成分,其中在非入侵地中各有20屬和17屬,分別占非入侵群落中所有屬的30.30%和25.76%,而入侵地中則分別有22屬和19屬,各占31.43%和27.14%。泛熱帶分布型屬在非入侵地和入侵地分別占所有屬數(shù)的12.12%和14.29%;舊世界溫帶分布型屬在非入侵地和入侵地則分別占所有屬數(shù)的10.61%和7.14%;此外,非入侵地東亞分布屬占所有屬數(shù)的9.09%,其余各分布型均為5屬以下。
2.2.2 與鄰近城市植物區(qū)系屬的分布區(qū)類型比較將加拿大一枝黃花入侵地與非入侵地群落的種子植物區(qū)系與整個(gè)南京市的種子植物區(qū)系對(duì)比(趙凱等,2009), 并與鄰近的宜興市(張文婷,2012)、
常州市(沈靜靜,2013)、徐州市(梁珍海等,2014)等地區(qū)的種子植物區(qū)系進(jìn)行比較,計(jì)算其 R/T 值,比較各區(qū)域植物區(qū)系的性質(zhì),R/T值越大,說(shuō)明熱帶性越強(qiáng),反之則溫帶性越強(qiáng)。由表4可知,6個(gè)群落植物區(qū)系的R/T值均小于1,說(shuō)明以溫帶性質(zhì)為主,這與江蘇所處的地理位置及氣候相符。加拿大一枝黃花非入侵地群落的R/T值最?。?.38),溫帶性質(zhì)最強(qiáng),其次是徐州市(0.52),宜興市植物區(qū)系的R/T值最大(0.68),熱帶性質(zhì)最強(qiáng)。宜興、常州、南京、徐州4個(gè)地區(qū)自南往北,隨著緯度增加,溫帶成分逐漸增加。加拿大一枝黃花非入侵地群落的R/T值大于入侵地群落(0.58)。
參考南京市本土山脈老山(黃健,2013)及將軍山(辛建攀等,2017)的種子植物區(qū)系組成,計(jì)算其植物區(qū)系的種系分化度, 并與加拿大一枝黃花入侵地及非入侵地群落比較分析。由表5可知,加拿大一枝黃花入侵地群落的種系分化度(3.29)高于非入侵地群落(3.11),低于老山地區(qū)(5.71)和將軍山地區(qū)(4.32),這與老山及將軍山本身物種豐富度比較高有關(guān)。
2.3 物種多樣性分析
2.3.1 不同入侵程度下加拿大一枝黃花群落的物種多樣性比較通過(guò)對(duì)不同入侵程度加拿大一枝黃花群落的物種多樣性統(tǒng)計(jì)分析(表6),發(fā)現(xiàn)重度入侵群落的Margalef指數(shù)(E)與中度入侵群落無(wú)顯著差異(P≥0.05),與非入侵及輕度入侵群落相比,顯著降低;此外,重度入侵群落的Simpson指數(shù)(D)、 Shannon-Weiner(H′) 指數(shù)和Pielou指數(shù)(J)與非入侵、輕度入侵、中度入侵群落相比,均顯著降低(P<0.05),其余不同入侵程度的加拿大一枝黃花群落在同種多樣性指標(biāo)下差異均不顯著。
輕度入侵群落的E平均值最高,說(shuō)明該類型群落內(nèi)的物種組成較為豐富;非入侵群落與輕度入侵群落相近,而重度入侵群落的E平均值明顯低于其他三者,說(shuō)明其群落中物種較少,群落組成更為單一。非入侵、中度入侵和輕度入侵群落三者的D平均值大小接近,均高于重度入侵群落,說(shuō)明重度入侵群落中的物種數(shù)更少,各物種中個(gè)體分配更不均勻。H′平均值大小排列為非入侵>輕度入侵>中度入侵>重度入侵,說(shuō)明非入侵群落的物種多樣性最高,群落更加穩(wěn)定。非入侵、 中度入侵、輕度入侵群落三者的J平均值大小接近,均高于重度入侵群落,說(shuō)明重度入侵群落中的物種分布不均勻,反映了加拿大一枝黃花此時(shí)已占據(jù)群落的主要地位,嚴(yán)重?cái)D占其他物種的生存空間,造成其他物種數(shù)量減少,甚至消失。
2.3.2 不同生境下加拿大一枝黃花群落的物種多樣性比較通過(guò)對(duì)不同生境加拿大一枝黃花群落的物種多樣性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表7),發(fā)現(xiàn)人工環(huán)境下加拿大一枝黃花群落的D、H′、J 3項(xiàng)指數(shù)的平均值均最大,濕地環(huán)境下的各項(xiàng)指數(shù)值次之;而方差分析結(jié)果顯示不同生境之間加拿大一枝黃花群落的E、D、H′和J均無(wú)顯著性差異,反映了加拿大一枝黃花對(duì)4種生境的適應(yīng)性無(wú)太大差異。
3討論與結(jié)論
綦順英等(2022)研究表明加拿大一枝黃花在入侵后可能會(huì)影響土壤濕度, 導(dǎo)致表層土壤水分含量增高,從而有利于多年生草本植物的生長(zhǎng)。入侵地群落中多年生草本植物種類較豐富,反映了加拿大一枝黃花更為適生于無(wú)林冠遮擋的、較為開(kāi)闊且陽(yáng)光充足的生境,特別是受人為干擾嚴(yán)重的林緣荒地或廢棄地。梅玲笑等(2005)在研究加拿大一枝黃花對(duì)本土植物的化感作用時(shí),發(fā)現(xiàn)其對(duì)豆科植物的生長(zhǎng)萌發(fā)無(wú)明顯抑制或促進(jìn)作用,綦順英等(2022)發(fā)現(xiàn)本土植物群落在加拿大一枝黃花入侵后,野豌豆(Vicia sepium)的重要值增加,本研究與前兩者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。外來(lái)植物對(duì)入侵地有一定普適性,因此入侵地群落中外來(lái)植物種類一般較多(潘紅麗等,2021)。Wang等(2018)通過(guò)對(duì)江蘇省鎮(zhèn)江市的加拿大一枝黃花的入侵群落調(diào)查發(fā)現(xiàn),中度和重度入侵地的群落功能多樣性指數(shù)顯著升高。同時(shí),他們還發(fā)現(xiàn)相較于輕度入侵群落,重度和中度入侵群落的Shannon-Wiener 指數(shù)和Margalef指數(shù)顯著降低,這與本研究的結(jié)果一致。Wang等(2019a)認(rèn)為植物功能多樣性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)作用比植物分類多樣性更重要。本研究尚未對(duì)群落的功能多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,這可能是我們下一步的研究方向。Wang等(2019)對(duì)加拿大一枝黃花的調(diào)查發(fā)現(xiàn),與鄰近未受入侵的植物群落相比,重度入侵群落的植物多樣性、優(yōu)勢(shì)度、豐富度和穩(wěn)定性顯著降低,而輕度入侵地的植物多樣性和優(yōu)勢(shì)度比未入侵地顯著提高。此外,本研究的調(diào)查范圍集中在江蘇省南京市一地,屬于典型的城市生態(tài)系統(tǒng),有研究顯示城市生態(tài)系統(tǒng)的景觀異質(zhì)性可以通過(guò)改變植物群落的功能多樣性,進(jìn)而顯著增加入侵植物的入侵程度(Wang et al., 2019a)。
植物區(qū)系是一個(gè)地區(qū)一定時(shí)期內(nèi)所有植物分類單位的總和,是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,入侵植物的區(qū)系特征在一定程度上可反映自身的起源、生態(tài)適應(yīng)性及入侵路線,對(duì)一個(gè)地區(qū)的入侵植物格局成因、防控管理等都有一定的意義(齊雪丹等,2016;殷根深等,2023)。雖然非入侵地群落植物科的區(qū)系特征與其所處區(qū)域的區(qū)系特征相同(黃健,2013;孫欣欣和董麗娜,2022),但入侵地群落的植物區(qū)系與非入侵地群落的組成不同,說(shuō)明加拿大一枝黃花的入侵可能造成某些物種消失,從而引起群落中物種組成發(fā)生變化,導(dǎo)致其區(qū)系地理特征改變,這也可能是導(dǎo)致入侵地群落的R/T值以及種系分化度均高于非入侵地群落的原因。泛熱帶分布屬占比最高可能與泛熱帶分布科下物種普遍適應(yīng)性強(qiáng)、分布地域廣有關(guān)(吳征鎰,1991)。一般而言,隨著地域面積的增大及地形的復(fù)雜化,區(qū)系的種系分化度水平會(huì)逐漸升高(黃健,2013)。本研究中調(diào)查區(qū)域較為破碎,因此種系分化度小于生境完整、物種豐富度較高的老山及將軍山地區(qū),結(jié)果與其分布區(qū)域、地理位置相吻合。
加拿大一枝黃花容易發(fā)生無(wú)性繁殖形成無(wú)性系叢植,而后形成種群,在此過(guò)程中,擠占其他物種的生存空間,使得這些植物失去競(jìng)爭(zhēng)能力(郭水良,2005)。研究表明,入侵植物對(duì)本土生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響依賴于其自身種群的規(guī)模,輕度入侵的外來(lái)植物可增加植物群落的物種豐富度,從而更有效利用空間及資源,使群落穩(wěn)定性增強(qiáng)(黃紅娟和葉萬(wàn)輝,2004;Panetta & Gooden, 2017)。重度入侵的外來(lái)植物由于自身種群規(guī)模優(yōu)勢(shì),可造成本土物種豐富度及入侵地的物種多樣性下降,Wang等(2021)對(duì)鎮(zhèn)江市加拿大一枝黃花入侵地群落的研究也得到了相同結(jié)論。中度、輕度入侵的加拿大一枝黃花群落可能由于未在群落中形成高度閉合的空間,對(duì)本土物種的擠占尚不明顯,而表現(xiàn)出與非入侵地群落相似的物種多樣性;其他外來(lái)入侵物種,如馬纓丹(Lantana camara)、喜旱蓮子草(Alternanthera philoxeroides)等,在入侵后也呈現(xiàn)出相同的發(fā)展趨勢(shì)(李玉霞等,2019;吳昊等,2019;潘紅麗等,2021)。此外,加拿大一枝黃花分泌的次生代謝產(chǎn)物可對(duì)多種植物產(chǎn)生化感作用,顯著抑制群落內(nèi)本土物種的萌發(fā)與生長(zhǎng),使自身種群更容易擴(kuò)張,加速入侵地群落物種多樣性降低的進(jìn)程(Wang et al., 2020)。
不同生境對(duì)入侵植物的影響不同,而生物入侵對(duì)原生境的生物多樣性也能造成嚴(yán)重影響(張震等,2010)。陳菁等(2020)發(fā)現(xiàn)入侵植物刺萼龍葵(Solanum rostratum)在河灘、草原和荒地等不同生境條件下植株大小及聚集性有明顯差異,但均呈現(xiàn)出有利于自身種群擴(kuò)散的特征,以驅(qū)動(dòng)其成功入侵;勝紅薊(Ageratum conyzoides)種群在不同生境條件下可調(diào)整自身的表型,增加對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性,并增強(qiáng)其入侵性(周兵等,2015)。本研究中4種不同生境下的加拿大一枝黃花入侵地群落的物種多樣性無(wú)顯著差異,但其功能性狀對(duì)不同生境響應(yīng)的差異性尚不明確,仍有待研究。
本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),南京地區(qū)加拿大一枝黃花入侵現(xiàn)狀嚴(yán)重,特別是江寧區(qū)、浦口區(qū)的山地林緣、疏于管理的郊區(qū)及荒地;而人為干預(yù)較多,特別是耕地或水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)的高淳區(qū)、溧水區(qū)、六合區(qū)的狀況稍好;入侵地群落物種的種類雖較為豐富,但大多數(shù)物種植株數(shù)量較少,僅零星存在。本研究證實(shí)了加拿大一枝黃花入侵對(duì)中國(guó)東部地區(qū)植物分類多樣性和群落組成具有重要影響。加拿大一枝黃花對(duì)野豌豆屬植物抑制效果較弱,后續(xù)應(yīng)多關(guān)注此類植物,其防御機(jī)制或可為加拿大一枝黃花的防控防治提供新思路。
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