气候变化情景差异调控入侵水生植物对本土沉水植物的生态影响

这篇研究通过全因子实验揭示了气候变化情景（基线、缓解RCP4.5和常规模式RCP8.5）与生物入侵（水盾草Hydrilla verticillata）对本土沉水植物卡罗莱纳莕菜（Cabomba caroliniana）的复合效应。结果表明，缓解情景能维持入侵种的生长潜力，而常规情景下入侵种垂直生长和繁殖体定殖能力增强，同时意外促进本土植物恢复性生长。研究强调了气候缓解对淡水生态保护的积极作用，为全球变化下的入侵生态学提供了关键实证。

　　

摘要

气候变化与生物入侵作为全球生物多样性的双重威胁，其协同作用机制尚不明确。本研究通过35天中宇宙实验，首次量化了不同气候情景下水盾草入侵对本土沉水植物卡罗莱纳莕菜的影响。

引言

淡水生态系统因密集贸易活动成为生物入侵的敏感区域。水盾草作为全球性入侵种，其碎片化繁殖特性与气候变化可能产生协同效应。研究基于RCP4.5（缓解）和RCP8.5（常规）情景，模拟2080-2097年气候参数，重点关注入侵过程早期定殖阶段。

方法

实验在巴西里约热内卢联邦大学进行，采用50L中宇宙系统：

1. 1.

   气候处理：通过NAYAD Limno自动加热系统精准控制水温，BAU处理较基线平均升温2.6±1.8°C，降水减少37%。

2. 2.

   生物处理：本土植物种植于底泥，入侵种以漂浮片段引入模拟自然扩散。

3. 3.

   监测指标：垂直/侧向生长量、生物量分配（根冠比）、营养盐(PO₄^3-、NH₄⁺)动态。

结果

非本土物种响应：

• •

  BAU处理下水盾草垂直生长量较基线增加28%，侧枝长度提升35%，但生物量无显著差异。

• •

  繁殖体根冠比在BAU下显著提高，显示更强的定殖投资策略。

本土物种响应：

• •

  单独BAU处理使卡罗莱纳莕菜垂直生长降低22%。

• •

  入侵存在时，BAU处理下本土植物垂直生物量反超基线15%，呈现"压力缓冲"现象。

• •

  交互作用使根冠比下降40%，反映资源向地上部重分配。

环境因子：

• •

  BAU处理导致水体PO₄^3-浓度上升1.8倍，但入侵种存在时吸收率达92%。

讨论

气候缓解情景（RCP4.5）有效维持了生态基线状态：

1. 1.

   水盾草在BAU下的生长优势印证了"环境耐受假说"，其碎片化繁殖策略在低水位下更具适应性。

2. 2.

   本土植物的"恢复性生长"可能源于光竞争驱动的表型可塑性，但长期可能削弱根系功能。

3. 3.

   营养盐动态揭示入侵种在气候胁迫下的资源捕获优势，这与淡水生态系统的"营养泵"理论吻合。

意义与局限

研究首次证实气候政策选择直接影响入侵生态进程：

• •

  缓解情景可将入侵风险控制在当前水平

• •

  常规情景下入侵种可能通过"生态杠杆效应"改变群落结构

  实验周期较短（35天）未能反映长期竞争排斥，后续研究需结合多营养级互作。

结论

淡水生态管理需采用双重策略：全球尺度实施气候缓解（RCP4.5）降低入侵压力，区域尺度加强早期监测水盾草繁殖体扩散。该研究为IPBES（生物多样性与生态系统服务政府间科学政策平台）评估提供了关键案例支撑。