研究背景
近年来，入侵植物介导的环境生态问题日益凸显，特别是入侵植物可以显著影响本地生态系统的结构和功能，如明显改变本地生物群落组成、显著降低本地生物多样性等。因此，阐明入侵植物成功入侵的关键驱动机理，已成为当前入侵生态学领域备受关注的重大前沿科学问题之一。
相关研究表明：一些入侵植物成功入侵的主因之一，就是入侵植物可以与其根际土壤形成互作，即：入侵植物可以明显改变其根际土壤理化性质、土壤酶活性以及土壤微生物群落结构和代谢活性，进而形成一个利于自身生长及其进一步入侵的土壤微环境。因此，解析并阐明入侵植物对土壤理化性质、土壤酶活性以及土壤微生物群落结构和代谢活性的影响及其互作机理，已成为当前入侵生态学领域备受关注的主要科学问题之一。
近年来，随着人类活动强度和频度的日益增强，大气氮沉降水平呈整体增加趋势。此外，氮沉降包含多种氮类型。然而，在日益严重的人类活动频度和强度的干扰下，氮沉降中氮的组成及其类型可能发生明显改变。而日益增加的氮沉降，可能显著影响生态系统的结构与功能以及入侵植物的入侵进程。所以，探究并阐明不同类型氮沉降下入侵植物对土壤理化性质、土壤酶活性以及土壤微生物群落结构和代谢活性的影响及其耦合调控的关键机理至关重要。
近日，江苏大学王从彦教授研究团队在Microorganisms期刊上发表研究论文，解析并阐明了不同类型氮沉降耦合调控入侵植物与土壤的互作关系及其关键驱动机理。研究结果将为进一步阐明以氮沉降为代表的全球环境变化背景下入侵植物成功入侵的机理、生态安全性及其预警和防控奠定了强力的理论支撑，为按时实现新时代国家生态安全重大战略需求目标提供了坚实的实践基础。
研究设计
入侵植物选择的种类是鬼针草（Bidens pilosa L.），本地植物选择的种类是多裂翅果菊（Pterocypsela laciniata (Houtt.) Shih）。将大小均匀的入侵植物鬼针草和本地植物多裂翅果菊的幼苗，分别移栽至同一批购买且型号和大小相同的聚丙烯树脂花盆中。栽植类型包括：（1）本地植物多裂翅果菊单栽，即每盆栽植四株大小均匀的本地植物多裂翅果菊；（2）入侵植物鬼针草和本地植物多裂翅果菊共同栽植，即每盆栽植两株大小均匀的入侵植物鬼针草幼苗和两株大小均匀的本地植物多裂翅果菊幼苗，且两种植物幼苗的大小相似；（3）入侵植物鬼针草单栽，即每盆栽植四株大小均匀的入侵植物鬼针草幼苗。每组设置三个平行。待植株生长稳定后，模拟苏南地区的实际氮沉降量（5 g m−2 a−1），对两种植物进行不同类型的人工模拟氮沉降处理：（1）铵态氮处理；（2）硝态氮处理；（3）有机氮处理；（4）混合氮处理。同时，设置等量的蒸馏水作为对照处理。其中不同类型氮沉降溶液分别使用氯化铵（NH4Cl）、硝酸钾（KNO3）和尿素（CO(NH2)2）配置，而混合氮为铵态氮溶液、硝态氮溶液和有机氮溶液1：1：1等量配制。
实验结束后，收集两种植物的根际土壤，用于测定土壤理化性质、土壤营养含量、土壤酶活性和土壤细菌群落结构等指标。
研究结果
（1）与对照相比，入侵植物鬼针草显著增加了土壤pH值，但显著降低了土壤湿度、电导率、铵含量以及多酚氧化酶、β-木糖苷酶、FDA水解酶和蔗糖酶的活性。
（2）与对照相比，入侵植物鬼针草和本地植物多裂翅果菊共同栽植显著增加了土壤总有机碳含量。
（3）与本地植物多裂翅果菊相比，入侵植物鬼针草显著降低了土壤细菌alpha多样性。
（4）与用铵态氮、有机氮和混合氮处理相比，硝态氮处理显著降低了入侵植物鬼针草和本地植物多裂翅果菊共同栽植下土壤FDA水解酶和土壤细菌alpha多样性。
Figure 1. Soil bacterial alpha diversity ((a) OTU’s species index; (b) Shannon’s diversity index; (c) Simpson’s dominance index; (d) Pielou’s evenness index; (e) Chao1’s richness index; (f) ACE’s richness index; (g) phylogenetic diversity index). Data (means ± SE; n = 3) with different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 probability. Abbreviations: CK, control; Ni, nitrate; Am, ammonium; Ur, urea; Mix, mixed N; PL, monocultural P. laciniata; BP, monocultural B. pilosa; PLBP, co-cultivated B. pilosa and P. laciniata.
该研究结果将为进一步阐明以氮沉降为代表的全球环境变化背景下入侵植物成功入侵的机理、生态安全性及其预警和防控奠定了强力的理论支撑，为按时实现新时代国家生态安全重大战略需求目标构筑了坚实的实践基础。
全文链接：https://doi.org/10.3390/microorganisms12081624。
