資源波動(dòng)假說(shuō)認為本地植物群落的資源波動(dòng)能夠促進(jìn)外來(lái)植物入侵。隨著(zhù)該假說(shuō)的關(guān)注度上升，更多研究證實(shí)了高營(yíng)養級生物能夠調控資源波動(dòng)脈沖對外來(lái)植物入侵的影響，但這些研究主要關(guān)注了天敵/有害生物(如病原菌、食草昆蟲(chóng)、寄生植物)的作用，而未考慮共生生物特別是叢枝菌根真菌(AMF)的影響。不論是“促進(jìn)共生假說(shuō)(Enhanced Mutualism Hypothesis)”，還是“丟失共生假說(shuō)(Missed Mutualism Hypothesis)”，都表明了AMF對外來(lái)入侵植物和本地植物生長(cháng)的不對稱(chēng)影響。此外，AMF在根系的定殖和侵染率方面極易受到土壤氮素水平的影響。因此，AMF也理應能夠調控土壤氮素波動(dòng)下的外來(lái)植物入侵過(guò)程。

　　中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所生物入侵生態(tài)學(xué)團隊開(kāi)展了一項多物種的溫室盆栽實(shí)驗，用以檢驗上述假設(圖1)。在此實(shí)驗中，九種外來(lái)入侵植物被置于盆栽中心，與五種不同的本地群落進(jìn)行競爭。然后，對這些盆栽分別進(jìn)行氮素波動(dòng)(恒定vs.脈沖) 氮素可利用性(低vs.高) AMF接種(不接種vs.接種)的全因子處理。

圖1 實(shí)驗設計示意圖

　　研究結果表明：在低氮水平下，無(wú)論是否接種AMF，氮素脈沖供應都增加外來(lái)植物在本地群落中的優(yōu)勢度;然而，高氮水平下氮素脈沖供應僅在未接種AMF的情況下提高外來(lái)入侵植物的優(yōu)勢度，對接種AMF后的外來(lái)入侵植物優(yōu)勢度影不明顯(圖2)。進(jìn)一步對外來(lái)植物生長(cháng)動(dòng)態(tài)分析表明，這種處理間的差異在實(shí)驗的中后期就開(kāi)始顯現(圖3)。這可能是因為，相比于恒定的氮素供應，氮素脈沖供應在這個(gè)時(shí)期引起的高氮水平抑制了AMF在外來(lái)植物根系的侵染率，從而削弱了氮素脈沖對外來(lái)入侵植物的促進(jìn)效應。因此，同土壤病原菌、食草昆蟲(chóng)、寄生植物等這類(lèi)有害生物一樣，環(huán)境變化也可能通過(guò)土壤共生微生物間接影響植物入侵進(jìn)程，這進(jìn)一步為全面理解全球環(huán)境變化背景下的植物入侵過(guò)程提供了新視角。

圖2 不同處理組合下外來(lái)植物總生物量(a)、本地植物群落總生物量(b)和外來(lái)植物的生物量占比(c)

圖3 不同處理組合下外來(lái)植物的葉片數量(a)和最大株高(b)

　　以上研究成果發(fā)表在國際期刊Journal of Applied Ecology，由博士研究生張雪(第一作者)、東北師范大學(xué)張濤教授和劉艷杰研究員(通訊作者)共同完成。該研究得到國家自然科學(xué)基金(32371748)、中國科學(xué)院人才項目(Y9B7041001)以及中國科學(xué)院東北地理所創(chuàng )新團隊項目(2022CXTD01)的資助。

　　論文信息：

　　Zhang, X., Zhang, T., & Liu, Y. (2023). Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on plant invasion success driven by nitrogen fluctuations. Journal of Applied Ecology, https://doi.org/10.1111/1365-2664.14505