附生藻类对沉水植物群落抵抗凤眼莲和水浮莲共入侵的调节作用

《Nature Conservation》：?Epiphytic algae mitigate the inhibitory effects of two aquatic invasive plants, Pontederia crassipes and Pistia stratiotes, on a submerged plant community

　　本研究针对水生生态系统中植物共入侵对沉水植物群落的叠加抑制效应，通过设置不同入侵情景（无入侵、单种入侵、共入侵）和附生藻类（有/无）处理，探讨了附生藻类在调节沉水植物群落抵抗凤眼莲（Pontederia crassipes）和水浮莲（Pistia stratiotes）入侵过程中的作用。结果表明，共入侵对群落生物量的抑制最强，而附生藻类的存在能显著缓解这种抑制，提升了群落对入侵的抵抗力。该研究为湿地生态系统中沉水植物的恢复提供了新的科学视角。

　　

在水生生态系统中，沉水植物作为初级生产者，不仅为水生生物提供丰富的食物和栖息地，还能帮助净化水质，是维持浅水湖泊生物多样性和生态系统稳定的关键。然而，全球变化和人类活动加剧了外来植物的入侵，这些入侵者往往繁殖迅速，占据关键生态位，与本地植物竞争光、营养等资源，导致沉水植物群落衰退甚至消亡。更复杂的是，生态位重叠的多种入侵植物可能在同一生态系统中共同出现，形成“共入侵”局面。已有研究表明，共入侵可能产生“入侵熔毁”效应，即入侵种相互促进，对本地群落造成更严重的冲击。但共入侵在水生生态系统中的具体效应及其调控因素，尤其是像附生藻类这类常见生物因子如何影响沉水植物群落的入侵抵抗力，尚不清楚。

为了解决上述问题，研究人员在《自然保护》上发表论文，探讨了附生藻类如何调节沉水植物群落对凤眼莲和水浮莲共入侵的抵抗响应。为了回答这些问题，研究团队设计了一个受控实验，设置了四种入侵情景（无入侵、凤眼莲单独入侵、水浮莲单独入侵、两者共入侵）和两种附生藻类处理（有附生藻类、无附生藻类）。实验在25升塑料桶中进行，底部铺设基质，构建了由黑藻（Hydrilla verticillata）、蓖齿眼子菜（Potamogeton wrightii）和苦草（Vallisneria natans）组成的沉水植物群落。入侵植物覆盖水面约95%。实验持续48天，结束后测定所有植物的生物量以及水体的总氮（TN）、总磷（TP）、透明度、pH和溶解氧（DO）等理化指标。通过计算竞争效应、相对优势指数、群落多样性指数和均匀度指数等指标，并结合方差分析和结构方程模型，深入解析了各因子间的相互作用。

附生藻类与入侵情景对沉水植物群落的影响

研究结果显示，入侵情景和附生藻类对沉水植物群落的生物量有显著影响。在没有入侵的情况下，有附生藻类的沉水植物群落总生物量低于无附生藻类的群落，表明附生藻类在无胁迫条件下与沉水植物存在竞争关系。然而，在存在植物入侵的情况下，附生藻类的作用发生了转变。在单种入侵下，有附生藻类的群落生物量反而高于无附生藻类，且竞争效应值为负，表明入侵植物与沉水植物群落之间可能存在一定的促进作用。相反，在共入侵情景下，无论有无附生藻类，群落生物量均最低，且竞争效应值为正，表明共入侵产生了最强的抑制效应。这表明共入侵对沉水植物群落的抑制强于单种入侵，而附生藻类的存在在一定程度上缓解了这种抑制，提升了群落的抵抗力。

入侵植物的生长表现

虽然入侵情景对入侵植物自身的生物量影响不显著，但附生藻类的存在显著影响了入侵植物的相对优势指数。无附生藻类时，入侵植物的相对优势指数更高，尤其在共入侵情况下达到最大值。这表明附生藻类可能通过某种方式抑制了入侵植物的竞争优势，从而间接保护了沉水植物群落。

水体理化性质的变化

植物入侵显著改变了水环境。总氮（TN）和总磷（TP）含量在无入侵时最低。附生藻类的存在导致水体总磷（TP）含量显著升高，且在共入侵时达到最高。溶解氧（DO）和pH值在无入侵时最高，入侵植物的存在显著降低了这两个指标。透明度在凤眼莲单独入侵时最低。这些环境因子的改变间接影响了沉水植物的生长。

各因子间的关联分析

相关性分析表明，沉水植物群落总生物量与入侵植物生物量呈负相关，而群落多样性指数和均匀度指数与溶解氧（DO）、pH负相关，与入侵植物生物量正相关。结构方程模型进一步揭示，在存在附生藻类的情况下，总磷（TP）对沉水植物群落有显著正向效应；而在无附生藻类时，入侵植物的直接负效应和溶解氧（DO）的正向效应是影响群落的主要路径。这说明了附生藻类通过改变环境影响路径，调节了入侵对沉水植物群落的作用方式。

本研究得出结论，凤眼莲和水浮莲的共入侵对沉水植物群落的抑制效应强于单种入侵，验证了“入侵熔毁”假说在水生生态系统中的适用性。更为重要的是，研究发现附生藻类在这一过程中扮演了关键的调节角色。在无外来胁迫时，附生藻类可能与沉水植物竞争资源；但在入侵压力下，附生藻类的存在却能增强沉水植物群落的抵抗力，部分抵消共入侵带来的负面影响。这一发现揭示了生物因子间相互作用的复杂性，表明附生藻类作为水生生态系统中的常见组分，其生态功能会随着环境压力（如植物入侵）而改变。该研究强调了在评估生物入侵影响时，考虑多种生物因子相互作用的重要性，为湿地生态系统的修复和管理，特别是在沉水植物群落恢复和入侵植物防控方面，提供了新的理论依据和实践启示。未来的研究可进一步探讨附生藻类缓解入侵抑制的具体机制，例如是否涉及养分的直接或间接利用，或是对入侵植物化感作用的干扰等。