适应性功能性状与土壤特征驱动北美茄成功归化;亚热带森林中的外来物种

《Journal for Nature Conservation》:Adaptive functional traits and soil characters drive the successful naturalization of Solanum viarum; An alien species in subtropical forest

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月24日 来源:Journal for Nature Conservation 2.7

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   摘要生物入侵构成了严重的生态威胁,破坏了生物多样性、生态系统功能以及人类的生计。Solanum viarum Dunal 是一种具有侵略性的入侵物种,已迅速扩张至亚热带地区,但其在森林生态系统中的生境特异性适应机制仍未得到充分理解。尽管其全球传播已有充分记录,但关于功能性状和

  

摘要

生物入侵构成了严重的生态威胁,破坏了生物多样性、生态系统功能以及人类的生计。Solanum viarum Dunal 是一种具有侵略性的入侵物种,已迅速扩张至亚热带地区,但其在森林生态系统中的生境特异性适应机制仍未得到充分理解。尽管其全球传播已有充分记录,但关于功能性状和生态策略的协调转变如何支持其在环境梯度上实现本地自然化的实证证据仍然有限。本研究定量分析了植物功能性状、CSR 生态策略(竞争型、耐受型和杂草型)以及土壤 - 性状关系受生境驱动的变化,以阐明 S. viarum 在巴基斯坦亚热带森林中自然化成功的机制。在五种生境类型中进行了实地调查,测量了营养性状、繁殖性状和叶片性状,同时记录了关键土壤性质。采用方差分析结合 Tukey 事后检验评估了不同生境间的性状变异。主成分分析检查了性状综合征,典范对应分析评估了土壤 - 性状关联,结构方程建模量化了土壤条件、性状复合体与 CSR 策略之间的直接和间接关系。植物株高在森林内部最高,而路边和小径生境表现出显著更大的果实大小、种子大小、种子数量、比叶面积和叶面积(p?p?<?0.01)。主成分分析揭示了主要由叶片经济性状和繁殖性状驱动的明显生境聚类。CSR 策略从森林内部的竞争型 - 耐受型主导转变为受干扰生境中包含杂草型的策略。典范对应分析解释了 24?% 的总性状变异,其中土壤湿度和凋落物深度显示出最强的关联性。结构模型表明,土壤条件通过植物株高(p?<?0.05)、叶片性状(p?p?p?p?S. viarum 的生境特异性管理提供了基础。

引言

生物入侵是全球生物多样性面临的最重大威胁之一,对生态系统韧性和人类福祉产生深远影响(Pecl et al., 2017, Shackleton et al., 2018)。入侵植物物种通过改变养分循环、排挤本土植物群以及重塑营养相互作用来破坏生态稳定性(Sun et al., 2023)。它们的成功往往取决于利用人为和自然干扰,并适应受入侵生态系统中改变的资源动态(Gioria et al., 2023)。这些物种利用进化适应和功能性状来获得竞争优势,使其能够在新栖息地建立主导地位(Whitney and Gabler 2008)。理解驱动这些入侵的机制对于预测未来风险和设计有效策略以保护生态系统完整性和生物多样性至关重要(Britton et al., 2023, Liu et al., 2023)。
入侵植物的基本性状与受入侵生态系统特征之间的相互作用在其建立和传播过程中起着关键作用(Kueffer et al., 2013)。表型可塑性扩展了入侵物种的生态范围,使其能够利用适应性较弱的物种无法利用的资源生态位(Moran and Alexander, 2014, Ricciardi et al., 2013)。植物性状与环境动态之间这种复杂的相互作用凸显了生物入侵的多面性,以及采用综合方法来理解和管理其影响的重要性(Hulme, 2006, Tassin and Kull, 2015)。功能性状的格局在理解群落组装过程方面变得日益有价值,特别是在植物主导的生态系统中(Fu et al., 2015, Hu et al., 2024)。生境过滤选择允许物种在特定环境条件下存活的性状,而由竞争压力驱动的性状过度扩散,是塑造这些格局的关键机制(Ding et al., 2021, Abubakar et al., 2023)。入侵植物物种采用多样化的适应策略来克服生态障碍并利用广泛的资源生态位(Khattak et al., 2024, Yang et al., 2026)。这些策略通常与遗传过程(包括遗传混合和引入后选择)共同作用,从而增加入侵群体的适应性(Sherpa and Després, 2021, Ilyas et al., 2025)。整合基于性状的框架增强了对入侵植物如何影响群落结构和生态系统功能的理解,有助于开发预测模型和管理策略,以减轻它们在不断变化世界中的影响(Litt and Pearson, 2022, Nizamani et al., 2024)。
亚热带森林具有高生物多样性和复杂的生态相互作用,由于人为压力,它们对植物入侵特别脆弱(Sadia et al., 2024, Gun et al., 2026)。这些人为干扰创造了入侵物种可以利用的生态位,通常导致本土植被的取代和关键生态系统过程(包括养分循环、土壤结构和水文动态)的改变(Waheed et al., 2024)。Solanum viarum Dunal(热带苏打苹果)是一种全球入侵物种,由国际贸易、土地利用变化和气候变异推动,迅速从南美洲扩张至北美洲、非洲和亚洲((Mullahey et al., 1993, Mullahey et al., 1993)。其入侵历史显示三个主要阶段(滞后期、扩散期和平衡期),跨大陆的生态位 largely conserved,表明大尺度的环境过滤(Qi et al., 2023)。在美国,S. viarum 表现出爆炸性的人口增长,这得益于极高的繁殖力、动物传播种子以及在受干扰景观中的强持久性,导致农业和自然生态系统的广泛入侵(Mullahey et al., 1993, Mullahey et al., 1993)。近期的生境适宜性模型进一步预测,在未来气候情景下,该物种将继续向较高纬度扩张(Qi et al., 2023, Jan et al., 2025)。尽管大尺度分布研究表明生态位保守性,但实地观察一致报告了与受干扰生境的强关联性,凸显了局部尺度的显著表型可塑性(Mullahey et al., 1993, Jan et al., 2025)。然而,尚不清楚功能性状在受入侵地区是表现出趋同反应,还是根据生境特异性土壤条件而分化,且对土壤因子如何塑造生态策略的机制理解仍然有限。在巴基斯坦的亚热带低地,S. viarum 近期已自然化并成为森林生态系统中的优势种(Waheed et al., 2023),但大多数现有研究强调分布模型而非基于性状的机制。本研究旨在调查使 S. viarum 能够在不同森林生境中成功生长的功能特征,并分析其适应策略以及土壤性质对这些策略的影响。基于性状的方法揭示了 S. viarum 生态成功及其与生境特异性土壤动态相互作用的机制,为制定有效策略以管理其传播和减轻其对亚热带生态系统的影响提供了根本性解释。

章节摘要

研究区域

巴基斯坦旁遮普省占地 205,346 平方公里,行政上分为 36 个区,涵盖多样的农业气候区,包括年降雨量低于 300 毫米的干旱地区、年降雨量 300–600 毫米的半干旱区以及年降雨量 600–1200 毫米的干旱亚热带地区(Arshad et al., 2024, Waheed et al., 2026)。旁遮普省的预留森林作为关键保护区,受到法律保护以保存生物多样性、自然资源和

植物功能性状

植物株高在不同生境间存在显著差异(图 3a)。森林内部记录的均值最高(1.98 ± 0.08 米),其次是溪流岸(1.72 ± 0.07 米)、森林边缘(1.55 ± 0.08 米)、小径(1.51 ± 0.16 米)和路边生境(1.31 ± 0.10 米)(补充文件;表 S1)。森林内部的植物显著高于森林边缘、小径和路边生境的植物(p < 0.05),而森林内部与溪流岸之间的差异不

讨论

本研究证明了 S. viarum 的功能性状和 CSR 策略存在显著的生境依赖性变异,反映了高度的生态可塑性。这种可塑性使入侵物种能够通过改变形态、生理和资源分配模式在异质环境中持久生存(Callaway et al., 2003, Drenovsky et al., 2012)。入侵植物通常比本土物种表现出更大的表型灵活性,从而能够成功表现

管理意义与建议

结果表明,S. viarum 通过功能性状和 CSR 策略的协调转变,在对比鲜明的生境中持久生存,从森林内部的竞争主导转变为路边和小径环境中的包含杂草型的策略。结构方程建模表明,土壤条件通过调节营养和繁殖性状而非直接控制来间接影响入侵动态。这些发现强调了

结论

Solanum viarum 在亚热带森林环境中表现出明显的生境依赖性功能性状和生态策略转变。森林内部种群的特征是植物株高更高、叶片干物质含量更高以及竞争型 - 耐受型策略主导,而路边和小径生境则显示出增加的比叶面积、更大的叶面积、更高的繁殖产出以及包含杂草型的策略 predominance。森林边缘和溪流

CRediT 作者贡献声明

Muhammad Waheed: 写作 - 回顾与编辑,写作 - 初稿,可视化,软件,方法论,调查,形式分析,概念化。Fahim Arshad: 写作 - 回顾与编辑,验证,监督,项目管理,调查,数据整理。Abeer Alandal: 写作 - 回顾与编辑,验证,资源,资金获取。

未引用参考文献

Boulangeat et al., 2012, Grz?dzicka, 2023, Lau and Funk, 2023, Matyssek et al., 2005, McGovern et al., 1994, Moretti and Legg, 2009, Wickham, 2011, Willby et al., 2001, Zheng et al., 2024.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些利益或关系可能被认为会影响本论文报告的工作。

致谢

作者向 哈立德国王大学研究与研究生事务办公室通过大型研究项目资助这项工作 表示赞赏,项目编号为 RGP2/310/46。
Muhammad Waheed|Fahim Arshad|Abeer Alandal
奥卡拉大学生命科学学院植物学系,巴基斯坦 56130
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