瑞士海拔梯度下外来植物清除效果的变化规律及其管理启示

本研究针对山地生态系统中外来物种入侵管理的关键问题，通过海拔梯度实验揭示了机械清除对不同生活史外来植物的短期控制效果。研究人员在瑞士东部阿尔卑斯山区对三种入侵植物（Erigeron annuus、Solidago canadensis和Lupinus polyphyllus）开展清除实验，发现多年生物种的覆盖度显著降低，但海拔梯度对短期清除效果无显著影响。种子库实验表明一年生植物种子库更丰富且随海拔升高而减少，为优化山地入侵物种管理策略提供了重要科学依据。

　　

随着全球气候变化和人类活动加剧，山地生态系统正面临外来植物入侵的日益严重的威胁。与低地地区相比，山地生态系统迄今为止经历的入侵水平相对较低，但令人担忧的是，入侵物种正在全球山脉中向更高海拔扩张。虽然目前高海拔生态系统中入侵物种记录的影响相对有限，这为制定和实施有效的管理策略提供了重要机遇。由于自然保护资金有限，优化控制策略并使其适应山地环境以实现最佳成本效益变得至关重要。

在瑞士东部阿尔卑斯山区，三种具有不同生活史特征的入侵植物引起了研究人员的特别关注：一年生的Erigeron annuus（飞蓬）以及多年生的Solidago canadensis（加拿大一枝黄花）和Lupinus polyphyllus（多叶羽扇豆）。这些物种最初作为观赏植物从北美引入欧洲，如今已在瑞士的入侵植物名单上占有一席之地。它们在不同海拔高度的分布及其对当地生态系统的潜在影响，使得理解其管理效果随海拔变化规律变得尤为重要。

研究人员假设，由于种群规模较小和环境条件限制增加，管理效率会随着海拔升高而提高。为了验证这一假设，Georg V. Flückiger等人设计了一项精巧的野外清除实验，沿着海拔梯度系统评估了机械清除对这些入侵植物的短期效果。这项研究不仅关注植物覆盖度的变化，还通过种子库萌发实验探究了潜在再生机制，为山地入侵植物管理提供了科学依据。

研究团队采用的主要技术方法包括：在瑞士东部阿尔卑斯山区设置海拔梯度实验点（Erigeron：539-1824米，Solidago：538-1349米，Lupinus：1265-2158米）；建立配对样方进行机械清除处理（使用镐头和手工拔除）；使用九级覆盖度分类法系统评估植被变化；采集土壤样品进行温室萌发实验（采用Ter Heerdt等方法优化萌发条件）；应用广义线性混合效应模型（GLMM）和负二项回归模型（NBRM）进行统计分析。

移除实验

机械生物量清除导致两种多年生物种Solidago和Lupinus在次年覆盖度恢复较低，而一年生Erigeron的覆盖度下降幅度较小但仍显著。与主要假设相反，任何物种的生物量清除效果都没有随海拔升高而增加，表明沿海拔梯度的管理效果保持一致。Erigeron的覆盖度随海拔升高而降低，Solidago的覆盖度与海拔无显著相关，而Lupinus在2022年的覆盖度向高海拔增加。焦点植物清除还引起了其他类群覆盖度的变化，多年生物种的清除导致管理样地内裸地面积显著增加，Lupinus的清除还导致原生禾本科植物覆盖度显著增加。

萌发实验

Erigeron的出现率（4.08株/土芯）远高于Solidago（0.72株/土芯）。Erigeron的萌发在Erigeron平均覆盖度较高的地点和较大样本中更高，海拔有轻微的负效应但不显著。Solidago的萌发随海拔升高而显著降低，而平均植物覆盖度和采样努力度对幼苗数量没有显著影响。两个物种的幼苗出现数量都随海拔升高而显著减少，可能反映了种群规模较小和种群隔离程度增加的综合影响。

研究表明，尽管环境条件沿海拔梯度变化很大，但机械清除入侵植物的短期效果并未随海拔升高而增强。生活史在决定管理措施效率方面起着关键作用，多年生物种的覆盖度可通过控制措施显著降低，而一年生Erigeron的管理效果较差。种子库大小沿海拔梯度变化，高海拔地区较小的种子库表明如果连续多年进行重复干预，种群控制可能会更有效。

这些发现对山地入侵植物管理具有重要指导意义。针对多年生入侵物种，需要建立长期控制计划，而一年生物种则需要每年多个控制周期。播种原生种子混合物可以促进管理地点的恢复，避免形成"开放生态位"导致再次入侵。特别值得注意的是，高海拔地区较小的种子库意味着在经过多年重复干预后，种群控制可能会更加有效，这为优先管理资源的分配提供了重要依据。

该研究的创新之处在于首次系统评估了海拔梯度对入侵植物清除效果的影响，揭示了生活史策略和种子库动态在管理效果中的关键作用。研究结果强调，将海拔相关变异纳入管理策略有助于完善山地非原生植物管理指南，为保护脆弱的山地生态系统提供了科学基础。未来的研究需要在更多物种和不同地理背景下进一步验证这些模式，以评估其普适性。

这项由瑞士国家科学基金会资助的研究，通过BiodivClim ERA-Net COFUND计划的支持，为全球变化背景下的生物入侵管理提供了重要见解，特别为阿尔卑斯山区及其他山地生态系统的保护实践提供了直接指导。随着入侵物种继续向高海拔地区扩张，这种基于实证的管理策略优化将变得越来越重要。