草地植物入侵的驱动因素及其与入侵规模的依赖性

《Biological Control》：Drivers of plant invasions and their scale-dependency in grasslands

入侵水平与原生物种丰富度呈负相关，且该关系随空间尺度增大而减弱，气候梯度（降水与温度）是主要驱动因素，但不同入侵物种类型（考古、新近、入侵）的响应存在差异。人为干扰（放牧、土地利用变化）和微环境（土壤pH、砾石覆盖）的效应也随尺度变化，强调需结合多尺度数据制定管理策略。

　　植物入侵是全球生物多样性变化的重要议题，其对生态系统功能和服务的影响日益受到关注。传统的植物入侵研究往往依赖于粗粒度数据，而植物多样性对生态系统功能和生物服务的影响则主要由微小空间尺度上的物种相互作用驱动。然而，大多数关于微小尺度入侵驱动因素的证据仅限于单一的空间粒度，这导致了对其尺度依赖性的不确定性。因此，理解这种尺度依赖性对于有效预测和管理植物入侵至关重要。

本研究在乌克兰的草原生态系统中对植物群落进行了系统采样，评估了本地物种丰富度、环境因素和人为干扰对入侵水平的影响。入侵水平定义为植物群落中所有外来物种的比例，以及外来物种中的入侵物种、考古植物和新近植物分别的比例。通过分析六个不同的微粒度区域（0.001至100平方米），我们探讨了入侵驱动因素的尺度依赖性。

研究发现，本地物种丰富度是入侵的主要驱动因素，其负效应随着粒度的增加而减弱。外来物种主要由考古植物组成，并在干草原中最为常见，而在边缘、高山和中湿草原中则较少，这主要受到气候和干扰梯度的影响。此外，降水、温度、干扰、土地利用和城市化等因素也影响入侵水平，但其重要性因粒度而异。值得注意的是，入侵驱动因素的尺度依赖性在考古植物、新近植物和入侵物种之间存在差异。

本研究的发现强调了区分外来物种群体并考虑多种空间粒度的重要性，以避免忽略入侵的关键驱动因素。关注特定空间粒度和群体的因素可以增强保护和管理策略的生态相关性和效率。此外，研究还揭示了入侵水平与空间粒度之间的关系，以及不同粒度下外来物种和本地物种的相互作用。这表明，为了更有效地管理植物入侵，需要在不同空间尺度上进行细致的分析。

研究方法方面，我们采用了标准化的嵌套样方采样协议，以确保数据的准确性和可比性。采样范围涵盖了乌克兰主要的草原生境，并且我们考虑了多种环境变量，包括气候梯度、土壤pH值、微地形、植物覆盖度、土地利用和城市化等。这些变量被用来评估其对入侵水平的影响，并通过广义线性混合效应模型（GLMM）进行分析。为了处理不同粒度下的数据，我们采用了分层随机效应模型，以避免数据的伪重复。

研究结果表明，外来物种的比例随着粒度的增加而增加，但其在不同粒度下的变异程度不同。所有外来物种、考古植物和入侵物种均显示出与本地物种丰富度的负相关，但这种关系在不同粒度下的强度不同。同时，土壤pH值对入侵物种和新近植物有显著的负面影响，但对考古植物的影响不显著。微地形对考古植物和新近植物的入侵水平有正向影响，而植物覆盖度、放牧强度和草原荒废对所有外来物种和考古植物有正向影响，但对入侵物种和新近植物的影响则不显著。

讨论部分指出，植物入侵的驱动因素在不同粒度下表现出不同的作用。考古植物主要受到气候和干扰的影响，而新近植物则更多地依赖于人类活动，如道路密度、城市化和农业用地。入侵物种则表现出更强的扩散能力和更广泛的生态适应性，能够在多种草原类型中建立。这些发现表明，不同外来物种群体的入侵驱动因素存在差异，这可能与它们的定居时间和扩散潜力有关。

研究还揭示了环境和人为因素在不同粒度下的尺度依赖性。例如，城市化和道路密度对入侵物种和新近植物的入侵水平有显著的正向影响，但对考古植物的影响不显著。土壤pH值对入侵物种和新近植物的影响随着粒度的增加而减弱，而微地形和植物覆盖度的影响则在最细粒度下最强。这些结果表明，不同粒度下的环境和人为因素对入侵水平的影响存在差异，因此在制定保护和管理策略时需要考虑这些因素的尺度依赖性。

本研究的结果对保护和管理实践具有重要意义。它表明，保护和管理政策应关注不同粒度下的具体因素，以更有效地识别和应对入侵威胁。例如，细粒度的干预措施，如减少植物覆盖度的积累，可能有助于减少入侵物种的建立机会，而更广泛的措施，如调节放牧压力和管理周围土地利用，则对控制入侵物种的扩散更为重要。此外，研究还强调了在不同粒度下评估外来物种和本地物种的关系的重要性，这可能对未来的入侵管理策略提供重要的指导。