準確理解環境變化下的外來植物成功入侵的機制對於全球變化背景下外來植物入侵的預測與防控至關重要。中國科學院東北地理與農業生態研究所生物入侵生態學團隊以夜間人造燈光(ALAN)為例，提出了一個「環境變化+營養級生物共同調控外來植物入侵過程」的研究框架(圖1)。該研究框架強調,不僅要關註環境變化對入侵植物和本地植物生理、物候、生長和適合度的直接影響，更要解析環境變化如何透過植物與互惠/拮抗生物的交互作用對入侵植物和本地植物產生間接影響。這有助於解析環境變化下外來植物成功入侵的生態和前進演化機制(圖1)。
圖1 夜間人造燈光(ALAN)對入侵植物和本地植物的直接和間接影響
在正常夜晚光照條件下，入侵植物和本地植物之間的競爭會由夜間的互惠者/拮抗者介導(A)。ALAN可以直接改變這種競爭，也可以透過影響地上和地下互惠者/拮抗者間接改變這種競爭(B)。此外，ALAN的這些間接影響還可能延伸到白天，影響植物與晝行性互作夥伴的交互作用(C)。圖A-C中實線表示直接影響，虛線表示間接影響。D圖顯示的是自然日光周期和ALAN下的光周期。以一種假定的入侵植物為例，這種植物的原產地具有長日照光(左圖)，如果入侵至短日照的區域，因光生態席位不適合,其擴散傳播將受到阻礙(D；中圖)。然而，ALAN的存在可能延長該入侵地的光照時間，從而創造出更接近其原產地的光生態席位(D；右圖)，從而擴大該物種的現實生態席位。D圖從概念上說明在ALAN條件下，相對於不適宜的光生態席位(用深藍色表示)，ALAN如何透過擴大適宜的光生態席位(即有利於植物建立和生長的光照條件；用黃色表示)，使入侵植物在新的分布區更加成功。這可能會導致入侵植物在ALAN環境中找到基礎生態席位，從而促進更快速的擴張(以黑色箭頭的粗細表示)，最終實作ALAN導致的入侵植物現實生態席位比例的提升。
圖2 夜間人造燈光(ALAN)對入侵植物和本地植物影響的生態和前進演化過程
由於高可塑性，入侵植物可能透過生理、物候、生長和適合度的響應，直接受益於ALAN(A)。長期的ALAN可能使植物產生快速前進演化和局地適應力，這又會進一步提升入侵植物的優勢(B)。另一方面，ALAN引起的植物拮抗者/互惠者的改變可能導致其與植物互作的錯配，從而導致入侵植物與本地植物之間的競爭平衡發生變化。然而，其競爭結果可能依賴於入侵物種與拮抗者/互惠者交互作用時采取的策略差異(C)。長期暴露於ALAN下，這些間接的生態影響也可能產生前進演化後果。圖中每個方框都代表了該方向的一些研究缺口,這些缺口亟需在未來進一步驗證。重要的是，以上概念模型還可以擴充套件到探討任意全球環境變化因素對植物入侵的直接和間接影響。
以上研究成果發表在生態學旗艦期刊Trends in Ecology & Evolution上，中國科學院東北地理與農業生態研究所生物入侵生態學研究團隊劉艷傑研究員為第一作者和通訊作者，德國慕尼黑工業大學Robin Heinen博士為共同作者。本研究得到了吉林省優秀青年基金計畫(20230101364JC)、中國科學院率先行動「百人計劃」(Y9B7041001)和中國科學院東北地理與農業生態研究所創新團隊計畫(2022CXTD01)的共同資助。
論文資訊如下：
Liu Y*, Heinen R (2024) Plant invasions under artificial light at night. Trends in Ecology & Evolution.
