資源波動(dòng)假說認(rèn)為本地植物群落的資源波動(dòng)能夠促進(jìn)外來植物入侵。隨著該假說的關(guān)注度上升，更多研究證實(shí)了高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物能夠調(diào)控資源波動(dòng)脈沖對(duì)外來植物入侵的影響，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、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(Enhanced Mutualism Hypothesis)”，還是“丟失共生假說(Missed Mutualism Hypothesis)”，都表明了AMF對(duì)外來入侵植物和本地植物生長(zhǎng)的不對(duì)稱影響。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(yīng)能夠調(diào)控土壤氮素波動(dòng)下的外來植物入侵過程。

　　中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所生物入侵生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)開展了一項(xiàng)多物種的溫室盆栽實(shí)驗(yàn)，用以檢驗(yàn)上述假設(shè)(圖1)。在此實(shí)驗(yàn)中，九種外來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(jìng)爭(zhēng)。然后，對(duì)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(yàn)設(shè)計(jì)示意圖

　　研究結(jié)果表明：在低氮水平下，無論是否接種AMF，氮素脈沖供應(yīng)都增加外來植物在本地群落中的優(yōu)勢(shì)度;然而，高氮水平下氮素脈沖供應(yīng)僅在未接種AMF的情況下提高外來入侵植物的優(yōu)勢(shì)度，對(duì)接種AMF后的外來入侵植物優(yōu)勢(shì)度影不明顯(圖2)。進(jìn)一步對(duì)外來植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)分析表明，這種處理間的差異在實(shí)驗(yàn)的中后期就開始顯現(xiàn)(圖3)。這可能是因?yàn)?，相比于恒定的氮素供?yīng)，氮素脈沖供應(yīng)在這個(gè)時(shí)期引起的高氮水平抑制了AMF在外來植物根系的侵染率，從而削弱了氮素脈沖對(duì)外來入侵植物的促進(jìn)效應(yīng)。因此，同土壤病原菌、食草昆蟲、寄生植物等這類有害生物一樣，環(huán)境變化也可能通過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程提供了新視角。

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

圖3 不同處理組合下外來植物的葉片數(shù)量(a)和最大株高(b)

　　以上研究成果發(fā)表在國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金(32371748)、中國(guó)科學(xué)院人才項(xiàng)目(Y9B7041001)以及中國(guó)科學(xué)院東北地理所創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)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