入侵牧草（Alopecurus arundinaceus）对原生湿地草本植物（Camassia quamash）的负面影响随水文周期增加

《Wetlands》：Negative Impacts of an Invasive Pasture Grass on a Native Wetland Herb Increase with Hydroperiod

　　

许多湿地生态系统面临入侵物种和降水格局变化的复合挑战。然而，由于环境和植物种群统计因素在时间和空间上的异质性，这些效应及其相互作用并非均匀地作用于湿地中的原生植物。尽管水文周期（hydroperiod）是影响湿地植物群落组成的关键因素，但关于原生物种的种群统计特征如何沿水文周期梯度变化，以及这种变化如何影响与非本地物种的相互作用，目前仍知之甚少。为弥补这些空白，研究人员在美国爱达荷州中南部的湿草甸开展了一项植物种群统计研究，旨在了解：（1）原生多年生地下芽植物Camassia quamash的种群统计特征（存活、生长、开花）如何沿水文周期梯度变化；（2）入侵性根茎型牧草Alopecurus arundinaceus对该原生物种的影响如何沿同一梯度变化。研究发现，C. quamash在湿草甸较干燥的上坡区域表现出更高的存活率但较低的开花率，而A. arundinaceus在较长水文周期区域对C. quamash的单位负面影响更大。本研究是为数不多的评估湿地植物种群统计特征如何随水文周期变化的研究之一，研究人员建议在研究湿地及其他生态系统的物种相互作用时，应考虑原生植物种群统计特征沿环境梯度的变化。

湿地生态系统面临入侵物种和降水格局变化的复合威胁，但这些效应及其相互作用因环境和植物种群统计因素的时空异质性而并非均匀作用于原生植物。水文周期（hydroperiod，指湿地被水淹没的时间比例）是驱动湿地植物群落组成的关键因素，然而原生物种种群统计特征（如存活、生长、开花）如何沿水文周期梯度变化，以及这种变化如何调节与非本地物种的相互作用，此前研究极少。入侵性根茎型牧草Alopecurus arundinaceus（匍匐冰草）正在研究地点快速扩展，威胁具有文化和生态价值的原生多年生地下芽植物Camassia quamash（普通卡马斯）。为填补这一空白，研究人员在美国爱达荷州中南部的Camas Prairie Centennial Marsh（CPCM，约25 km²湿草甸，Shoshone-Bannock部落传统领地）开展了为期四年的个体水平种群统计研究。

研究人员利用地形湿度指数（Topographic Wetness Index, TWI，基于汇流和坡度计算的水分累积潜势指标）将样方划分为上坡（短水文周期）、中坡（中水文周期）和沼泽底部（长水文周期）三个区带，并实测土壤水分验证。2020年设置配对样方，要求样方内C. quamash盖度≥15%、A. arundinaceus盖度≥5%，并按区带配对成块；2021年增设配对样方，共20个样方。研究人员永久标记C. quamash个体，每年记录存活、基生莲座直径（ln变换）和开花状态，同时测量个体周围A. arundinaceus活体盖度、群落中C. quamash盖度、表层20 cm体积含水量以及草食动物取食等级。利用混合效应模型（lme4或nlme包）按三个年际转换期（2020–2021、2021–2022、2022–2023）分别分析存活、生长和开花的响应，固定效应包括个体大小、A. arundinaceus盖度、湿地分区、草食、种内竞争和土壤水分，随机效应为样方嵌套于区组，并依据赤池信息量准则（AIC）进行向后逐步筛选。

通过上述研究，研究人员发现C. quamash在上坡短水文区具有较高存活率但较低开花率，而A. arundinaceus在长水文区对C. quamash的单位负面影响更强。该研究是为数不多的评估湿地植物种群统计特征随水文周期变化的工作，为理解入侵物种与气候变化交互效应提供了新证据，也为分区管理入侵草和保护原生植物提供了实际指导。

主要研究结果如下：

湿年与干年：依据下游Camas Creek水文站（USGS 13141500）的年均流量数据，2020–2021年为极端干旱年（年均流量0.47 m³ s^?1），2021–2022年为干年，2022–2023年为湿年（4.29 m³ s^?1）。该分类与野外淹水观测一致，为解释年际差异提供了背景。

C. quamash种群统计随水文周期的变化：存活方面，C. quamash的存活率在短水文周期的上坡区域最高，且普遍随水文周期延长而下降，这一趋势在三个转换期均一致；存活率随个体大小增大而提高，但2022–2023年上坡区域出现大个体存活率下降的例外。生长方面，不同水文区间的生长差异仅在2020–2021年（上坡显著低于中坡和沼泽底部）和2022–2023年（中坡显著缩水，上坡与沼泽底部正增长）显著，且2022–2023年种内竞争降低生长。开花方面，开花率在上坡区域更高（转换期1和3），但上坡区域的花