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Effects of Solidago canadensis invasion on dynamics of native plant communities and their mechanisms

加拿大一枝黄花入侵对本土植物群落动态的影响及其机制


了解外来植物入侵对本土植物群落种群动态的影响对于植物入侵的防控极为重要。该文以加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)入侵不同阶段的植物群落为研究对象, 对本土植物物种多样性以及常见优势种群的生态位变化进行了定量分析。结果表明: 加拿大一枝黄花氮素积累能力高于其他本土优势种群。随着加拿大一枝黄花入侵的深入, 本土植物群落的物种多样性呈现显著下降趋势; 氮素积累能力高的本土优势种群生态位宽度呈现明显的上升趋势, 而氮素积累能力低的本土优势种群生态位宽度则呈现明显下降的趋势; 本土优势种群的生态位重叠平均值呈现逐步下降的趋势。加拿大一枝黄花的入侵, 显著提高了土壤硝态氮含量, 而土壤铵态氮、有效磷、全磷和全氮含量显著降低。对氮素的积累能力决定了加拿大一枝黄花入侵后, 本土植物种群的动态变化格局。

Aims Understanding the impacts of invasive plants on the dynamics of native plants in invaded communities is important for the control of the invasives. Our objectives were to analyze the dynamics of native plants in communities invaded by Solidago canadensis.
Methods We selected native plant communities that had experienced different densities of S. canadensis invasion. Four different invasive stages (based on S. canadensis densities of 0, 5-7, 11-13 and >18 ind. plant·m-2) were determined, and 10 plots were randomly distributed in each invasive stage. The plant height, density and aboveground biomass of native species in each plot were measured. The niche breadths and niche overlap coefficients of seven common native species were determined for each plot. Nitrate nitrogen (N), ammonia N, available phosphorus (P), total P and total N of soil were measured, as was total N of plant tissue for the seven common native species.
Important findings Solidago canadensis had more N accumulation than all seven common native species. The invasion of S. canadensis significantly decreased native species richness. With greater intensification of S. canadensis invasion, niche breadth significantly increased for native species with higher plant tissue total N but significantly decreased for native species with lower plant tissue total N, and the average value of niche overlap coefficients of each native species decreased. The invasion of S. canadensis significantly increased soil nitrate N, but decreased soil ammonia N, available P, total P and total N. Results indicated that the ability to accumulate nitrogen determined the dynamics of native plant species when communities were invaded by S. canadensis.


全 文 :植物生态学报 2012, 36 (3): 253–261 doi: 10.3724/SP.J.1258.2012.00253
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2011-11-24 接受日期Accepted: 2011-12-13
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: wangjiang@tzc.edu.cn)
加拿大一枝黄花入侵对本土植物群落动态的影响
及其机制
陈 彤 刘文莉 张崇邦 王 江*
台州学院生命科学学院, 浙江台州 317000
摘 要 了解外来植物入侵对本土植物群落种群动态的影响对于植物入侵的防控极为重要。该文以加拿大一枝黄花(Solidago
canadensis)入侵不同阶段的植物群落为研究对象, 对本土植物物种多样性以及常见优势种群的生态位变化进行了定量分析。
结果表明: 加拿大一枝黄花氮素积累能力高于其他本土优势种群。随着加拿大一枝黄花入侵的深入, 本土植物群落的物种多
样性呈现显著下降趋势; 氮素积累能力高的本土优势种群生态位宽度呈现明显的上升趋势, 而氮素积累能力低的本土优势种
群生态位宽度则呈现明显下降的趋势; 本土优势种群的生态位重叠平均值呈现逐步下降的趋势。加拿大一枝黄花的入侵, 显
著提高了土壤硝态氮含量, 而土壤铵态氮、有效磷、全磷和全氮含量显著降低。对氮素的积累能力决定了加拿大一枝黄花入
侵后, 本土植物种群的动态变化格局。
关键词 生态位宽度, 生态位重叠, 氮, 加拿大一枝黄花
Effects of Solidago canadensis invasion on dynamics of native plant communities and their
mechanisms
CHEN Tong, LIU Wen-Li, ZHANG Chong-Bang, and WANG Jiang*
School of Life Science, Taizhou University, Taizhou, Zhejiang 317000, China
Abstract
Aims Understanding the impacts of invasive plants on the dynamics of native plants in invaded communities is
important for the control of the invasives. Our objectives were to analyze the dynamics of native plants in com-
munities invaded by Solidago canadensis.
Methods We selected native plant communities that had experienced different densities of S. canadensis inva-
sion. Four different invasive stages (based on S. canadensis densities of 0, 5–7, 11–13 and >18 ind. plant·m–2)
were determined, and 10 plots were randomly distributed in each invasive stage. The plant height, density and
aboveground biomass of native species in each plot were measured. The niche breadths and niche overlap coeffi-
cients of seven common native species were determined for each plot. Nitrate nitrogen (N), ammonia N, available
phosphorus (P), total P and total N of soil were measured, as was total N of plant tissue for the seven common
native species.
Important findings Solidago canadensis had more N accumulation than all seven common native species. The
invasion of S. canadensis significantly decreased native species richness. With greater intensification of S. cana-
densis invasion, niche breadth significantly increased for native species with higher plant tissue total N but sig-
nificantly decreased for native species with lower plant tissue total N, and the average value of niche overlap co-
efficients of each native species decreased. The invasion of S. canadensis significantly increased soil nitrate N, but
decreased soil ammonia N, available P, total P and total N. Results indicated that the ability to accumulate nitro-
gen determined the dynamics of native plant species when communities were invaded by S. canadensis.
Key words niche breadth, niche overlap, nitrogen, Solidago canadensis

种群生态位研究是植物群落结构和动态研究
的重要内容(杨宁等, 2010)。目前, 一部分研究主要
关注人工或自然群落在不同演替阶段主要物种或
优势种生态位的变化(张继义等, 2003; 周先叶等,
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2004; 王震洪等 , 2006; 杨宁等 , 2010; 王妍等 ,
2011); 另一部分研究则主要关注植物群落演替过
程中种群生态位与环境变化的关系(曲国辉和郭继
勋, 2003; 刘红燕和黄建国, 2005; 郭跃东等, 2010;
王世雄等, 2010)。有关外来物种入侵过程中本土物
种生态位变化的研究则较少。洪思思等(2008)对阔
叶丰花草(Spermacoce latifolia)入侵对本土植物群
落物种多样性、生态位和种间连接的影响进行了研
究, 但对其影响机制并没有深入分析。
竞争在外来物种入侵过程中起着十分重要的
作用(Mack et al., 2005), 外来植物在入侵过程中,
与本土植物竞争水分、光、养分及生存空间等
(Meekins & McCarthy, 1999)。随着对生态系统地下
部分重要性认识的深入, 人们开始重视外来植物入
侵对土壤特性及生态系统过程的影响(李伟华等,
2008)。入侵植物可通过竞争养分及化感等生理过程
影响土壤的养分及性质, 进而影响土壤及植被生态
系统的结构及功能, 外来植物的土壤效应可能是其
成功入侵及影响群落物种组成演变的重要因素(蒋
智林等, 2008)。
加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)现已分布
于沪宁线、沪杭线、浙赣铁沿线, 以及浙江宁波、
台州等地区, 多见于路边、田埂、住宅四周和疏林
果园等生境, 表现出极强的竞争优势, 目前呈现出
进一步扩散的趋势, 成为典型的外来入侵种(郭水
良, 2005)。目前, 国内外有关加拿大一枝黄花的研
究主要集中在种群生态学范畴, 主要包括加拿大一
枝黄花的生物学以及生态学特征、化感作用及其机
理、种子生物学特性及其对土壤特性的影响(沈国辉
等, 2004; 黄华和郭水良, 2005; 钱振官等, 2005; 董
梅等, 2006; Sun et al., 2006; Yang et al., 2007; 王玉
良等, 2009)等几个方面。对加拿大一枝黄花养分吸
收的研究表明: 加拿大一枝黄花具有很强的养分吸
收能力(任莉等, 2010), 从而可对土壤肥力产生显著
的影响(陆建忠等, 2005)。本研究运用生态位理论,
通过对加拿大一枝黄花不同入侵阶段本土植物群
落中常见种群生态位变化的研究, 进一步揭示加拿
大一枝黄花入侵对本土植物种群动态变化的影响,
并从土壤养分竞争方面探讨引起这一变化的机制。
本研究对于加拿大一枝黄花入侵的防控具有重要
的理论和实践意义。
1 材料和方法
1.1 试验区域
临海沿江镇(28º36′68″ N, 120º55′75″ E)是台州
加拿大一枝黄花入侵较为严重的地区, 该区域为亚
热带季风气候, 年降水量为1 827.7 mm, 年平均气
温为19.5 ℃。对沿江镇进行调查,选择了立地条件
和植物组成较为一致的区域(图1; 长约700 m, 宽约
500 m)。该区域受到加拿大一枝黄花入侵较为严重,
并且为人为干扰较少的撂荒地, 自然演替后形成自
然草本群落。通过2010年6月的居民询问调查, 撂荒
地存在10年左右, 2006年加拿大一枝黄花开始从附
近的果园和农田入侵, 向撂荒地方向蔓延, 入侵过
程中形成了由高到低的入侵密度梯度。对该区域的
草地群落进行物种调查, 共记录了46个植物种, 其
中常见的当地植物种有野老鹳草(Geranium caro-
linianum)、禺毛茛(Ranunculus cantoniensis)、天胡
荽 (Hydrocotyle sibthorpoioides) 、 蛇 含 委 陵 菜
(Potentilla kleiniana)、细柄草 (Capillipedium par-
viflorum) 、 白 茅 (Imperata cylindrical) 和 雀 稗
(Paspalum thunbergii)。
1.2 试验处理
从2006年加拿大一枝黄花入侵撂荒地开始, 随
着入侵的深入, 形成了加拿大一枝黄花不同的入侵
密度, 我们以密度为标准确立加拿大一枝黄花不同
的入侵梯度。在对该区域加拿大一枝黄花入侵情况
调查的基础上, 选择了在1 m × 1 m面积内没有入侵
(0)、入侵5–7株、11–13株和18株以上4个入侵梯度。


图1 实验区域调查图。
Fig. 1 Survey of research area.


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在每个入侵梯度上, 随机设置10个1 m × 1 m的样
方。首先调查并记录样方中本土植物物种高度和密
度, 然后将1 m × 1 m区域植物的地上部分全部收
割, 然后按照物种进行分类, 放入烘箱80 ℃下烘干
24 h, 称取样地中每种植物的生物量干重。植物收
割完毕后, 在样方内随机选择3个点, 取地表0–10
cm土壤, 混匀后放入封口袋, 带回实验室进行风
干, 以备测定土壤理化指标。
在该区域内随机选择加拿大一枝黄花和野老
鹳草、禺毛茛、天胡荽、蛇含委陵菜、细柄草、白
茅和雀稗各10株, 迅速带回实验室, 将每个植物种
的10株植物组织粉碎后, 混合均匀, 测定植物组织
中的全氮含量(每种植物重复测定3次)。
1.3 土壤养分测定指标
铵态氮采用Kandeler和Gerber (1988)的方法进
行测定; 硝态氮、有效磷、全磷和全氮采用中国科
学院南京土壤研究所(1978)的方法进行测定; 植物
全氮采用中国科学院上海植物生理研究所(1999)
的方法进行测定。
1.4 数据分析
生态位测定的基本步骤是资源轴的确定及其
梯度划分。在进行生态位测定时, 通常有两种做法:
一是对某一资源类型根据实测的数据按照一定的
间隔分成若干个水平即梯度, 把群落调查的数据分
类归入各个资源梯度进行生态位计算; 另一种是把
群落调查的每个样方视作多种资源的综合状态, 以
各个种在不同样方的重要值计算各个种群的生态
位宽度和生态位重叠(张继义等, 2003)。选用重要值
指标是因为它是多项指标的综合, 既能较好地体现
物种对环境资源的利用效率, 又可避免因各物种个
体大小差异所带来的误差。基于上述认识, 本文以
所调查的样方作为资源状态, 样方数为资源梯度的
数目, 以重要值为数量指标进行生态位的计算测
定。本文中重要值= (相对密度+相对高度+相对生物
量) /3。
1.4.1 生态位宽度的测定(Levins, 1968)
rjprBL iji ,...,1),/(1
2 == ∑
其中, BLi是物种i的Levins生态位宽度, Pij为物种i对
第j资源梯度级的利用占它对全部资源利用的百分
率, iijij Nnp /= , 而Ni = Σ nij, nij为物种i在资源梯
度级j的数量特征值(如重要值, 本文中, 为种i在第j
样方的重要值)。r为资源等级数, 本文中为样方数。
1.4.2 生态位重叠的计算测定
生态位重叠用Pianka生态位重叠指数计测
(Pianka, 1973):
rjnnnnO kjijkjijik ,...,1,)/(
2/122 == ∑∑ ∑
式中, Oik为物种 i和物种 k的生态位重叠值, nij和nkj
为种i和种k在资源梯度级j的数量特征, 本文中为种
i和种k在样方j的重要值, r为样方数。
1.4.3 多样性测定
群落多样性指数采用Shannon-Weaver指数(H)
表示:
i
S
i
i PPH ln
1

=
−=
式中: Pi是本地植物物种i的重要值; S是样方内本地
植物物种数目(即为该样方的物种丰富度)。重要值
= (相对生物量+相对频度+相对高度)/3。
采用单因素方差分析(one-way ANOVA)对加
拿大一枝黄花不同入侵梯度间样地土壤养分特征、
物种丰富度、多样性指数差异进行分析, 并采用
Duncan检验对土壤养分特性进行多重比较。
2 结果和分析
2.1 物种多样性
对样方内本土植物物种调查结果显示, 随着加
拿大一枝黄花入侵过程的深入(密度增加), 本土植
物物种丰富度呈现显著减少的趋势 (图2; F =
14.290, n = 40, p < 0.001)。同时, 物种多样性指数也
呈现出显著减少的趋势(F = 12.188, n = 40, p <
0.001)。不同入侵阶段本土物种调查结果表明, 与未
入侵群落(0株·m–2)相比, 加拿大一枝黄花入侵主要
导致大量个体数量较少的偶见物种消失, 而常见本
土物种在入侵过程中仍存在于群落中。
2.2 常见本土物种的生态位宽度
在加拿大一枝黄花的不同入侵阶段, 样地常见
本土物种生态位宽度见表1。在未入侵阶段, 野老鹳
草、细柄草、白茅和雀稗均有较高的生态位宽度, 分
别为0.675 3、0.697 9、0.769 5和0.887 6, 是群落的
主要优势种群。而禺毛茛、天胡荽和蛇含委陵菜的
生态位宽度则只有0.200 0、0.298 2和0.378 5, 在群
落中处于从属地位。随着加拿大一枝黄花从开始入
侵到进一步深入(密度逐渐增加), 野老鹳草、白茅和
雀稗的生态位宽度明显减少, 分别减少为0.199 1、
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图2 加拿大一枝黄花不同入侵梯度样地群落物种丰富度和Shannon-Weaver指数。
Fig. 2 Species richness and Shannon-Weaver index of communities in plots of different invasive gradients of Solidago canadensis.



表1 加拿大一枝黄花不同入侵梯度样地常见本土植物种的生态位宽度
Table 1 Niche breadth of common native plant species in plots of different invasive gradients of Solidago canadensis
入侵梯度 Invasive gradient (ind. plant·m–2)
0 5–7 11–13 >18
野老鹳草 Geranium carolinianum 0.675 3 0.486 4 0.395 5 0.199 1
禺毛茛 Ranunculus cantoniensis 0.200 0 0.382 7 0.399 7 0.489 4
天胡荽 Hydrocotyle ramiflora 0.298 2 0.347 6 0.381 6 0.450 3
蛇含委陵菜 Potentilla kleiniana 0.378 5 0.472 7 0.486 9 0.587 8
细柄草 Capillipedium parviflorum 0.697 9 0.686 4 0.788 5 0.871 5
白茅 Imperata cylindrica 0.769 5 0.543 8 0.466 0 0.383 9
雀稗 Paspalum thunbergii 0.887 6 0.464 8 0.281 0 0.199 3



表2 加拿大一枝黄花不同入侵梯度样地常见本土植物种生态位重叠系数的平均值
Table 2 Average of coefficients of niche overlap of common native plant species in plots of different invasive gradients of Solidago
canadensis
入侵梯度 Invasive gradient (ind. plant·m–2) 0 5–7 11–13 >18
生态位重叠系数的平均值 Average of coefficients of niche overlaps 0.513 1 0.474 6 0.463 6 0.451 7


0.383 9和0.199 3。而禺毛茛、天胡荽、蛇含委陵菜
和细柄草的生态位宽度则明显增加 , 分别为
0.489 4、0.450 3、0.587 8和0.871 5。结果表明: 常
见本土植物种群随着加拿大一枝黄花入侵呈现出
不同的变化动态。
2.3 常见本土植物种的生态位重叠
在加拿大一枝黄花的不同入侵阶段, 群落中7
种常见本土植物的生态位重叠系数的平均值见表
2。从表2和各不同入侵阶段群落中7种常见本土植
物的生态位重叠矩阵(略)可以看出, 在加拿大一枝
黄花入侵过程中, 常见本土物种种群之间生态位重
叠程度较高, 主要集中在0.4–0.7之间。随着入侵的
深入, 常见本土植物生态位重叠系数的平均值呈现
逐渐减少的趋势。
2.4 常见本土植物生态位变化与其氮素营养生态
位的关系
与7种常见本土植物种相比, 加拿大一枝黄花
组织全氮含量最高, 达到(3.70 ± 0.25) g·kg–1 (图3)。
禺毛茛、天胡荽、蛇含委陵菜和细柄草具有较高的
全氮含量, 基本接近加拿大一枝黄花。野老鹳草、
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图3 加拿大一枝黄花不同入侵梯度样地本土植物生态位宽度与积累氮素(平均值±标准误差)的关系。CP, 细柄草; GC, 野老
鹳草; HR, 天胡荽; IC, 白茅; PK, 蛇含委陵菜; PS, 雀稗; RC, 禺毛茛; SC, 加拿大一枝黄花。
Fig. 3 Relationships between the niche breadth and the average content of total nitrogen (mean ± SE) in tissues of common native
plant species in plots of different invasive gradients of Solidago canadensis. CP, Capillipedium parviflorum; GC, Geranium caro-
linianum; HR, Hydrocotyle ramiflora; IC, Imperata cylindrica; PK, Potentilla kleiniana; PS, Paspalum thunbergii; RC, Ranunculus
cantoniensis; SC, Solidago canadensis.



白茅和雀稗植物组织全氮含量则较低, 其中野老鹳
草和白茅的全氮含量只有(2.59 ± 0.21)和(2.69 ±
0.29) g·kg–1, 显著低于加拿大一枝黄花(p < 0.05)。在
加拿大一枝黄花入侵过程中, 禺毛茛、天胡荽、蛇含
委陵菜和细柄草氮素营养积累较多, 其生态位宽度
呈现明显增加的趋势; 而野老鹳草、白茅和雀稗氮素
营养积累较少, 其生态位宽度呈现明显减少的趋势。
2.5 加拿大一枝黄花入侵对土壤营养生态位的影响
土壤营养生态位分析表明: 随着加拿大一枝黄
花入侵的深入, 土壤硝态氮的含量呈现显著增加的
趋势(表3; F = 2.941, n = 40, p < 0.05)。铵态氮、有
效磷、全磷和全氮则呈现出显著减少的趋势(铵态
氮: F = 3.988, n = 40, p < 0.05; 有效磷: F = 3.926, n
= 40, p < 0.051; 全磷: F = 2.564, n = 40, p < 0.05;
全氮: F = 2.575, n = 40, p < 0.05)。
3 讨论
研究表明: 随着加拿大一枝黄花入侵的深入,
本土植物物种丰富度和多样性指数呈现显著下降
的趋势, 这与郭水良(2005)、de Groot等(2007)和陈
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表3 加拿大一枝黄花不同入侵梯度样地群落的土壤养分浓度
Table 3 Soil nutrient concentrations of communities in plots of different invasive gradients of Solidago canadensis
入侵梯度 Invasive gradient (ind. plant·m–2)
0 5–7 11–13 > 18
硝态氮 Nitrate N (mg·g–1) 8.00 ± 1.90c 19.64 ± 3.16b 20.45 ± 4.88b 34.32 ± 7.78a
铵态氮 Ammonia N (μg·g–1) 157.48 ± 18.05a 154.11 ± 12.47a 107.81 ± 21.08b 88.17 ± 16.06c
速效磷 Available P (μg·g–1) 42.12 ± 7.10a 40.79 ± 4.90a 22.59 ± 8.29b 14.86 ± 3.31c
全磷 Total P (μg·g–1) 588.13 ± 86.11a 561.50 ± 40.12a 537.21 ± 63.63a 374.85 ± 43.13b
全氮 Total N (g·kg–1) 2.66 ± 0.31a 2.67 ± 0.26a 2.07 ± 0.25b 1.85 ± 0.32c
不同小写字母表示土壤养分浓度在不同入侵梯度样地间差异显著(p < 0.05)。
Different small letters indicate significant difference (p < 0.05) of soil nutrient concentrations among plots of different invasive gradients of Solidago
canadensis.


友吾等(2009)的研究结果一致。由于种群数量稀少,
群落中次要的植物种受到入侵影响较大, 容易被竞
争排除出群落。因此, 本研究中消失的物种多数属
于数量较少的偶见植物种。
在群落不断更替和变化的过程中, 优势种群的
更替及其生态位变化则有着更为重要的意义(杨宁
等, 2010)。而生态位宽度能够精确地反映群落在演
替变化过程中种群对环境的响应, 以及种间关系等
生态过程的变化, 因为生态位宽度可以将各种群在
群落中的地位和作用给以数量化的表示(张继义等,
2003)。群落中7种常见植物种群生态位宽度的研究
结果表明, 在加拿大一枝黄花入侵过程中, 常见种
群的生态位宽度的变化与其自身的氮素营养生态
位存在紧密的联系。未入侵样地中, 野老鹳草、白
茅和雀稗均有较大的生态位宽度, 是本土植物群落
的主要优势种群, 由于氮素营养利用较少, 在加拿
大一枝黄花入侵过程中, 其生态位逐渐缩小, 成为
从属物种。而禺毛茛、天胡荽和蛇含委陵菜由于氮
素营养利用较多, 其生态位宽度逐渐扩大, 则由从
属物种转变为优势种群。已有研究(Zhang et al.,
2009; 任莉等, 2010)和本研究均发现加拿大一枝黄
花具有高的氮素积累能力。而且, 李伟华等(2008)
对4种入侵植物的研究发现: 对土壤氮素较强的利
用能力可能是植物成功入侵的重要机制之一(杨宁
等, 2010)。因此, 加拿大一枝黄花可能通过与本土
植物竞争氮素营养获得竞争优势, 而本土物种的氮
素营养生态位则成为加拿大一枝黄花入侵过程中
决定本土植物种群动态的重要因素。
生态位重叠反映了种群之间对资源利用的相
似程度和竞争关系(张继义等, 2003)。在未入侵样地
中, 常见物种种群间的生态位重叠较高, 这反映了
撂荒地10年自然演替后, 群落结构和性质仍处于一
种不稳定状态, 各种群在群落内的位置和种间关系
没有经过充分的竞争排除作用的筛选和过滤, 因而
表现出较高的生态位重叠(Li et al., 1997)。而随着加
拿大一枝黄花入侵的深入, 常见种群的生态位重叠
呈现明显的降低趋势, 表明加拿大一枝黄花的入侵
加速了本土常见种群之间及其与加拿大一枝黄花
之间的竞争排除作用等生态过程, 使得本土常见植
物种群产生了一定程度的生态位分化。因此我们认
为, 加拿大一枝黄花入侵, 加速了本地植物群落的
演替, 其生态位重叠明显降低, 种间关系和群落结
构趋于稳定, 形成了以加拿大一枝黄花和氮素积累
能力高的本土物种为主要种群的群落。
缪崇崇等(2011)对加拿大一枝黄花入侵群落的
季节性变化进行了研究, 认为温州南堡样地的加拿
大一枝黄花在入侵群落中重要值较大, 呈稳定的波
动变化, 是加拿大一枝黄花定居后的稳定群落; 而
温州杨府山样地的加拿大一枝黄花群落呈现稳定
的上升趋势, 反映了群落处于加拿大一枝黄花定居
后的扩散阶段。本研究中, 不同梯度样地则反映了
加拿大一枝黄花入侵后逐步扩散的群落演变动态。
而大于18株·m–2的梯度样地中, 加拿大一枝黄花基
本布满样地, 在该样地中的重要值较大, 由于密度
的变化呈现出略微的波动, 表明其基本可以反映加
拿大一枝黄花入侵后群落进入稳定状态的结构组
成。因此, 以加拿大一枝黄花为优势种和氮素积累
能力高的本土物种为主要常见种的群落组成, 可能
是加拿大一枝黄花入侵进入稳定状态的群落特征。
入侵植物可以通过改变新生境的土壤养分环
境, 从而影响入侵地其他本土植物的生长, 进而可
以成功地定居和扩散(Bertness & Callaway, 1994)。
陈彤等: 加拿大一枝黄花入侵对本土植物群落动态的影响及其机制 259

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本研究结果表明: 加拿大一枝黄花入侵对入侵地土
壤营养生态位产生了显著的影响, 随着入侵的深
入, 入侵地土壤硝态氮含量显著增加, 而铵态氮、
全磷、有效磷和全氮的含量显著减少。陆建忠等
(2005)的室内控制研究表明: 加拿大一枝黄花的入
侵明显提高了入侵地土壤硝态氮和铵态氮等无机
氮的含量。而本研究中, 铵态氮含量明显减少, 这
可能与加拿大一枝黄花对铵态氮利用存在偏好有
关, 加拿大一枝黄花对铵态氮的利用能力较强(陆
建忠等, 2005), 长时间的定居导致了大量铵态氮被
其吸收 , 呈现出显著减少的趋势。正反馈假说
(Ehrenfeld et al., 2001; Ehrenfeld, 2003)认为: 入侵
物种能够通过与土壤的相互作用来获得竞争优势
以增强其入侵能力, 加拿大一枝黄花正是通过增加
土壤中无机氮素的营养生态位, 获取了对本土植物
的竞争优势。
植物无机氮素的营养生态位包括硝态氮和铵
态氮两部分(吴巍和赵军, 2010; 钟开新和王亚琴,
2011)。已有研究(陆建忠等, 2005)和本研究结果显
示, 加拿大一枝黄花的无机氮素营养生态位主要是
铵态氮。但是, 典型的入侵植物紫茎泽兰(Ageratina
adenophora)的无机氮素营养生态位则主要是硝态
氮, 而对铵态氮吸收利用较差(张继义等, 2003)。因
此, 引种氮素积累能力高的本地物种可以作为入侵
植物防控中一种有效的生物竞争防控措施, 使其与
入侵植物形成逐渐稳定的群落, 减弱其入侵危害。
但是,入侵植物无机氮素营养生态位的差异决定了
本土物种的选择要有针对性, 选择与入侵植物无机
氮素营养生态位差异较大的本土物种则有可能增
强防控效果。
致谢 国家自然科学基金(31000256)、浙江省自然
科学基金 (5100016)和台州市科技计划项目
(102KY16)资助。感谢中国科学院沈阳应用生态研
究所孙顺江老师在文章写作中给予的指导和帮助。
参考文献
Bertness MD, Callaway RM (1994). Positive interactions in
communities. Trends in Ecology and Evolution, 9,
191–193.
Chen YW (陈友吾), Lin XJ (林晓佳), Ji HT (季宏铁), Gong
ZQ (龚自强), Dong XH (董晓慧), Tang HF (唐红芳),
Zhang HM (张慧敏), Qiu ZH (仇正华) (2009). Infection
and evaluation of vegetation diversity on island caused by
invasion of Solidago canadensis. Journal of Anhui Agri-
cultural Sciences (安徽农业科学), 37, 1708–1709. (in
Chinese with English abstract)
de Groot M, Kleijn D, Jogan N (2007). Species groups occu-
pying different trophic levels respond differently to the
invasion of semi-natural vegetation by Solidago canaden-
sis. Biological Conservation, 136, 612–617.
Dong M (董梅), Lu JZ (陆建忠), Zhang WJ (张文驹), Chen JK
(陈家宽), Li B (李博) (2006). Canada goldenrod (Soli-
dago canadensis): an invasive alien weed rapidly spread-
ing in China. Acta Phytotaxonomica Sinica (植物分类学
报), 44, 72–85. (in Chinese with English abstract)
Ehrenfeld JG (2003). Effects of exotic plant invasions on soil
nutrient cycling processes. Ecosystems, 6, 503–523.
Ehrenfeld JG, Kourtev P, Huang WZ (2001). Changes in soil
functions following invasions of exotic understory plants
in deciduous forests. Ecological Applications, 11,
1287–1300.
Guo SL (郭水良) (2005). Solidago canadensis niche and in-
fluences of its invasion on plant communities. Journal of
Biomathematics (生物数学学报), 20, 91–96. (in Chinese
with English abstract)
Guo YD (郭跃东), Guo JP (郭晋平), Zhang YX (张芸香), Ji
JC (吉久昌) (2010). Environmental gradient analysis and
succession process of riparian forest communities in upper
reach of Wenyuhe watershed. Acta Ecologica Sinica (生
态学报), 30, 4046–4055. (in Chinese with English ab-
stract)
Hong SS (洪思思), Miao CC (缪崇崇), Fang BJ (方本基), Hu
RY (胡仁勇), Ding BY (丁炳扬) (2008). On species di-
versity, niche breadth and interspecies association in
communities invaded by Spermacoce latifolia Zhejiang
Province. Journal of Wuhan Botanical Research (武汉植
物研究), 26, 501–508. (in Chinese with English abstract)
Huang H (黄华), Guo SL (郭水良) (2005). Study on reproduc-
tive biology of the invasive plant Solidago canadensis.
Acta Ecologica Sinica (生态学报), 25, 2795–2802. (in
Chinese with English abstract)
Institute of Shanghai Plant Physiology, Chinese Academy of
Sciences (中国科学院上海植物生理研究所 ) (1999).
Experimental Guide of Modern Plant Physiology (现代植
物生理学实验指南). Science and Technology Press, Bei-
jing. (in Chinese)
Jiang ZL (蒋智林), Liu WX (刘万学), Wan FH (万方浩), Li
ZY (李正跃) (2008). Effects of Ageratina adenophora
(Spreng.) invasion on soil nutrient properties and their
260 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2012, 36 (3): 253–261

www.plant-ecology.com
seasonal dynamics. Journal of Agro-Environment Science
(农业环境科学学报), 27, 267–272. (in Chinese with Eng-
lish abstract)
Kandeler E, Gerber H (1988). Short-term assay of soil urease
activity using colorimetric determination of ammonium.
Biology and Fertility of Soils, 6, 68–72.
Levins R (1968). Evolution in Changing Environments: Some
Theoretical Explorations. Princeton University Press,
Princeton.
Li SG, Zhao AF, Chang XL (1997). Several problems about
vegetation succession of Horqin sandy land. Journal of
Desert Research, 17, 25–32.
Li WH (李伟华), Zhang CB (张崇邦), Lin JY (林洁筠), Yang
CJ (杨潮杰) (2008). Characteristics of nitrogen metabo-
lism and soil nitrogen of invasive plants. Journal of
Tropical and Subtropical Botany (热带亚热带植物学报),
16, 321–327. (in Chinese with English abstract)
Liu HY (刘红燕), Huang JG (黄建国) (2005). Dynamics of
soil properties under secondary succession forest commu-
nities in Mt. Jinyun. Chinese Journal of Applied Ecology
(应用生态学报), 16, 2041–2046. (in Chinese with English
abstract)
Lu JZ (陆建忠), Qiu W (裘伟), Chen JK (陈家宽) (2005).
Impact of invasive species on soil properties: Canadian
goldenrod (Solidago canadensis) as a case study. Biodi-
versity Science (生物多样性), 13, 347–356. (in Chinese
with English abstract)
Mack RN, Simberloff D, Lonsdale WM, Evans H, Clout M,
Bazzaz FA (2005). Biotic invasions: causes, epidemiol-
ogy, global consequences and control. Ecological Appli-
cations, 10, 689–710.
Meekins JF, McCarthy BC (1999). Competitive ability of Al-
liaria petiolata (garlic mustard, Brassicaceae), an inva-
sive, nonindigenous forest herb. International Journal of
Plant Science, 160, 743–752.
Miao CC (缪崇崇), Guo ZH (郭忠海), Jin ST (金圣塔), Wang
N (王能), Ding BY (丁炳扬) (2011). The seasonal dy-
namics of plant communities in Wenzhou invaded by
Solidago canadensis. Subtropical Plant Science (亚热带
植物科学), 40(2), 50–54. (in Chinese with English ab-
stract)
Nanjing Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sci-
ences (中国科学院南京土壤研究所) (1978). Soil Physi-
cal and Chemical Analysis (土壤理化分析). Shanghai
Science and Technology Press, Shanghai. (in Chinese)
Pianka ER (1973). The structure of lizard communities. Annual
Review of Ecology and Systematics, 4, 53–74.
Qian ZG (钱振官), Shen GH (沈国辉), Chai XL (柴晓玲), Li
T (李涛) (2005). Effects of different water extracts from
Solidago canadensis L. on seed germination and growth of
different crops. Acta Agriculturae Shanghai (上海农业学
报), 21, 32–25. (in Chinese with English abstract)
Qu GH (曲国辉), Guo JX (郭继勋) (2003). The relationship
between different plant communities and soil characteris-
tics in Songnen grassland. Acta Prataculturae Sinica (草
业学报), 12, 18–22. (in Chinese with English abstract)
Ren L (任莉), Wang EF (汪恩锋), Wang WL (汪文烈) (2010).
The accumulation and translocation of nutrient elements in
Solidago canadensis L. Journal of Biology (生物学杂志),
27, 27–30. (in Chinese with English abstract)
Shen GH (沈国辉), Qian ZG (钱振官), Chai XL (柴晓玲),
Guan LQ (管丽琴), Chen JS (陈建生) (2004). Study on
seed biological characteristics of Solidago canadensis.
Acta Agriculturae Shanghai (上海农业学报 ), 20,
105–107. (in Chinese with English abstract)
Sun BY, Tan JZ, Wan ZG, Gu FG, Zhu MD (2006). Allelo-
pathic effects of extracts from Solidago canadensis L.
against seed germination and seedling growth of some
plants. Journal of Environmental Science, 18, 79–87.
Wang SX (王世雄), Wang XA (王孝安), Li GQ (李国庆), Guo
H (郭华), Zhu ZH (朱志红) (2010). Species diversity and
environmental interpretation in the process of community
succession in the Ziwu Mountain of Shaanxi Province.
Acta Ecologica Sinica (生态学报), 30, 1638–1647. (in
Chinese with English abstract)
Wang Y (王妍), Wu B (吴波), Li XY (李小英), Lu Q (卢琦)
(2011). Species diversities of different succession stages
of Artemisia ordosica community in Mu Us Sandyland.
Journal of Arid Land Resources and Environment (干旱区
资源与环境), 25, 167–172. (in Chinese with English ab-
stract)
Wang YL (王玉良), Gao DR (高端如), Yu JY (余玖银)
(2009). Invasive structural foundation of exotic plant
Canada goldenrod. Acta Ecologica Sinica (生态学报), 29,
108–119. (in Chinese with English abstract)
Wang ZH (王震洪), Duan CQ (段昌群), Yang JS (杨建松)
(2006). Plant biodiversity and community structure of
semi-humid evergreen broadleaved forests at different
secondary succession stages. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 17, 1583–1587. (in Chinese
with English abstract)
Wu W (吴巍), Zhao J (赵军) (2010). Advances on plants’ ni-
trogen assimilation and utilization. Chinese Agricultural
陈彤等: 加拿大一枝黄花入侵对本土植物群落动态的影响及其机制 261

doi: 10.3724/SP.J.1258.2012.00253
Science Bulletin (中国农学通报), 26, 75–78. (in Chinese
with English abstract)
Yang N (杨宁), Zou DS (邹冬生), Li JG (李建国), Chen SB
(陈盛彬), Chen ZY (陈志阳) (2010). Niche dynamics of
main plant communities in natural restoration succession
process on sloping land with purple soils in Hengyang ba-
sin. Bulletin of Soil and Water Conservation (水土保持学
报), 30, 87–93. (in Chinese with English abstract)
Yang RY, Mei LX, Tang JJ, Chen X (2007). Allelopathic ef-
fects of invasive Solidago canadensis L. on germination
and growth of native Chinese plant species. Allelopathy
Journal, 19, 111–118.
Zhang CB, Wang J, Qian BY, Li WH (2009). Effects of the
invader Solidago canadensis on soil properties. Applied
Soil Ecology, 43, 163–169.
Zhang JY (张继义), Zhao HL (赵哈林), Zhang TH (张铜会),
Zhao XY (赵学勇) (2003). Niche dynamics of main
populations of plants communities in the restoring succes-
sion process in Horqin sandy land. Acta Ecologica Sinica
(生态学报), 23, 2741–2746. (in Chinese with English ab-
stract)
Zhong KX (钟开新), Wang YQ (王亚琴) (2011). Progress on
nitrogen uptake and transport in plant. Guihaia (广西植
物), 31, 414–417. (in Chinese with English abstract)
Zhou XY (周先叶), Wang BX (王伯荪), Li MG (李鸣光),
Chen ZH (陈章和) (2004). Interspecies covariation analy-
sis of dominant tree species in secondary succession of
forest communities in Heishiding Natural Reserve,
Guangdong Province. Chinese Journal of Applied Ecology
(应用生态学报), 15, 367–371. (in Chinese with English
abstract)

责任编委: 彭少麟 责任编辑: 王 葳