Nature：植物入侵的影响随时间而变弱

　　

生物通报道：发表在11月20日Nature杂志上的一项研究中，研究者对夏威夷同一地点的植物入侵进行了长期的研究，表明在外来物种和土壤氮循环之间的负反馈调节已经被破坏，使新的外来物种更容易入侵。这项对生物入侵的长期研究表明，生态系统的影响和反馈调节会随着时间而发生变化，但是这可能对本地物种的恢复并没有益处。

在过去25年的生态学调查研究中，最令人印象深刻的是入侵植物彻底改变生态系统功能的能力。然而，很少有研究去调查入侵对生态系统产生的影响是否能够长期存在，以及这对植物群落和生态系统的恢复意味着什么。

美国加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）生态学、进化和海洋生物学系的教授Carla D'Antonio，进行了一项跨度20年的植物入侵的长期研究。D'Antonio和博士后Stephanie Yelenik一起，回到1990-1995年她的研究中所选用的位于夏威夷火山国家公园的同一牧草入侵地点，收集了新数据，阐明了调节外来植物物种优势和入侵过程中群落变化的机制。这项研究成果发表在11月20日的Nature杂志上。

D'Antonio说：“我们能够利用详细的研究I和已在90年代就开始的研究。我们连续标志已经设置的地点，无需管理就能返回去透彻地研究植物入侵如何随时间变化。这项研究非常重要，因为管理者没有多少钱去控制入侵物种，或者在不用管理的情况下，去研究影响可能如何变化。”

第一作者Yelenik在加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）生态学、进化和海洋生物学系获得了博士学位，目前在夏威夷岛的美国地质调查局太平洋岛屿生态系统研究中心工作，她说：“非入侵植物可能对生态系统功能——包括改变地下水、土壤盐渍度或PH和传粉综合症——具有很大的影响。”

当D'Antonio和Yelenik重新回到研究地点时，他们注意到入侵的外来多年生牧草（主要是一种称为Melinis minutiflora的非洲入侵者）正在枯萎，因此，他们决定重复养分循环和植物群落变化的措施。他们发现，牧草对土壤养分的自我强化效应已经消失，入侵者覆盖范围的百分比也已经下降。数据显示，在过去17年中，这个地点由外来牧草控制的氮矿化率下降了一半，重新回到入侵前的水平。氮矿化是有机态氮转化成植物可用的无机形式的过程。

Yelenik解释说：“我们所使用的测量转化作用的方法，非常耗时和昂贵，所以我们在几个时间点上进行了测量（90年代中期vs. 2010-2012年）。这不太理想，因为两个研究周期之间的差异可能是由降雨的差异引起的。”

为了排除降雨这个因素，研究者检测了这个地点长期的降雨数据，来确定研究周期期间的氮矿化和降雨之间是否存在一个关联。数据显示，两个研究周期的降雨是相同的。另外，降雨与两个时间点之间的矿化差异并无关系。研究者在实验室进行了一个水分保持不变的矿化试验，结果显示与研究者在2011和2012年收集的最近野外数据相同的模式，这些结果表明，90年代和最近几年之间的氮矿化差异，不是由降雨引起的。

研究也表明，生态系统的影响和反馈调节会随时间而发生变化，也表明这可能并不一定有助于本土物种的恢复。Yelenik和D'Antonio进行了大量的室外种植实验，来检测一系列本地的和外来的树种对变化的生态系统影响的反应。他们将氮肥加到Melinis入侵的模拟前期阶段，减少了Melinis在入侵后期与模拟者的竞争。

同样的响应也发生在7种室外种植物种中的5种中：由于来自外来牧草的竞争减少，也因为氮素的添加，这几个物种的生长率和存活都有所增加。这表明，牧草随时间而发生的变化的影响不会改变幼苗在生态系统中的生长能力。

两种固氮树木是个例外：本地夏威夷树种Acacia koa和外来树种Morella faya（来自加那利群岛，但是现在不入侵夏威夷）。这些物种在后期Melinis入侵条件下表现更好，Morella faya表现尤其好。Yelenik说：“非入侵的Morella faya因为各种原因表现更好，但是主要是由于它具有一个更快的生长速度。加之在我们的地点，它是鸟传播的，这就意味着它来去自由，实际上是以一个惊人的速度迁入这个地点。相反地，本土Acacia在实验中表现相当好，但是它只是不具有像Morella那样强健的生长速度。这是一个很慢的传播者，在这个地区很稀少，因此我们不能看到它独立地进入这个地点。”

这里一个重要的经验是，即使植物入侵能够在它们自己给予的足够时间内放慢速度，要想东山再起，本土物种可能还需要更进一步的帮助。因为，其它入侵者可能正随时准备着利用来自最初入侵者的减少的竞争。

Yelenik说：“了解入侵如何和为什么改变生态系统的机制，对预测将发生什么事情有深刻的见解，但是，如果没有进一步的管理，我们并不能使本地物种恢复。当我们看到非本地物种枯死和变成片状时，那可能就是种植本地物种的时间。这可能会是一个使生态系统恢复到一个更理想状态的最划算的方法。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Self-reinforcing impacts of plant invasions change over time
Returning native species to habitats degraded by biological invasions is a critical conservation goal. A leading hypothesis poses that exotic plant dominance is self-reinforced by impacts on ecosystem processes, leading to persistent stable states. Invaders have been documented to modify fire regimes, alter soil nutrients or shift microbial communities in ways that feed back to benefit themselves over competitors. However, few studies have followed invasions through time to ask whether ecosystem impacts and feedbacks persist. Here we return to woodland sites in Hawai′i Volcanoes National Park that were invaded by exotic C4 grasses in the 1960s, the ecosystem impacts of which were studied intensively in the 1990s. We show that positive feedbacks between exotic grasses and soil nitrogen cycling have broken down, but rather than facilitating native vegetation, the weakening feedbacks facilitate new exotic species. Data from the 1990s showed that exotic grasses increased nitrogen-mineralization rates by two- to fourfold, but were nitrogen-limited. Thus, the impacts of the invader created a positive feedback early in the invasion. We now show that annual net soil nitrogen mineralization has since dropped to pre-invasion levels. In addition, a seedling outplanting experiment that varied soil nitrogen and grass competition demonstrates that the changing impacts of grasses do not favour native species re-establishment. Instead, decreased nitrogen availability most benefits another aggressive invader, the nitrogen-fixing tree Morella faya. Long-term studies of invasions may reveal that ecosystem impacts and feedbacks shift over time, but that this may not benefit native species recovery.