外来植物入侵对土壤氮有效性的影响

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异, 探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合, 发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加, 增幅分别为(50 ± 14)%、(60 ± 24)%、(470 ± 115)%、(69 ± 25)%、(54 ± 20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强, 这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵; 而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系; 然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。     

外来植物入侵对土壤氮有效性的影响北大核心CSCD

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异,探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合,发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加,增幅分别为(50±14)%、(60±24)%、(470±115)%、(69±25)%、(54±20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强,这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵;而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系;然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。     

Effects of exotic plant invasion on soil nitrogen availability

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异, 探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合, 发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加, 增幅分别为(50 ± 14)%、(60 ± 24)%、(470 ± 115)%、(69 ± 25)%、(54 ± 20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强, 这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵; 而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系; 然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。     

青藏高原东缘窄叶鲜卑花灌丛生长季土壤无机氮对增温和植物去除的响应

为了揭示气候变暖背景下高寒灌丛土壤氮转化过程, 该文研究了青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛生长季节土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应。结果表明: 窄叶鲜卑花灌丛土壤硝态氮和铵态氮含量具有明显的季节动态。整个生长季节, 土壤硝态氮含量呈先增加后降低的趋势, 而铵态氮含量均表现为一直增加的趋势。在生长季初期和中期, 各处理土壤硝态氮含量均显著高于铵态氮含量, 而在生长季末期土壤硝态氮含量均显著低于铵态氮含量, 说明该区域土壤氮转化过程在生长季初期和中期以硝化作用为主, 而在生长季末期以氨化作用为主。不同时期土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应不同: 增温对硝态氮的影响主要发生在生长季中期和末期, 且因植物处理的不同而有显著差异, 增温仅在生长季中期使不去除植物样方铵态氮含量显著升高。去除植物对土壤硝态氮的影响仅表现在对照样方(不增温), 去除植物显著提高了生长季初期和中期土壤硝态氮含量, 显著降低了生长季末期土壤硝态氮含量; 同时去除植物显著降低了增温样方生长季中期土壤铵态氮含量。灌丛植被在生长季初期和中期可能主要吸收土壤硝态氮, 其吸收过程不受土壤增温的影响。     

Congeneric invasive versus native plants utilize similar inorganic nitrogen forms but have disparate use efficiencies

入侵植物与同属本地植物利用相似的无机氮但具有不同的利用效率 土壤无机氮对外来植物入侵具有重要作用。虽然沿完整无机氮梯度研究入侵植物与本地植物的氮利用策略对理解入侵成功很有必要,但相关研究依然相对不足。为此,我们选择6对入侵植物和同属本地植物(即12种植物)开展盆栽实验,设置11种硝铵比(每种比例包含低水平和高水平)形成完整的氮梯度(一端完全是硝态氮而另一端完全是铵态氮)。本实验中每种植物-氮组合重复8次,共栽培2112株植物。我们测定生物量及其分配、生长优势、叶绿素含量和低氮耐受性。结果显示,入侵植物和本地植物在任何一种硝铵比条件下均能正常生长,两者的生长、分配和耐受性反应随硝铵比梯度接近平行。入侵植物比本地植物长得更大,具有更高的叶绿素含量、根生物量分配和低氮耐受性。这些结果表明,入侵植物与同属本地植物利用相似的无机氮形态但具有不同的利用效率。这些氮利用对策在一定程度上有助于外来植物入侵。     

Responses of soil inorganic nitrogen to increased temperature and plant removal during the growing season in a Sibiraea angustata scrub ecosystem of eastern Qinghai-Xizang Plateau

为了揭示气候变暖背景下高寒灌丛土壤氮转化过程, 该文研究了青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛生长季节土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应。结果表明: 窄叶鲜卑花灌丛土壤硝态氮和铵态氮含量具有明显的季节动态。整个生长季节, 土壤硝态氮含量呈先增加后降低的趋势, 而铵态氮含量均表现为一直增加的趋势。在生长季初期和中期, 各处理土壤硝态氮含量均显著高于铵态氮含量, 而在生长季末期土壤硝态氮含量均显著低于铵态氮含量, 说明该区域土壤氮转化过程在生长季初期和中期以硝化作用为主, 而在生长季末期以氨化作用为主。不同时期土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应不同: 增温对硝态氮的影响主要发生在生长季中期和末期, 且因植物处理的不同而有显著差异, 增温仅在生长季中期使不去除植物样方铵态氮含量显著升高。去除植物对土壤硝态氮的影响仅表现在对照样方(不增温), 去除植物显著提高了生长季初期和中期土壤硝态氮含量, 显著降低了生长季末期土壤硝态氮含量; 同时去除植物显著降低了增温样方生长季中期土壤铵态氮含量。灌丛植被在生长季初期和中期可能主要吸收土壤硝态氮, 其吸收过程不受土壤增温的影响。     

古尔班通古特沙漠一年生植物的氮吸收策略

同一生活型的植物可能通过吸收不同形态的氮来利用陆地生态系统中有限的氮, 避免和减少对资源的竞争, 从而完成共生。研究荒漠生态系统同一生活型植物对氮的利用是否存在生态位分离, 有助于深入了解荒漠植物的生存策略, 更好掌握氮利用对荒漠植物生存的影响。该研究利用¹⁵N同位素示踪法, 研究古尔班通古特沙漠中广泛分布的2种一年生植物——角果藜(Ceratocarpus arenarius)和碱蓬(Suaeda glauca)在不同月份和不同土壤深度对不同形态氮的吸收策略。结果显示, 在浅层土壤中, 2种植物7月的氮吸收速率均高于6月; 对比不同形态氮的吸收速率, 植物对无机氮的吸收均高于有机氮, 角果藜更偏好吸收硝态氮, 每克干根系最高氮吸收速率可达3.81 μg·h^-1, 碱蓬更偏好吸收铵态氮, 每克干根系最高氮吸收速率可达4.74 μg·h^-1; 从不同形态氮对总氮的贡献率看, 硝态氮是角果藜吸收氮的有利形态, 占比在35.7%-43.9%之间, 铵态氮是碱蓬吸收氮的有利形态, 占比最高可达48.3%, 最低也有40.0%。2种一年生植物不仅可以利用土壤中的无机氮, 也可以直接吸收利用土壤有机氮。研究结果表明: 在古尔班通古特沙漠生态系统中, 一年生植物对氮的吸收能力有着差异和多元化的特点, 且均可吸收土壤中的可溶性有机态氮源。     

外源输入氮的有效性及形态对植物生长与生理影响的研究进展

氮(N)是控制植物结构和功能以及维持生态系统稳定的重要营养元素之一,外源输入氮素的有效性及形态的差异对植物的生长发育和生理特征产生显著的影响。由于全球气候变化和人类活动的干扰,大气氮沉降量日益增加,氮形态也发生改变,严重破坏植物的正常生长和生态系统的平衡稳定,已成为研究学者关注的热点问题。本文综述了不同氮输入水平和形态对植物的生长、光合作用、养分吸收以及代谢酶活性等方面的影响,归纳出：(1)适量氮输入能促进植物生长、光合作用和养分吸收能力,但当超出植物承受的阈值后,则对其产生抑制作用;(2)由于植物对氮素形态吸收偏好的差异,铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃^--N)对植物的生长、光合作用、养分吸收以及代谢酶活性的影响效果不同,且适宜铵硝配比相较于单一某种氮素添加对大多数植物的促进作用更显著。提出未来的研究方向应着重考虑4个方面：(1)开展大尺度的长期监测控制实验;(2)利用分子生物学技术深入探究氮形态对植物影响的微观机理;(3)重点关注土壤根际环境对植物根系氮素吸收的影响;(4)综合分析氮输入与...     

植物氮素吸收与转运的研究进展

氮素是植物生长发育所必须的基本营养元素,在植物生长发育和形态建成中起着重要作用.土壤中植物所利用的主要氮素形式是铵态氮和硝态氮,在进化过程中植物形成不同的吸收和转运铵态氮和硝态氮的分子机制.该文对植物吸收与转运氮素的生理学特征、分子机制及涉及的相关基因等研究进行概括性综述,为研究水稻中氮素吸收、转运相关基因提供理论基础...     

真盐生植物盐角草对不同氮形态的响应

盐角草(Salicornia europaea L.)是一种喜盐植物,其最佳生长的实现需要200—400 mmol/L NaCl。为了解盐渍环境下盐角草氮素吸收利用特点,在水培添加200或400 mmol/L NaCl情况下,从生长指标,光合参数,根系体积和活力,硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活力,蛋白、总氮、硝态氮及铵态氮含量等方面检测了硝态氮、铵态氮和尿素3种氮形态对盐角草生长的影响。研究发现以氮摩尔浓度(mmol/L)计,在0.1—400 mmol/L浓度范围进行测试,盐角草在0.1 mmol/L低氮条件下仍能维持生长,同时,抑制盐角草生长的氮浓度域值较高,其中铵态氮、尿素和硝态氮分别为50、50及400 mmol/L。研究结果表明盐角草吸收利用氮素的能力强,对氮素的浓度耐受范围宽,3种氮形态都可作为氮源满足其生长需要,但有效促进生长的效果存在差异,总体顺序从高到低依次为硝态氮、铵态氮和尿素。研究为揭示盐生植物氮吸收利用特点提供了基础数据,对提高盐生植物生产力,指导沿海滩涂生态建设具有一定的指导意义。     

潮虫消耗木本植物凋落物的可选择性试验

近年来,越来越多的学者关注外来植物入侵对土壤生态功能的影响效应及其相应反馈机制的探索与研究,然而本地原生土壤生物群落对不同入侵程度下的外来植物种以及本地原生植物种之间是否存在消耗差异却尚不明了.通过等足目潮虫的选择性喂养试验来测试10个本地种、5个非入侵性外来种和5个强入侵性外来种之间的适口性差异,试图求证外来植物的入侵性是否与植物落叶被消耗率呈现必然联系.数据分析结果显示潮虫对本地种、非入侵性外来种和入侵性外来种的消耗并无显著差异;而潮虫对不同生活型下木本植物的取食却存在显著差异,即灌木消耗率显著高于乔木.其次,通过植物初始性状指标(包括木质素、纤维素、半纤维素、碳、氮含量)与相应消耗率的相关比较,消耗量总体上与植物凋落物的氮含量呈正相关关系(R2 =0.358).由此,研究结论强调植物落叶的降解速率并不一定与植物入侵性或入侵阶段呈绝对相互关连,但是氮含量,抑或各种形式的植物氮元素成分都可能在一定程度上参与并影响着外来植物的入侵进程.     

外来入侵植物的氮代谢及其土壤氮特征

研究了4种外来入侵植物(五爪金龙、南美蟛蜞菊、金腰箭和马缨丹)和1种本地植物鸡矢藤(对照)的氮代谢及其土壤氮特征.结果表明:外来人侵植物的组织硝酸还原酶活性、根际土壤NH4-N、NO3-N含量、蛋白酶活性和脲酶活性均较高,分别为鸡矢藤的1.65～4.34、1.56～2.15、1.72～3.11、1.43～3.23和1.41～3.33倍,而植物组织硝态氮含量则较低,仅为鸡矢藤的17.5%～50.6%.相关分析表明:植物组织硝酸还原酶活性与根际土壤总氮、NH4-N、NO3-N含量呈显著正相关(P<0.05),与蛋白酶活性和脲酶活性呈极显著正相关(P<0.01).这说明,外来植物入侵使土壤氮代谢加快,氮的生物有效性增强,氮同化能力提高,并且较好地将植物体氮素代谢与土壤氮素代谢协调起来.因此,较强的氮素同化能力与加速土壤氮素的转化可能是植物成功入侵的重要机制之一.     

Differences in Earthworm Densities and Nitrogen Dynamics in Soils Under Exotic and Native Plant Species

Previous studies of the invasion of two exotic plants – Berberis thunbergii and Microstegium vimineum – in hardwood forests of New Jersey have shown a significant increase of pH in soils under the invasive plants as compared with soils from under native shrubs (Vaccinium spp). We present a further investigation of soil properties under the exotic plants in question. We measured the densities of earthworms in the soil under the two exotics and the native shrubs in three parks in New Jersey. In the same populations we also measured the extractable ammonium and nitrate in the top 5 cm of the soil, as well as the respiration of the soils and the potential rates of mineralization (aerobic lab incubation). In addition, we measured the nitrate reductase activity in leaves of the two exotic plants and several native shrubs and trees. Although there were differences between parks, we observed significantly higher earthworm densities in the soil under the exotic species. The worms were all European species. Soil pH, available nitrate and net potential nitrification were significantly higher in soils under the two exotic species. In contrast, total soil C and N and net ammonification were significantly higher under native vegetation. Nitrate reductase activities were much higher in the leaves of exotic plants than in the leaves of native shrubs and trees. Changes in soil properties, especially the change in nitrogen cycling, associated with the invasion of these two plant species may permit the invasion of other weedy or exotic species. Our results also suggest that even if the two exotic species were removed, the restoration of the native flora might be inhibited by the high nitrate concentrations in the soil.     

Current plant diversity but not its soil legacy influences exotic plant invasion

植物多样性而非其土壤遗留效应影响外来植物入侵 植物多样性可以影响外来植物入侵,然而植物多样性的土壤遗留效应是否能够影响外来植物入侵目前仍不清楚。植物多样性能够改变土壤微生物群落和土壤理化性质,这种遗留效应可能会对该土壤中外来植物的生长产生影响。因此,我们假设植物多样性的土壤遗留效应会影响外来植物的入侵。为了检验该假说,我们开展了一个两阶段的植物-土壤反馈实验。在土壤驯化阶段,我们将12个植物物种(4种禾草植物、3种豆科植物和5种杂类草植物)分别单独种植,或者随机选择8个物种(包含3个功能型)混合种植在土壤中。在反馈阶段,我们将入侵植物三叶鬼针草(Bidens pilosa)分别与本地禾草荩草(Arthraxon hispidus)、本地杂类草翅果菊(Pterocypsela indica)或者同时与荩草和翅果菊种植在被驯化过的土壤中。研 究结果显示,三叶鬼针草相对于其本地竞争植物的生长取决于驯化植物和竞争植物物种的功能型。驯化植物的多样性对三叶鬼针草与其本地竞争植物之间的生长差异没有显著影响。然而,随着本地竞争植物物种多样性的增加,三叶鬼针草相对于其本地竞争植物的生长显著降低。这些结果表明,当前的植物多样性可以通过增加入侵植物和本地植物之间的生长不平衡性来减少外来植物的入侵。但是,植物多样性的土壤遗留效应对外来植物入侵的影响可能很小。     

丛枝菌根真菌在外来植物入侵演替中的作用与机制

外来植物入侵不仅是环境、经济和社会问题,也是一个生理学和生态学问题,尤其是入侵植物与本地植物、入侵植物和本地土壤生物之间的相互作用决定外来植物入侵程度。丛枝菌根真菌（AMF）作为土壤中一类极为重要的功能生物,在外来植物入侵演替过程中发挥多种不同作用。文章系统总结了AMF对入侵植物个体和群体的影响,入侵植物与本地植物竞争中AMF发挥的促进和抑制作用;探讨了AMF与入侵植物的相互作用关系,以及环境因子对AMF一入侵植物关系的影响：对AMF在外来植物入侵演替中的作用机制进行了讨论。旨在为探索控制生物入侵的新途径、为我国开展外来植物入侵研究与防控实践提供新思路。     

入侵植物曼陀罗对本地植物功能性状和土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响

为探讨不同入侵压力下入侵植物对本地植物功能性状土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响,以入侵植物曼陀罗（Datura stramonium）及共存本地植物为研究对象,调查了无入侵区、轻度入侵区和重度入侵区（按入侵种盖度比例划分）的植物种类、株数、株高及本地植物群落的物种多样性,分析了各区入侵植物和本地植物叶片的比叶面积、碳含量、氮含量、碳氮比、叶片建成成本以及不同土层的碳、氮、磷化学计量特征。结果显示：随曼陀罗入侵压力的增加,本地植物种类及株数逐渐减少;曼陀罗株高和叶片氮含量在不同入侵压力下均显著高于本地植物,且随入侵压力的增加具有升高趋势;叶片碳氮比显著低于无入侵区本地植物;比叶面积、叶片碳含量和叶片建成成本等与入侵区本地植物相比不具有显著差异。随曼陀罗入侵压力的增加,土壤全氮含量、全碳含量、氮磷比与碳磷比显著增加,而全磷含量与碳氮比显著下降;土壤碳氮化学计量特征呈现出一定的表聚效应。这些研究结果表明,曼陀罗具有较高的资源捕获能力,并且改变了入侵地土壤特性,进而增强自身竞争能力以提高入侵力,这些可能是曼陀罗成功入侵的原因之一。     

丛枝菌根真菌（AMF）对外来植物入侵反馈机制的研究进展

丛枝菌根真菌（AMF）在植物群落竞争演替、物种多样性的形成及群落空间分布格局、植物群落对全球变化的响应中均起着重要的调节作用;同样也能影响外来植物与本地植物的互作,影响外来植物入侵过程中植物群落演替进程,甚至决定入侵的成败。因此,AMF与外来植物共生及其对外来植物入侵的反馈已成为国际上外来植物入侵机制研究的一个热点。本文基于外来植物的入侵过程,从AMF对外来植物生长、外来植物与本地植物竞争关系的影响,以及外来植物入侵对AMF的影响及AMF对入侵的反馈3个方面综述了AMF对外来植物入侵的反馈机制。外来植物可以通过多种途径改变土著AMF的群落结构和功能,而土著AMF也能直接或间接地改变甚至逆转外来植物与入侵地植物的互作关系。未来的研究不仅需要考虑AMF与外来植物共生的菌根特性和对竞争关系的影响,还需要通过大尺度条件下的野外试验及室内补充试验深入探究影响AMF在外来植物与本地植物竞争演替中的作用的生物和非生物因子,以全面解释AMF影响外来植物入侵的反馈机制。     

An invasive aster (Ageratina adenophora) invades and dominates forest understories in China: altered soil microbial communities facilitate the invader and inhibit natives

Exotic plant invasion may alter underground microbial communities, and invasion-induced changes of soil biota may also affect the interaction between invasive plants and resident native species. Increasing evidence suggests that feedback of soil biota to invasive and native plants leads to successful exotic plant invasion. To examine this possible underlying invasion mechanism, soil microbial communities were studied where Ageratina adenophora was invading a native forest community. The plant–soil biota feedback experiments were designed to assess the effect of invasion-induced changes of soil biota on plant growth, and interactions between A. adenophora and three native plant species. Soil analysis showed that nitrate nitrogen (NO₃⁻-N), ammonium nitrogen (NH₄⁺-N), and available P and K content were significantly higher in a heavily invaded site than in a newly invaded site. The structure of the soil microbial community was clearly different in all four sites. Ageratina adenophora invasion strongly increased the abundance of soil VAM (vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi) and the fungi/bacteria ratio. A greenhouse experiment indicated that the soil biota in the heavily invaded site had a greater inhibitory effect on native plant species than on A. adenophora and that soil biota in the native plant site inhibited the growth of native plant species, but not of A. adenophora. Soil biota in all four sites increased A. adenophora relative dominance compared with each of the three native plant species and soil biota in the heavily invaded site had greater beneficial effects on A. adenophora relative dominance index (20% higher on average) than soil biota in the non-invaded site. Our results suggest that A. adenophora is more positively affected by the soil community associated with native communities than are resident natives, and once the invader becomes established it further alters the soil community in a way that favors itself and inhibits natives, helping to promote the invasion. Soil biota alteration after A. adenophora establishment may be an important part of its invasion process to facilitate itself and inhibit native plants.