大气氮沉降是全球气候变化的重大问题之一。现有的研究表明,我国大气氮沉降已进入急速上升阶段。相对比本地种而言,入侵植物对氮沉降往往具有更高的响应水平。因此,在氮沉降的增加的背景下,入侵种可能获得更大的促进。但是,目前有关氮沉降增加将如何改变入侵种的入侵进程的研究仍难得出一致结论。此外,入侵植物自身的进化会导致其种群之间出现生活史特性与遗传上的分化,且这种分化在中心种群(Central population)与扩散边缘种群(Edge population)之间可能会表现的尤为明显。因此,我们提出假设:在入侵种扩散的过程中,其中心和边缘种群会出现显著的特性分化,进而会导致两种群对氮沉降增加的响应水平不同;中心种群的资源竞争能力强,对氮沉降增加应该有更高的响应水平;边缘种群的资源竞争能力弱,对氮沉降增加的响应水平应该较低。为了验证以上假设,本研究以粗毛牛膝菊(Galinsoga quadriradiata Ruiz et Pav.)为研究对象,通过野外调查和遗传多样性分析,考察了其边缘与中心种群在种子扩散力和遗传上的差异。同时,通过在温室中模拟氮沉降增加实验,考察该入侵种不同种群间生长特性和种内竞争力的变化趋势。主要研究结果如下:(1)粗毛牛膝菊的中心和边缘种群之间存在显著的遗传分化。中心种群的遗传多样性指数高于边缘种群,但遗传分化系数(Gst)低于边缘种群。中心种群间的地理距离近,基因交流频繁,遗传相似度高;边缘种群间地理距离远,基因流小,遗传相似度低。Mantel检验的结果表明,地理距离和遗传距离间存在显著的正相关关系,暗示了地理因素对粗毛牛膝菊种群遗传结构的形成有影响。(2)粗毛牛膝菊中心和边缘种群的种子扩散力差异显著(F=49.613,df=23,p<0.01)。中心种群的种子扩散力高,边缘种群的种子扩散力低,这和研究假设不一致。边缘种群的种子质量更大,这将可能增加其种群的适合度。从中心向边缘的扩散过程中,种子的扩散力降低,但是种子质量增大,表明粗毛牛膝菊的种子形态结构和扩散力之间存在权衡策略。相关性分析的结果表明,种群的遗传多样性与扩散力之间具有显著的正相关关系,说明了该入侵种在扩散的过程中发生了快速进化,并可能导致了种群间种子传播力的显著分化。(3)粗毛牛膝菊的中心种群对氮沉降的响应水平更高,在个体水平上能获得更高的生长优势。同时,中心种群在竞争中受到的种间相互作用低,容易获得竞争优势。这些证据表明,中心种群比边缘种群拥有更强的竞争力,其未来的扩散潜力会更高。低氮处理加剧了两种群之间的竞争,但随着氮浓度的进一步升高,两种群植物的生长受到了抑制,种间竞争减弱。综上所述,本研究结果表明,粗毛牛膝菊中心与边缘种群间已经出现显著的分化,且这种分化可能导致了中心和边缘种群在生长、扩散特性和种内竞争力等方面出现差异。中心种群的遗传多样性高,种子扩散能力强,对氮沉降增加的响应更高。因此,其中心种群具有较高的入侵能力,且氮沉降增加会进一步增强其入侵潜力,应该更多的研究其扩散动态与趋势,加强预警并研究相应的防治策略。