小型物种斑块增强了人工草地对杂草入侵的短期抵抗力

《Journal of Applied Ecology》：Small size species patch enhances short-term resistance to weed invasion in artificial grasslands

　　

摘要

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1. 在人工草地中防止杂草入侵对于维持生态系统功能和可持续管理至关重要。既往研究表明，物种斑块大小可调控种间与种内相互作用，从而引出其可能影响杂草入侵的假设。然而，对于其在调节该过程中的实际作用尚无共识。
2. 我们操纵了四种本地物种斑块大小（0.0625、0.25、1.0 m2和混合处理），以构建种间与种内相互作用的梯度，并测试其对两种入侵杂草（一年生Consolida ajacis和多年生Paspalum distichum）阻力的影响。阻力通过连续两年测量人工草地中本地植物与入侵植物的生物量来量化，并评估了关键土壤养分参数以探讨潜在机制，包括土壤有机碳、铵（NH??）、硝酸盐（NO??）和有效磷。
3. 群落生物抗性依赖于斑块大小：最小的斑块表现出最高的入侵抵抗力。在所有入侵样地中，入侵生物量与本地生物量呈负相关，表明生产力更高的群落具有更强的生物抗性。本地生产力与生物抗性之间的关系取决于入侵者身份，对一年生入侵者C. ajacis较强，而对多年生入侵者P. distichum较弱。
4. 较小的斑块与更高的本地生产力、更强的入侵阻力以及改变的土壤养分动态相关，这些模式与更强的种间相互作用、生态位互补以及入侵者更高效的资源利用一致。一年生和多年生杂草的对比响应表明，空间结构与入侵者生活史特征存在交互作用，一年生入侵者似乎比多年生入侵者对小尺度竞争更敏感，后者可能在短期内能够耐受或利用空间异质性。
5. 综合与应用。本研究证明，本地物种的空间配置是通过影响植物相互作用和土壤过程来驱动入侵阻力的关键因素。通过展示较小的斑块如何增强本地生产力、增加入侵阻力并影响土壤养分动态，我们将空间生物多样性设计确定为一种实用的基于自然的解决方案，用于维持人工草地的土壤健康、生产力和短期韧性。这些发现通过将空间群落结构与调控生态系统稳定性的地上—地下反馈机制联系起来，推进了生态学理解。

摘要

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1. 在人工草地中防止杂草入侵对于维持生态系统功能和实现可持续管理至关重要。既有研究表明，物种斑块大小可调控种间与种内作用，从而引出了其可能影响杂草入侵的假设。然而，目前对于斑块大小在调节入侵过程中的实际作用尚无一致结论。
2. 本研究设计了四种本地物种斑块大小(0.0625、0.25、1.0 m²及混合处理)，构建不同强度的种间与种内相互作用梯度，以检验其对两种入侵杂草(一年生 Consolida ajacis 与多年生 Paspalum distichum)入侵阻力的影响。入侵阻力通过比较人工草地中本地植物与入侵植物的生物量进行量化。同时测定关键土壤养分指标以探讨潜在机制，包括土壤有机碳(SOC)、铵态氮(NH₄⁺)、硝态氮(NO₃^?)和速效磷(AP)。
3. 结果表明，群落生物抗性呈显著的斑块大小依赖性:最小斑块对入侵的抵抗能力最高。所有入侵样地中，入侵杂草生物量与本土植物生物量呈显著负相关，说明初级生产力更高的群落具备更强生物抗性; 且C. ajacis的负相关斜率远大于P. distichum，该规律在两年观测周期内稳定存在。本土群落生产力与生物抗性的关联强度由入侵物种生活型决定:二者关联在一年生飞燕草C. ajacis中极显著，在多年生双穗雀稗P. distichum中较弱。
4. 机制分析显示，较小斑块可提升本土群落生产力、增强抗入侵能力，并重塑土壤养分周转特征。其内在逻辑为:小斑块增大物种间边缘接触面，强化种间互作、提升生态位互补效应，提高本土植物资源利用效率；同时削弱种内竞争，减少可供入侵杂草摄取的环境资源。两类杂草的差异性响应表明，短时间内，空间结构与入侵者生活史特征之间存在交互作用——依赖快速资源获取的一年生物种对小尺度竞争更为敏感，而多年生物种则更能耐受或利用空间异质性。
5. 综上，本研究表明，本地物种的空间配置是通过调节植物互作与土壤过程而驱动入侵阻力的关键因素。较小斑块能够提升本土群落生产力、增强生物抗性、调控土壤养分循环，并缓解入侵杂草引发的土壤性质劣变，说明空间生物多样性设计是一种切实可行的基于自然的解决方案，有助于维持人工草地的土壤健康、生产力与生态系统短期韧性。本研究通过连接空间群落结构与调控生态系统稳定性的地上—地下反馈机制，为生态学理论与实践提供了重要启示。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

数据可用性声明

本研究结果的所有代码和数据均可从 Dryad 数字存储库获取：https://doi.org/10.5061/dryad.mw6m906c6（Fenollosa 等，2026 年）。