《Oecologia》:The impact of non-native trees on galling and herbivory in New York City across space and time
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城市与郊区常将本土与非本土树木作为建群种种植,其中非本土树种在当地栽培数世纪仍不入侵。既往研究多表明本土树木承载更多节肢动物,但未同时跨空间与时间检验树木起源对城市节肢动物影响的稳定性。研究人员在纽约市整合多空间与时间尺度方法,检验本土树叶是否持续比长期栽培的
城市与郊区常将本土与非本土树木作为建群种种植,其中非本土树种在当地栽培数世纪仍不入侵。既往研究多表明本土树木承载更多节肢动物,但未同时跨空间与时间检验树木起源对城市节肢动物影响的稳定性。研究人员在纽约市整合多空间与时间尺度方法,检验本土树叶是否持续比长期栽培的非本土树木具有更多昆虫与螨类互作,并预测专食性(致瘿节肢动物)效应强于广食性(食叶作用)。研究涵盖:(1)植物园中控制生境与化学计量(stoichiometry)的同属种对;(2)植物园多样栎属(Quercus);(3)布鲁克林社区科学记录;(4)1883年至今全市标本馆(herbarium)标本。跨时空尺度结果一致:专食互作极显著,当代本土树支持多种致瘿物种,而同属非本土种仅一种有瘿;广食性方面当代本土树食叶作用等同或略高。近百年标本显示非本土树食叶作用升至近本土水平,本土树致瘿丰度增加而非本土树仍极少致瘿。结果表明真实城市环境中树木起源影响树-节肢动物互作,即便非本土种栽培数世纪致瘿仍极少,可为城市规划者选本土树促节肢动物生物多样性提供依据。
研究背景与立项依据:城市与郊区广泛种植本土与非本土树木作为建群种(foundation species),部分非本土树种引入北美达数世纪且未表现为入侵,但既往比较本土与非本土植物节肢动物负载的研究多受限于单一空间或单一时间点,未能同时跨空间与时间验证树木起源(plant origin)对城市节肢动物群落影响的稳定性。专食性互作(如致瘿节肢动物 gall-forming arthropods)依赖与寄主协同进化,广食性互作(如食叶作用 leaf herbivory)则可能较快建立;敌释放假说(enemy release hypothesis)预测非本土植物引入新区后从专食性天敌中释放更彻底。纽约市具备同属本土与非本土树木毗邻栽培、社区科学数据(iNaturalist)与逾百年标本馆(herbarium)收藏并存的条件,为跨尺度检验提供理想场景。该研究发表于《Oecologia》,旨在用同源系统控制系统发育距离,回答非本土树木即使长期栽培是否仍持续支持更少专食性节肢动物这一核心问题。
主要技术方法概括(不超250字):研究人员构建四级空间—时间嵌套设计:①格林伍德公墓(Green-Wood Cemetery)自然实验,选取槭属(Acer)、樱属(Prunus)、栎属(Quercus)两对、椴属(Tilia)同属种对各10株,4分钟绕树查瘿、每树10叶拍照估食叶率,并测叶C:N:P化学计量;②布鲁克林植物园(Brooklyn Botanic Garden)15株本土栎+14株非本土栎仅查瘿;③布鲁克林iNaturalist 2017–2024研究级记录筛瘿类记录;④纽约植物园C.V. Starr虚拟标本馆1883–2014落叶乔木标本,每物种随机10份标本各计10叶食叶率与全叶查瘿。统计用Wilcoxon秩和、Kruskal-Wallis、Fisher精确检验、负二项GLM(瘿时序)、ANCOVA(食叶时序),并以40年分箱计算本土校正互作度量。
研究结果
专食性互作:致瘿(galls)
自然实验:格林伍德公墓同属比对显示本土阔叶树致瘿丰度极显著大于非本土(Wilcoxon W=3222.5, p<0.001);本土栎属具14种致瘿节肢动物(Quercus palustris 7种、Q. alba 6种),非本土栎零瘿;椴属本土Tilia americana致瘿多于非本土T. cordata(p=0.005);仅非本土T. cordata在同属非本土中现瘿。栎属4种间Kruskal-Wallis p<0.001。
多样栎比较:布鲁克林植物园15株本土栎12株带瘿(8种瘿,含纽约新记录Kokkocynips difficilis),14株非本土栎零瘿(p<0.001)。
社区数据:布鲁克林iNaturalist 700条可定宿主瘿记录中98.4%在本土树(42种),1.6%在非本土树(4种),Fisher p<0.001。
标本馆记录:392份标本仅23份带瘿,22份为本土(1883–2014全程分布),1份为非本土Tilia cordata(2009,3瘿);负二项GLM显示本土树瘿丰度年增约3%(β=0.03±0.007, p<0.001),非本土无变化(交互p=0.347),印证H5。
广食性互作:食叶作用(herbivory)
自然实验:格林伍德公墓阔叶同属对本土食叶率均≥非本土,仅栎属显著(W=78, p=0.037);叶C:N:P与食叶率及瘿均无相关。
标本馆记录:排除季节偏倚的Prunus后,本土Acer与Tilia食叶率显著大于非本土(p=0.045、0.034),Quercus无差异;Prunus因采集季节分层非本土反高。131年ANCOVA显示年份、起源及交互均显著(p=0.086/0.017/0.048),本土食叶率斜率-0.024、非本土+0.017;本土校正度量表明2000年后非本土食叶率逼近本土。
讨论与结论翻译:尽管研究区时空异质性强,结果重复支持专食性(致瘿)在跨时空尺度上持续集中于本土树,仅Tilia cordata这一同属非本土种及分布区边缘的美洲栎在iNaturalist中现瘿;广食性(食叶)在当代相近、但标本显示非本土近百年升至近本土水平。四级子研究互补:控制化学计量的自然实验排除叶化学驱动、植物园栎属凸显生态重要类群、社区科学扩空间、标本馆扩至131年。结论为:非本土树木即便在纽约栽培数世纪,仍因缺乏协同进化专食性天敌(尤其致瘿者)而支持极少专食互作,广食食叶者随时间部分填补但未等效替代;城市规划与物业主可选本土树以提升节肢动物生物多样性,尤其栎属与椴属本土种。