資源波動(dòng)假說(shuō)認為本地植物群落的資源可用性波動(dòng)可能加劇外來(lái)植物的入侵風(fēng)險。盡管大量研究對此進(jìn)行了探討，但缺乏一致的結論，這可能因為大多數研究?jì)H關(guān)注資源波動(dòng)對外來(lái)植物入侵的直接影響，而忽視了其他生物的調控作用。例如，貧瘠土壤中的共生微生物可能對植物互作的影響更大，而在富饒的土壤中，可能是土壤病原菌的影響更為顯著(zhù)。因此，養分變化引發(fā)的土壤微生物結構變化可能會(huì )影響外來(lái)植物與本地植物的互作，從而影響外來(lái)植物的入侵過(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，八種外來(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)行養分波動(dòng)(恒定vs.脈沖) 養分可利用性(低vs.高) 土壤微生物(不滅菌vs.滅菌)的全因子處理。

圖1 實(shí)驗設計示意圖

　　結果表明：在無(wú)土壤微生物存在的環(huán)境中，低養分水平下的養分波動(dòng)提高了外來(lái)入侵植物的優(yōu)勢度，而高養分水平下養分波動(dòng)的效應不明顯。這可能是低養分水平下的養分波動(dòng)加劇了外來(lái)植物與本地植物之間的競爭導致的。然而，當存在土壤微生物時(shí)，低養分水平下的養分波動(dòng)對外來(lái)入侵植物優(yōu)勢度的促進(jìn)效應不明顯，高養分水平下的養分波動(dòng)反而提高了外來(lái)入侵植物的優(yōu)勢度(圖2)。土壤微生物群落分析進(jìn)一步表明，高養分水平下的養分波動(dòng)增加了病原真菌最主要科、屬類(lèi)群的相對豐度，而低養分水平下的養分波動(dòng)降低了這些類(lèi)群的相對豐度(圖3)。由于外來(lái)植物可能逃逸了部分天敵生物，這種高養分水平下的養分波動(dòng)引起的病原真菌相對豐度的增加可能會(huì )進(jìn)一步抑制本地植物生長(cháng)，進(jìn)而促進(jìn)了外來(lái)植物在此情境下的入侵。該結果進(jìn)一步揭示，除直接影響外，環(huán)境變化還可能通過(guò)土壤微生物群落的變化間接影響植物入侵。

圖2 不同處理組合下非本地植物的地上生物量(a)、本地植物群落地上生物量(b)和非本地植物的地上生物量占比(c)

圖3 不同養分可利用性水平下養分波動(dòng)對土壤病原真菌和AMF的多樣性及相對豐度的影響

　　以上研究是該團隊繼“地上植食昆蟲(chóng)調控養分變化對植物入侵的影響”發(fā)現之后(Li et al. 2022)，在“環(huán)境變化+營(yíng)養級生物復合驅動(dòng)植物入侵”研究領(lǐng)域的又一新成果，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。成果發(fā)表在美國生態(tài)學(xué)會(huì )期刊Ecology上，由博士研究生張雪(第一作者)、Mark van Kleunen教授、常春玲特別研究助理和劉艷杰研究員(通訊作者)共同完成。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(32371748)、中國科學(xué)院人才項目(Y9B7041001)和中國科學(xué)院東北理所創(chuàng )新團隊項目(2022CXTD01)的資助。

　　相關(guān)論文信息：

　　1. Zhang, Xue, van Kleunen, M., Chang, C., and & Liu, Y.* (2023) Soil microbes mediate the effects of resource variability on plant invasion. Ecology, https://doi.org/10.1101/2021.11.01.466853

　　2. Li Y., Gao Y., van Kleunen M. & Liu Y.* (2022) Herbivory may mediate the effects of nutrients on the dominance of alien plants. Functional Ecology, https://doi.org/10.1111/1365-2435.14019