历史因素对土壤微生物群落与外来细菌入侵间关系的影响

群落的组成和结构如何影响其可入侵性一直是入侵生态学的研究热点。然而关于群落可入侵性和群落特征间关系的认知却很不统一。采用交叉互换的试验方法,首先将野外采集的两种长期不同施肥土壤(有机肥和化肥)进行灭菌并回接已方和对方的土壤悬液,研究土壤环境(历史非生物因素)和土壤微生物群落(历史生物因素)对重建土壤微生物群落特征的相对贡献。随后将用红色荧光蛋白标记的青枯菌作为外来种接入重建的土壤中,探究不同土壤微生物群落特征对外来细菌存活数量(前期入侵潜力)和存活时间(后期入侵潜力)的影响。结果表明,历史生物因素对重建土壤的原生动物数量、革兰氏阴性与阳性细菌比等群落特征和外来细菌的存活数量有影响;历史非生物因素对土壤微生物活性、细菌物种多样性和功能多样性等群落特征以及外来细菌入侵土壤后总的存活时间有影响;外来细菌入侵前期状况仅与原生动物数量、革兰氏阴性与阳性细菌比相关,而入侵后期的状况则仅与微生物活性、细菌物种多样性和功能多样性相关。总之,外来细菌在土壤中各时期的入侵潜力和土著微生物群落特征的相关性主要取决于二者是否由同种历史影响因素控制。本研究对于阐明生物群落结构与群落可入侵性之间关系,及指导土壤外来病原菌的防控均具有重要意义。     

入侵植物对根际土壤微生物群落影响的研究进展

入侵植物根际土壤微生物是地下生态系统的重要组成部分。外来植物入侵到新的栖息地后能够促进其根际土壤微生物群落结构的演替、改变土壤理化性质, 强化微生物群落功能的发挥, 进而创造更适合外来植物生长的土壤微环境, 促进外来种的入侵进程。从外来入侵植物根际土壤微生物的研究方法、外来入侵植物对根际土壤微生物群落影响以及从地下生态学对外来植物入侵的影响等方面进行了综述。土壤微生物研究方法主要包括微生物计数法、微生物生理生化指标方法及分子技术 3 类; 入侵植物对根际土壤微生物的影响主要体现在对其生物量、多样性以及功能微生物菌群等方面。在今后的研究中, 应当注重对同一区域外来入侵植物和近缘本土种、及其伴生种的根际土壤微生物进行比较研究; 加强入侵植物根际微生物功能机理、环境因子与微生物间关联性的研究; 同时在研究方法上应注重传统方法与生物标记法及其与分子技术的结合。     

紫茎泽兰入侵对土壤细菌的群落组成和多样性的影响

外来生物入侵可能对生物群落结构和生态系统功能产生多种影响, 但入侵植物与土壤微生物群落组成和多样性的关系尚不清楚。为了揭示外来植物紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)入侵对土壤化学性质和细菌群落组成及多样性的影响, 本研究利用第二代高通量测序技术, 比较了紫茎泽兰不同入侵程度的生境(本地植物群落、紫茎泽兰与本地植物混生群落、紫茎泽兰单优群落)土壤中细菌群落的差异。土壤化学性质分析表明, 土壤pH值、有机质、全N和全K随着紫茎泽兰的入侵而逐渐降低, 而土壤全P则在入侵程度最高的生境土壤中最高。通过测序共获得7,755个细菌OUT (operational taxonomic unit)。结果表明, 紫茎泽兰入侵对土壤的细菌多样性影响较小, ACE和Chao指数在3种不同生境间的差异不显著。细菌在紫茎泽兰与本地植物混生群落中的Shannon指数最低, 即细菌的多样性在中等入侵程度的生境最低。此外, 紫茎泽兰入侵改变了土壤细菌组成和结构, 酸杆菌门(Acidobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度, 从本地植物群落、混合群落到紫茎泽兰单优群落, 呈现出先增加后减少的趋势。可见, 紫茎泽兰入侵一定程度上改变了土壤微生物的多样性和群落结构, 并改变了土壤的化学性质。     

外来植物入侵对土壤生物多样性和生态系统过程的影响

随着科学家对生态系统地下部分的重视,评价外来植物入侵对土壤生态系统的影响成为当前入侵生态学领域的研究热点之一。本文综述了外来植物入侵对土壤微生物、土壤动物以及土壤碳、氮循环动态影响的研究,并探讨了其影响机制。已有的研究表明,植物入侵对土壤生物多样性及相关生态系统过程的影响均存在不一致的格局,影响机制也是复杂多样的。外来植物与土著植物凋落物的质与量、根系特征、物候等多种生理生态特性的差异可能是形成格局多样性和影响机制复杂性的最主要原因。今后,加强多尺度和多生态系统的比较研究、机制性研究、生物多样性和生态系统过程的整合性研究及土壤生态系统对植物入侵的反馈研究是评价外来植物入侵对土壤生态系统影响的发展趋势。     

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。     

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。     

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。     

入侵植物与丛枝菌根真菌的相互作用

入侵植物的入侵改变了入侵地生物群落的结构,导致生物多样性的丧失.丛枝菌根真菌(AMF)作为陆地生态系统中土壤微生物普遍的组成部分,它的种类和组成能够影响入侵植物的生长表现.这种真菌与寄主(入侵植物)特殊的关系也暗示了AMF能够影响入侵植物的入侵.反之,入侵植物的入侵同样也会影响AMF的群落结构和功能.本文在简要总结我国入侵植物种类及其危害的基础上,着重探讨了AMF与入侵植物入侵之间的关系,即AMF对入侵植物入侵过程中的作用、入侵植物入侵后如何影响AMF以及两者之间的相互作用机制.     

白三叶(Trifolium repens)入侵对城市草坪生态系统土壤动物的影响

土壤动物是土壤生态系统中十分活跃的生物类群之一,也是城市草坪生态系统的重要组成部分。由于外来植物白三叶入侵,草坪土壤动物可能受到直接或间接的影响,进而改变城市草坪生态系统功能及过程。研究白三叶入侵对城市草坪生态系统土壤动物的影响,可为进一步了解外来植物入侵机制及城市草坪的建植养护提供理论依据。采用野外调查的试验方法对4种不同入侵程度下城市草坪的土壤动物群落特征和土壤理化性质进行了研究。结果如下：4种不同入侵程度的草坪样地共捕获土壤动物30099只,隶属于19目43科,其中小杆科、线蚓科和跳虫科为优势类群;土壤动物个体数量和类群数量整体表现为中度入侵 > 轻度入侵 > 对照 > 重度入侵,符合中度干扰假说;土壤动物个体数量和类群数量的季节动态主要表现为夏秋较高,冬春较低。CCA分析显示,土壤理化因子中铵态N对土壤动物影响相对较小,可能与白三叶改善了草坪土壤的供N水平并使其不成为土壤动物分布的限制因子有关;同时,土壤理化因子对土壤动物优势类群影响较小,而主要影响常见和稀有类群。总体而言,一定程度的白三叶入侵增加了土壤动物群落的多样性,但当达到重度入侵时,白三叶形成单优群落,减少了植物多样性,进而使土壤动物可获得的生活资源减少,土壤动物群落多样性呈下降趋势;白三叶入侵后通过改变土壤理化性质,影响到土壤动物常见和稀有类群,并最终改变草坪土壤动物的群落结构。     

四川攀西地区云南松群落物种多样性和谱系多样性对紫茎泽兰入侵的影响

外来植物入侵严重威胁着入侵地本土植物多样性和生态系统功能, 认识外来物种的入侵机制有助于提高对入侵植物的防控能力。本文以攀西地区云南松(Pinus yunnanensis)林下外来入侵植物紫茎泽兰(Ageratina adenophora)为研究对象, 基于大量野外群落调查, 从群落可入侵性入手, 分析了环境因子和群落物种多样性、谱系多样性等群落生态学特征对紫茎泽兰入侵的影响。结果表明: 海拔、坡向和火烧强度等环境因子和冠层郁闭度、灌木层盖度等生物因子对研究区紫茎泽兰入侵强度没有显著影响(P > 0.05); 但群落灌木层物种多样性和草本层组分种与紫茎泽兰的亲缘关系显著影响紫茎泽兰的入侵强度(P < 0.05), 说明灌木层对光照等环境资源的占用和草本层(同层)物种对相似资源的竞争能够在很大程度上抑制紫茎泽兰的入侵。     

紫茎泽兰(Ageratina adenophora)入侵对土壤微生物群落和理化性质的影响

外来入侵植物与入侵地土壤微生物群落的互作关系是影响外来植物入侵力和生态系统可入侵性的一个重要领域。因此,研究外来植物入侵对入侵地土壤微生物群落及其理化性质的影响不仅可以全面地评估入侵植物对生态系统的影响,而且对于探索外来植物入侵的土壤微生物学机制尤为重要。采用磷脂脂肪酸(PLFAs)和传统培养相结合的方法研究了外来入侵植物紫茎泽兰对入侵地土壤微生物群落结构的影响;同时研究了紫茎泽兰入侵对11种土壤理化因子的影响。结果表明紫茎泽兰入侵改变了土壤微生物群落结构,提高了土壤自生固氮菌、氨氧化细菌和真菌的数量;同时,显著地提高了土壤的有效磷、速效钾、硝态氮、氨态氮和土壤有机碳含量,降低了土壤总钾含量和pH值。土壤微生物不同生理类群的变化与土壤中植物可直接吸收利用养分的变化显著相关。紫茎泽兰在入侵地成功定殖后,可能通过改变土壤微生物群落结构,特别是增加了与土壤养分循环相关的微生物功能类群数量,进而提高了土壤可利用的养分水平,创造对自身生长有利的土壤环境。紫茎泽兰改变土壤微生物群落是其入侵的一部分,这种改变进而加速了土壤养分循环,可能增强了紫茎泽兰的养分吸收,进而促进其生长、竞争和扩张。     

外来杂草入侵的化学机制

由外来杂草入侵引发的严重生态和经济问题已倍受关注,外来杂草在新生境成功入侵,除了具备一些基本的生物生态学特征外,还应具备一些特有的入侵机制,阐明外来杂草的各种入侵机制可以为入侵杂草的预测和控制提供科学依据。外来杂草只有在新生境中与原产地生物种间的相互作用中取得优势,才能定植并扩增种群而成功入侵．在这些外来杂草和原产地生物种间的相互作用关系中,化学关系是不可忽视的方面．目前研究已经证实：植物的化感作用在外来杂草成功入侵中发挥着重要的作用．事实上,植物也可以通过合成和释放特定的化学物质防御或抑制新生境的动物、植物和微生物．外来杂草入侵的化学机制涉及到植物化学生态学的各个方面。因此,外来杂草的化学生态学特征应作为入侵种预测的重要指标之一,外来杂草入侵的化学机制应是今后重要的研究方向。     

闽江河口红树林土壤微生物群落对互花米草入侵的响应

采用磷脂脂肪酸标记法(PLFA)研究外来入侵植物互花米草对闽江河口湿地红树林土壤微生物群落结构的影响,并探讨其主要影响因素。结果表明:从3种不同植被群落土壤(红树林群落MC、红树林-互花米草混生群落MS、互花米草群落SC)共检测到22种PLFA生物标记,MS土壤微生物PLFA生物标记总量明显高于其他植被群落,3种植被群落土壤理化性质和酶活性的变化趋势为:MCMSSC,表明互花米草入侵后土壤微生物量增加,而理化性质和酶活性均有明显下降,红树林湿地土壤质量发生了明显退化。3种植被群落土壤中含量最高的PLFA生物标记是16:0,16:1w7c,9Me15:0w,18:1w12c。土壤中特征微生物相对生物量存在明显差异,细菌分布量最大,其次是真菌和放线菌,原生动物分布量最小。群落多样性指数呈相似规律,MS土壤微生物类群多样性指数均小于MC,表明互花米草入侵后土壤微生物群落多样性指数均有下降。通过主成分分析,基本能区分出3种不同植被群落微生物群落的特征。土壤理化性质、酶活性间存在相关性,有机碳、全氮、蔗糖酶、过氧化氢酶与革兰氏阴性菌、放线菌呈显著或极显著正相关。研究结果表明互花米草入侵在一定程度上具有影响红树林群落土壤营养代谢循环的潜力,特别是关于碳、氮、磷等的循环及酶活性,改变部分有利于自身生长的土壤环境相关的微生物类群含量,竞争有利环境,迅速扩张实现入侵。     

植物入侵机制的主要假说

植物入侵是最严重的全球问题之一,严重破坏生态系统的结构和功能。随着植物入侵现象日益严峻,要控制和解决外来植物入侵问题,了解和掌握植物入侵机制尤为重要。本文概述了植物入侵的多种机制及不同机制间的协同作用,阐述了植物入侵过程中的化感作用、植物-土壤反馈机制、互惠共生关系,以及植物功能性状和表型可塑性对入侵过程的影响,并对多种机制协同与植物入侵轨迹的关系进行综合分析。根据分析结果将外来植物在侵入地的入侵时间轨迹分为引入、定植、建立和侵入4个阶段,把遇到的各种阻碍和促进因素融入其中,提出外来植物入侵曲线图,有助于未来对入侵植物及其影响的研究和管理。对现有的植物入侵研究方法进行分析,提出现阶段研究的不足以及未来的研究方向和目标。     

外来入侵植物的根系觅养行为研究进展

土壤养分分布具有高度空间异质性, 植物的根系觅养行为是其对土壤养分异质性的一种适应。不同植物为了适应养分异质性会产生不同的根系觅养行为, 通过调整自身的根系觅养范围、觅养精度和觅养速度来更好地吸收利用土壤中的养分。外来植物与本地植物的竞争是决定其成功入侵的重要因素, 土壤养分等环境因素会影响它们之间的竞争关系。近年来, 外来入侵植物的觅养行为逐渐受到人们的关注, 关于入侵植物根系觅养行为的研究成果陆续出现: (1)总体来看, 外来入侵植物具有较强的根系觅养能力, 但根系觅养范围与觅养精度之间的权衡关系还不确定; (2)营养异质性会影响入侵植物与本地植物之间的竞争, 反过来, 二者之间的竞争也会影响根系觅养行为对营养异质性的响应; (3)丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)能够提高入侵植物的根系觅养能力, 外来植物入侵能够改变入侵植物对AMF的偏好性, 形成AMF对入侵的正反馈作用, 而本地植物与AMF的相互作用也会影响入侵植物的竞争力。未来还应加强营养异质环境下种间竞争和AMF共生对入侵植物根系觅养行为的影响机制研究, 以及全球变化背景下入侵植物根系觅养行为的变化与机制方面的研究, 可以更深入地认识外来植物的觅养行为在其成功入侵中的作用, 并为利用营养调控来防控入侵植物提供理论依据。     

Contrasting responses of native and alien plant species to soil properties shed new light on the invasion of dune systems

在陆地生态系统中，沿海沙丘特别容易受到外来植物的入侵。许多研究将沙丘生境的入侵归因于人为因素，但对土壤性质和植物性状在植物 入侵中的作用却知之甚少。本研究考察了沙丘系统土壤特征与外来植物入侵的关系，重点研究了土壤养分、土壤盐分和植物功能特征之间的相互作 用。研究地点是马拉诺和格拉多泻湖(北亚得里亚海)的沙质堰洲岛。根据沙丘系统生态梯度上的主要生境(前沙丘、后沙丘和盐沼)，在10 个区域内选择100个地块(4 m × 4 m)。在每个地块中记录所有植物物种的发生和丰度，并收集一个土壤核。对每个土壤样品进行土壤质地、电导率(代表土壤盐 分)、有机碳和氮含量分析，并与本地和外来植物的种类数和覆盖度相关联。分析外来和本地物种主要的生殖功能和营养功能性状在生境中的变化。研究结果表明，土壤性质对外来物种库和本地物种库的影响不同，与植物整体多样性密切相关。在后沙丘(最易入侵)的生境中，高的土壤导电性限制了外来物种的数量，但土壤有机碳含量随着外来植物丰度的增加而增加，这也表明植物入侵与土壤之间存在潜在的反馈过程。只有在后沙丘生境中，随着环境条件的改善和植物竞争的加剧，本地植物和外来植物的功能性状谱有显著的趋同。本研究结果表明，在恶劣条件下，只有本地特有植物才能茁壮成长，而在中等条件下，土壤特性梯度与植物特性协同作用，抑制/促进外来植物丰富度。     

近十年植物入侵生态学重要研究进展

外来植物入侵对本地生物多样性、生态安全、社会经济发展和人类健康造成了严重威胁。因此, 探究植物入侵机制及其生态效应对我国生态可持续发展具有重要意义, 也是植物入侵生态学的主要研究内容。过去10年, 生态学家开展了大量研究, 取得了丰硕成果, 为推动入侵植物防控与生物多样性保护提供了理论指导。为深入解析外来植物入侵机制, 为其防控管理提供依据, 本文从以下3个方面综述了植物入侵生态学重要进展: 首先是外来植物生物学特性、生物和非生物环境对植物入侵的调控作用; 其次是外来植物入侵对本地生态系统的影响; 最后介绍了外来植物入侵的类比研究范式——本地植物入侵, 以及多组学技术在入侵生态学研究中的应用。基于这些研究进展, 本文展望了该领域的未来发展趋势, 包括: (1)研究对象从单一物种扩展到多物种比较; (2)研究地理范围从局域尺度扩大到纬度梯度格局; (3)入侵机制从单一理论验证到综合阐释多个假说。     

基于功能性状的外来植物入侵预测模型框架构建

预测外来植物的潜在入侵性已成为生物多样性保护研究的重要内容,外来植物与乡土物种间的亲缘关系是预测外来植物能否成功入侵的一个重要途径。然而,达尔文归化难题却预测了两种截然不同的结果(即达尔文归化假说和预适应假说)。该研究解析了达尔文归化难题的内涵,提出了基于功能性状的外来植物与乡土群落间的相似性关系应该是进行外来植物入侵预测的重要切入点,而功能性状的种间分化与种内变异可能是外来植物成功入侵的两种不同生态策略。在此基础上,该研究还通过物种功能性状的多维超体积构建了外来植物与乡土群落间的相似性,提出了基于这种相似性的外来植物入侵预测的研究框架和基本流程。该模型框架的建立有助于理解外来植物的入侵机制,对外来植物的潜在入侵性预测提供了理论依据。当然,要实现外来植物能否成功入侵的准确预测,不仅依赖于功能性状的选择,还要考虑入侵的生境依赖性、空间尺度的重要性以及乡土群落的可入侵性等,未来的研究重点是通过控制实验对该模型进行验证和进一步完善。     

毛竹入侵对森林植物和土壤的影响研究进展

植物与土壤稳定性和动态变化反映了森林生态系统在复杂生境下的自我调控和适应能力。毛竹入侵森林生态系统造成的诸多影响已经成为新的研究热点。系统综述了毛竹入侵的机制,以及对植物生存能力、物种多样性、植被碳储量,土壤理化性质以及土壤微生物结构与功能影响的最新研究进展。针对目前研究存在的问题,提出了丰富毛竹入侵管控手段、着重不同类型毛竹—森林临界面演替长期监测、明确毛竹入侵阶段划分、加强毛竹入侵生态后效研究等研究展望。有助于理解森林与毛竹入侵之间的相互作用、森林对毛竹入侵的响应和适应对策,对了解毛竹入侵机制,预测植物和土壤在毛竹入侵后的变化特征具有一定的借鉴意义。