入侵植物曼陀罗对本地植物功能性状和土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2020.06.009

植物研究 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (6): 867-875.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2020.06.009

入侵植物曼陀罗对本地植物功能性状和土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响

马可心¹, 张梅¹, 方馨¹, 唐丽丽¹, 韩建华², 杨丽芳³, 石福臣¹()

^1.南开大学生命科学学院，天津 300071
^2.天津市农业环境保护管理监测站，天津 300061
^3.天津市林业果树研究所，天津 300112

收稿日期:2020-01-25 出版日期:2020-11-20 发布日期:2020-11-04
通讯作者: 石福臣 E-mail:fcshi@nankai.edu.cn
作者简介:马可心（1995—），女，硕士研究生，主要从事环境与资源植物学研究。
基金资助:
天津市林果产业技术体系创新项目(ITTFPRS2018001);天津市科技计划项目(18ZXZYNC00120)

Effects of Invasive Plant Datura stramonium on the Functional Traits of Native Plants and the Stoichiometric Characteristics of Soil Carbon, Nitrogen and Phosphorus

Ke-Xin MA¹, Mei ZHANG¹, Xin FANG¹, Li-Li TANG¹, Jian-Hua HAN², Li-Fang YANG³, Fu-Chen SHI¹()

^1.College of Life Science，Nankai University，Tianjin 300071
^2.Tianjin agricultural environmental protection administration monitoring station，Tianjin 300061
^3.Tianjin Forestry and Pomology Institute，Tianjin 300112

Received:2020-01-25 Online:2020-11-20 Published:2020-11-04
Contact: Fu-Chen SHI E-mail:fcshi@nankai.edu.cn
About author:MA Ke-Xin(1995—),female,master,mainly engaged in research of botany of environment and resources.
Supported by:
The project of innovation of forest and fruit industry technical system of Tianjin(ITTFPRS2018001);Tianjin Technological Program(18ZXZYNC00120)

摘要/Abstract

摘要：

为探讨不同入侵压力下入侵植物对本地植物功能性状土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响，以入侵植物曼陀罗（Datura stramonium）及共存本地植物为研究对象，调查了无入侵区、轻度入侵区和重度入侵区（按入侵种盖度比例划分）的植物种类、株数、株高及本地植物群落的物种多样性，分析了各区入侵植物和本地植物叶片的比叶面积、碳含量、氮含量、碳氮比、叶片建成成本以及不同土层的碳、氮、磷化学计量特征。结果显示：随曼陀罗入侵压力的增加，本地植物种类及株数逐渐减少；曼陀罗株高和叶片氮含量在不同入侵压力下均显著高于本地植物，且随入侵压力的增加具有升高趋势；叶片碳氮比显著低于无入侵区本地植物；比叶面积、叶片碳含量和叶片建成成本等与入侵区本地植物相比不具有显著差异。随曼陀罗入侵压力的增加，土壤全氮含量、全碳含量、氮磷比与碳磷比显著增加，而全磷含量与碳氮比显著下降；土壤碳氮化学计量特征呈现出一定的表聚效应。这些研究结果表明，曼陀罗具有较高的资源捕获能力，并且改变了入侵地土壤特性，进而增强自身竞争能力以提高入侵力，这些可能是曼陀罗成功入侵的原因之一。

关键词: 入侵植物, 曼陀罗, 共存本地植物, 功能性状, 化学计量特征

Abstract:

The experiment was conducted to explore effects of invasive plants under the different pressures of invasion on the functional traits of native plants and the stoichiometric characteristics of soil carbon， nitrogen and phosphorus. We used invasive plant Datura stramonium and coexisting native plants as the research object， researches species， number and height of plants in sample plots and the species diversity of native plant communities with no invasion， low invasion and heavy invasion（according to the proportion of invasive plants coverage）， and analyzed the specific leaf area， carbon content， nitrogen content， carbon to nitrogen ratio， leaf construction cost and carbon， nitrogen and phosphorus stoichiometric characteristics in different soil layers. With the increase of invasion pressure， the species richness and the number of native plants decreased gradually. The plant height and leaf nitrogen content of D.stramonium were significantly higher than that of native plants under different invasion pressures， and gradually increased with the increase of invasion pressure. The carbon to nitrogen ratio was significantly lower than that of native plants in sample plots with no invasion. The specific leaf area， carbon content and leaf construction cost were not significantly different from those of native plants in sample plots with invasion. With the increase of invasion pressure， soil total nitrogen content， total carbon content， nitrogen to phosphorus ratio and carbon to phosphorus ratio increased significantly， while total phosphorus content and carbon to nitrogen ratio decreased significantly. Soil carbon and nitrogen stoichiometric characteristics show a certain surface clustering effect. These results show that D.stramonium has a high resource capture ability， and has changed the characteristics of soil， so as to enhance its own competitiveness to improve the invasion ability， which may be one of the reasons for the successful invasion of D.stramonium.

Key words: invasive plants, Datura stramonium, coexisting local plant, functional traits, stoichiometric characteristics

中图分类号:

Q949.777.7

马可心, 张梅, 方馨, 唐丽丽, 韩建华, 杨丽芳, 石福臣. 入侵植物曼陀罗对本地植物功能性状和土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响[J]. 植物研究, 2020, 40(6): 867-875.

Ke-Xin MA, Mei ZHANG, Xin FANG, Li-Li TANG, Jian-Hua HAN, Li-Fang YANG, Fu-Chen SHI. Effects of Invasive Plant Datura stramonium on the Functional Traits of Native Plants and the Stoichiometric Characteristics of Soil Carbon, Nitrogen and Phosphorus[J]. Bulletin of Botanical Research, 2020, 40(6): 867-875.

图/表 5

表1

表2

图1

图2

表3

参考文献 38

1	Elton C S.The ecology of invasion by animals and plants［M］.London：Methuen，1958.
2	李振宇，解炎.中国外来入侵种［M］.北京：中国林业出版社，2002.
	Li Z Y，Xie Y.Invasive alien species in China［M］.Beijing：China Forestry Publishing House，2002.
3	万方浩，郭建英，张峰.中国生物入侵研究［M］.北京：科学出版社，2009.
	Wan F H，Guo J Y，Zhang F.Research on biological invasions in China［M］.Beijing：Science Press，2009.
4	郭传友，王中生，方炎明.外来种入侵与生态安全［J］.南京林业大学学报：自然科学版，2003，27（2）：73-78.
	Guo C Y，Wang Z S，Fang Y M.Exotic species invasion and ecological safety［J］.Journal of Nanjing Forestry University：Natural Sciences Edition，2003，27（2）：73-78.
5	Zavaleta E S，Hobbs R J，Mooney H A.Viewing invasive species removal in a whole-ecosystem context［J］.Trends in Ecology & Evolution，2001，16（8）：454-459.
6	Simberloff D.The role of propagule pressure in biological invasions［J］.Annual Review of Ecology，Evolution，and Systematics，2009，40：81-102.
7	Díaz S，Cabido M.Vive la différence：plant functional diversity matters to ecosystem processes［J］.Trends in Ecology & Evolution，2001，16（11）：646-655.
8	Dise N B，Matzner E，Forsius M.Evaluation of organic horizon C：N ratio as an indicator of nitrate leaching in conifer forests across Europe［M］.//Van Der Hoek K W，Erisman J E，Smeulders S，et al.Nitrogen，the confer-N-s.Amsterdam：Elsevier，1998：453-456.
9	Gundersen P，Callesen I，De Vries W.Nitrate leaching in forest ecosystems is related to forest floor C/N ratios［M］.//Van Der Hoek K W，Erisman J E，Smeulders S，et al.Nitrogen，the confer-N-s.Amsterdam：Elsevier，1998：403-407.
10	胡朝臣，刘学炎，类延宝，等.西双版纳外来入侵植物及其共存种叶片氮、磷化学计量特征［J］.植物生态学报，2016，40（11）：1145-1153.
	Hu C C，Liu X Y，Lei Y B，et al.Foliar nitrogen and phosphorus stoichiometry of alien invasive plants and co-occurring natives in Xishuangbanna［J］.Chinese Journal of Plant Ecology，2016，40（11）：1145-1153.
11	刘君.不同入侵程度的加拿大一枝黄花对本地植物群落物种多样性和功能多样性的影响［D］.镇江：江苏大学，2017.
	Liu J.Effects of different invasion degrees of Solidago canadensis on species diversity and functional diversity of native plant communities［D］.Zhenjiang：Jiangsu University，2017.
12	金宝石，闫鸿远，王维奇，等.互花米草入侵下湿地土壤碳、氮、磷变化及化学计量学特征［J］.应用生态学报，2017，28（5）：1541-1549.
	Jin B S，Yan H Y，Wang W Q，et al.Changes of soil carbon，nitrogen and phosphorus and stoichiometry characteristics in marsh invaded by Spartina alterniflora［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2017，28（5）：1541-1549.
13	王红卫，程月琴，袁小巨，等.曼陀罗植株不同部位浸提液化感作用的比较研究［J］.中国农学通报，2009，25（13）：99-102.
	Wang H W，Cheng Y Q，Yuan X J，et al.Comparative study on allelopathy of different parts of plant Datura stramonium［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2009，25（13）：99-102.
14	马金双.中国入侵植物名录［M］.北京：高等教育出版社，2013.
	Ma J S.The checklist of the Chinese invasive plants［M］.Beijing：Higher Education Press，2013.
15	闫小玲，刘全儒，寿海洋，等.中国外来入侵植物的等级划分与地理分布格局分析［J］.生物多样性，2014，22（5）：667-676.
	Yan X L，Liu Q R，Shou H Y，et al.The categorization and analysis on the geographic distribution patterns of Chinese alien invasive plants［J］.Biodiversity Science，2014，22（5）：667-676.
16	郑伟，栾志慧，张红香，等.光照强度与埋深对外来植物曼陀罗幼苗生长的影响［J］.生态科学，2019，38（5）：30-37.
	Zheng W，Luan Z H，Zhang H X，et al.Effects of light intensity and burial depth on seedling growth of the alien species Datura stramonium L［J］.Ecological Science，2019，38（5）：30-37.
17	李娜，慕小倩，雷琼.紫花曼陀罗幼苗中紫色异细胞分布特征及其形态建成影响条件的初步研究［J］.植物研究，2018，38（4）：575-582.
	Li N，Mu X Q，Lei Q.Preliminary study on the influence of environmental conditions on distribution characteristics and morphogenesis of purple idioblasts in Datura stramonium L.var.tatula Torrey［J］.Bulletin of Botanical Research，2018，38（4）：575-582.
18	周振，张彪，杨海涛，等.曼陀罗对土壤镉污染的响应及镉累积特征［J］.江苏农业科学，2019，47（8）：269-272.
	Zhou Z，Zhang B，Yang H T，et al.Response of Datura stramonium L.to cadmium pollution in soil and characteristics of cadmium accumulation［J］.Jiangsu Agricultural Sciences，2019，47（8）：269-272.
19	Peet R K.The measurement of species diversity［J］.Annual Review of Ecology and Systematics，1974，5：285-307.
20	Simpson E H.Measurement of diversity［J］.Nature，1949，163（4148）：688.
21	Pielou E C.The measurement of diversity in different types of biological collections［J］.Journal of Theoretical Biology，1966，13：131-144.
22	罗文启，符少怀，杨小波，等.海南岛入侵植物的分布特点及其对本地植物的影响［J］.植物生态学报，2015，39（5）：486-500.
	Luo W Q，Fu S H，Yang X B，et al.Distribution patterns of alien invasive plants and their influences on native plants of Hainan Island［J］.Chinese Journal of Plant Ecology，2015，39（5）：486-500.
23	林金成，强胜.空心莲子草对南京春季杂草群落组成和物种多样性的影响［J］.植物生态学报，2006，30（4）：585-592.
	Lin J C，Qiang S.Influence of Alternanthera philoxeroides on the species composition and diversity of weed community in spring in Nanjing［J］.Journal of Plant Ecology，2006，30（4）：585-592.
24	Díaz S，Cabido M，Zak M，et al.Plant functional traits，ecosystem structure and land-use history along a climatic gradient in central-western Argentina［J］.Journal of Vegetation Science，1999，10（5）：651-660.
25	Westoby M，Falster D S，Moles A T，et al.Plant ecological strategies：some leading dimensions of variation between species［J］.Annual Review of Ecology and Systematics，2002，33：125-159.
26	Wilson P J，Thompson K，Hodgson J G.Specific leaf area and leaf dry matter content as alternative predictors of plant strategies［J］.New Phytologist，1999，143（1）：155-162.
27	宋莉英，彭长连，彭少麟.华南地区3种入侵植物与本地植物叶片建成成本的比较［J］.生物多样性，2009，17（4）：378-384.
	Song L Y，Peng C L，Peng S L.Comparison of leaf construction costs between three invasive species and three native species in South China［J］.Biodiversity Science，2009，17（4）：378-384.
28	Jo I，Fridley J D，Frank D A.Linking above- and belowground resource use strategies for native and invasive species of temperate deciduous forests［J］.Biological Invasions，2015，17（5）：1545-1554.
29	杨惠敏，王冬梅.草-环境系统植物碳、氮、磷生态化学计量学及其对环境因子的响应研究进展［J］.草业学报，2011，20（2）：244-252.
	Yang H M，Wang D M.Advances in the study on ecological stoichiometry in grass-environment system and its response to environmental factors［J］.Acta Prataculturae Sinica，2011，20（2）：244-252.
30	王军静，白军红，赵庆庆，等.哈拉海湿地芦苇沼泽土壤碳、氮和磷含量的剖面特征［J］.湿地科学，2014，12（6）：690-696.
	Wang J J，Bai J H，Zhao Q Q，et al.Profile characteristics of carbon，nitrogen and phosphorus in soils of Phragmites australis marshes in Halahai wetlands［J］.Wetland Science，2014，12（6）：690-696.
31	杨玲.洋河口湿地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征对互花米草入侵的响应［D］.青岛：青岛大学，2017.
	Yang L.Response of soil carbon，nitrogen and phosphorus ecologic stoichiometric characteristics to invasion of Spartina alterniflora in Yanghe estuarine wetland［D］.Qingdao：Qingdao University，2017.
32	Ehrenfeld J G，Kourtev P，Huang W Z.Changes in soil functions following invasions of exotic understory plants in deciduous forests［J］.Ecological Applications，2001，11（5）：1287-1300.
33	Ehrenfeld J G.Effects of exotic plant invasions on soil nutrient cycling processes［J］.Ecosystems，2003，6（6）：503-523.
34	刘小文，周益林，齐成媚，等.入侵植物薇甘菊对土壤养分和酶活性的影响［J］.生态环境学报，2012，21（12）：1960-1965.
	Liu X W，Zhou Y L，Qi C M，et al.Effects of Mikania micrantha invasion on soil nutrient contents and enzyme activities［J］.Ecology and Environmental Sciences，2012，21（12）：1960-1965.
35	张天瑞，皇甫超河，白小明，等.黄顶菊入侵对土壤养分和酶活性的影响［J］.生态学杂志，2010，29（7）：1353-1358.
	Zhang T R，Huangfu C H，Bai X M，et al.Effects of Flaveria bidentis invasion on soil nutrient contents and enzyme activities［J］.Chinese Journal of Ecology，2010，29（7）：1353-1358.
36	刘潮，冯玉龙，田耀华.紫茎泽兰入侵对土壤酶活性和理化因子的影响［J］.植物研究，2007，27（6）：729-735.
	Liu C，Feng Y L，Tian Y H.Effects of Eupatorium adenophorum Sprengel invasion on soil enzyme activities and physical and chemical factors［J］.Bulletin of Botanical Research，2007，27（6）：729-735.
37	林丽，张法伟，李以康，等.高寒矮嵩草草甸退化过程土壤碳氮储量及C/N化学计量学特征［J］.中国草地学报，2012，34（3）：42-47.
	Lin L，Zhang F W，Li Y K，et al.The soil carbon and nitrogen storage and C/N metrological characteristics of chemistry in Kobresia humilis meadow in degradation succession stages［J］.Chinese Journal of Grassland，2012，34（3）：42-47.
38	彭佩钦，张文菊，童成立，等.洞庭湖湿地土壤碳、氮、磷及其与土壤物理性状的关系［J］.应用生态学报，2005，16（10）：1872-1878.
	Peng P Q，Zhang W J，Tong C L，et al.Soil C，N and P contents and their relationships with soil physical properties in wetlands of Dongting Lake floodplain［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2005，16（10）：1872-1878.

科 Family	无入侵区本地植物 Native species in sample plots with no invasion	轻度入侵区本地植物 Native species in sample plots with low invasion	重度入侵区本地植物 Native species in sample plots with heavy invasion
茄科Solanaceae		曼陀罗Datura stramonium(7)	曼陀罗Datura stramonium(23)
菊科Compositae	刺儿菜Cirsium setosum(2)	刺儿菜Cirsium setosum(8)	鬼针草Bidens pilosa(13)
	苍耳Xanthium sibiricum(8)	苍耳Xanthium sibiricum(5)
	苣荬菜Sonchus arvensis(10)	苣荬菜Sonchus arvensis(5)
	蓟Cirsium japonicum(12)	鬼针草Bidens pilosa(2)
	茵陈蒿Artemisia capillaris(5)	青蒿Artemisia carvifolia(2)
		紫花山莴苣Mulgedium tataricum(5)
禾本科Poaceae	狗尾草Setaria viridis(30)	狗尾草Setaria viridis(58)	狗尾草Setaria viridis(32)
	虎尾草Chloris virgate(237)	马唐Digitaria sanguinalis(25)	虎尾草Chloris virgate(42)
	稗Echinochloa crusgalli(2)		稗Echinochloa crusgalli(25)
	长芒稗Echinochloa caudata(8)		长芒稗Echinochloa caudata(5)
	马唐Digitaria sanguinalis(12)
	芦苇Phragmites australis(117)
	稷Panicum miliaceum(3)
藜科Chenopodiaceae	藜Chenopodium album(21)	藜Chenopodium album(3)	藜Chenopodium album(6)
	地肤Kochia scoparia(5)	地肤Kochia scoparia(7)	地肤Kochia scoparia(12)
	碱蓬Suaeda glauca(63)		猪毛菜Salsola collina(2)
锦葵科Malvaceae	苘麻Abutilon theophrasti(8)	苘麻Abutilon theophrasti(3)	苘麻Abutilon theophrasti(7)
	野西瓜苗Hibiscus trionum(3)
豆科Leguminosae	野大豆Glycine soja(13)	野大豆Glycine soja(8)
	草木樨Melilotus officinalis(2)
萝藦科Asclepiadaceae	鹅绒藤Cynanchum chinense(3)	萝藦Metaplexis japonica(2)
桑科Moraceae	葎草Humulus scandens(2)		葎草Humulus scandens(3)
马齿苋科Portulacaceae	马齿苋Portulaca oleracea(3)

指标 Index	入侵压力 Degree of invasion	土层深度 Soil depth	入侵压力×土层深度 Degree of invasion× Soil depth
SN	22.204 9^**	7.877 0^*	0.057 4
SC	5.300 2^*	5.096 9^*	0.093 0
SP	14.909 2^**	1.192 6	0.153 2
N∶P	80.767 9^**	7.618 8^*	0.306 5
C∶N	6.408 3^*	1.221 3	0.736 1
C∶P	33.021 8^**	2.539 2	0.107 6

[1]	陈家兴, 王姝, 陈林丽, 侯夏丽, 杨庆祝, 尹任娅. 干旱条件对鬼针草和醉鱼草种间相互作用及生长的影响[J]. 植物研究, 2023, 43(5): 720-728.
[2]	杨航美, 李丽萍, 孙梅, 陈弘毅, 李玲艳, 冯春慧. 香蒲叶功能性状对模拟增温和CO₂浓度倍增的响应[J]. 植物研究, 2023, 43(5): 729-740.
[3]	闫景明, 张世航, 汪漫, 杭伟, 钱申, 邱东, 陶冶. 濒危植物大别山五针松枝叶NPK化学计量特征季节动态[J]. 植物研究, 2021, 41(3): 395-407.
[4]	邱东, 张静, 吴楠, 陶冶. 安徽大龙山国家森林公园东亚小金发藓配子体与孢子体个体性状及其相互关系[J]. 植物研究, 2019, 39(6): 835-845.
[5]	万雪冰, 王庆贵, 闫国永, 邢亚娟. 天然次生林植物叶片生态化学计量特征及光合特性对长期N沉降的响应[J]. 植物研究, 2019, 39(3): 407-420.
[6]	李娜, 慕小倩, 雷琼. 紫花曼陀罗幼苗中紫色异细胞分布特征及其形态建成影响条件的初步研究[J]. 植物研究, 2018, 38(4): 575-582.
[7]	祖元刚;张晓楠;任之光;赵修华. 入侵植物假苍耳对土壤中铜、铅重金属污染的富集特征[J]. 植物研究, 2010, 30(5): 612-616.
[8]	黄华, 郭水良. 外来入侵植物加拿大一枝黄花居群间遗传差异分析[J]. 植物研究, 2005, 25(2): 197-204.
[9]	严岳鸿, 何祖霞, 佘书生, 黄忠良, 邢福武. 香港东北角吉澳群岛入侵植物调查[J]. 植物研究, 2005, 25(2): 242-248.

入侵植物曼陀罗对本地植物功能性状和土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响

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