全球气候变化和外来生物入侵是威胁全球生物多样性的重要因素。气候变化如何影响外来植物入侵目前已成为生态学研究的一个热点问题。现有的研究局限于气候变化对入侵植物本身的影响;而气候变化如何影响天敌昆虫等多级营养关系,从而间接影响植物入侵,目前尚无报道。
空心莲子草是我国首批公布的入侵物种之一。我国于1986年引进专一性生防天敌莲草直胸跳甲控制该草。但该虫目前仅成功控制了南方水生生境中空心莲子草,而对陆生生境中空心莲子草防效甚微。前期研究表明,陆生生境中空心莲子草生物防治失败可能与植物较高水平的耐虫性和较低的昆虫发生量有关。预测气候变化如何影响陆生生境空心莲子草和天敌昆虫对于未来的防控具有重要的意义。中科院武汉植物园入侵植物生物学课题组通过大范围纬度梯度(21.5°N 至 36.8°N)的野外调查和连续2年的田间模拟增温实验,研究了气候变暖和N沉降对空心莲子草与莲草直胸跳甲互作关系的影响。
野外调查发现:空心莲子草在调查区域陆生生境中均有发生,且伴随纬度升高,发生量增大;而莲草直胸跳甲仅在21.5 °N 至 31.8 °N区域发生,表明两者在空间分布上存在差异,空心莲子草对低温的耐受能力较高。田间模拟增温实验结果表明:莲草直胸跳甲仅在增温情况下能够在武汉(目前该虫的分布北界)陆生生态系统中越冬、建立种群,并显著抑制空心莲子草的生长,而氮沉降对两者互作关系无显著影响。因此,增温能够提高天敌昆虫在其目前分布北界及较高纬度地区的越冬能力(天敌“增加”),有望抑制这些区域入侵植物的生长和繁殖。
同时,气候变暖也将进一步促进入侵植物向更高纬度地区扩散,但由于天敌昆虫对低温的耐受能力低于入侵植物,在这些地区,植物入侵态势将因缺乏天敌昆虫而加剧(天敌“逃逸”)。因此,气候变暖将不仅直接影响入侵植物,还将通过影响其天敌昆虫的发生和分布,对植物入侵带来相反的结果。这些发现对于预测全球气候变化背景下外来入侵植物及其天敌的发生和扩散、指导入侵植物治理具重要价值。
研究结果以Climate warming affects biological invasions by shifting interactions of plants and herbivores为题在线发表于Global Change Biology (DOI: 10.1111/gcb.12244 )。
该项研究是在丁建清研究员指导下,由卢新民副研究员等完成的。研究得到了国家自然科学基金(31100302)和中国科学院知识创新项目(KSCX2-YW-Z-1019)的资助。
沿纬度梯度空心莲子草(a和c)和莲草直胸跳甲分布特征(b和d) |