東北地理所在中型土壤動物緩解干旱情景下的外來植物入侵過程方向取得進(jìn)展
作為生態(tài)系統(tǒng)的重要限制性環(huán)境因子，土壤養(yǎng)分和水分變化可能會影響植物入侵過程。與養(yǎng)分富集促進(jìn)外來植物入侵的普遍共識不同，干旱對外來植物入侵影響的研究相對缺乏、且研究發(fā)現(xiàn)存在分歧。原因之一可能是部分控制實(shí)驗(yàn)只考慮了干旱對外來植物入侵直接效應(yīng)，并未考慮外來/本地植物與其他生物類群的互作過程。已有研究證實(shí)中型土壤動物會影響植物之間的競爭、且對土壤水分變化的響應(yīng)敏感。因此，理論上中型土壤動物存在與否會影響干旱情景下的植物入侵過程。但是，目前對該問題尚缺乏明確的實(shí)驗(yàn)論證。
基于以上科學(xué)假設(shè)，中國科學(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)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)溫室盆栽實(shí)驗(yàn)（圖1）。本實(shí)驗(yàn)將9種外來入侵植物作為目標(biāo)種，分別種植在由5種本地植物組成的群落中，并對其進(jìn)行干旱 × 中型土壤動物接種的全因子處理。
圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖
研究發(fā)現(xiàn)：干旱降低了外來植物的絕對生物量和生物量占比（圖2、3），從而降低了外來植物在本地群落中的競爭力。此外，干旱也降低了中型土壤動物的多度，尤其是螨類的多度，但對土壤食草動物的多度和豐富度沒有影響（圖4）。接種中型土壤動物不影響外來植物的生物量，但增加了本地植物的生物量，從而降低了外來植物的生物量占比（圖2、3）。然而，與干旱處理相比，水分充足條件下，接種中型土壤動物增強(qiáng)了本地植物對外來植物入侵的抗性（圖2、3）。本研究揭示干旱有助于本地植物群落抵御外來植物入侵，但中型土壤動物的存在則減弱了這一抵抗力。
圖2 在干旱處理（水分充足和干旱）和中型土壤動物處理（接種和不接種）組合下，外來目標(biāo)植物（a）和本地植物群落（b）的生物量以及外來目標(biāo)植物的生物量占比（c）
圖3 結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）顯示了干旱、土壤動物及其相互作用對外來目標(biāo)植物、本地植物群落生物量以及外來目標(biāo)植物在群落中的生物量比例
圖4 干旱和水分充足條件下土壤動物多度（a）、螨類多度（b）和土壤食草動物多度（c）以及土壤食草動物的豐富度（d）
以上研究是該團(tuán)隊(duì)繼“地上植食昆蟲調(diào)控養(yǎng)分變化對植物入侵的影響”發(fā)現(xiàn)之后（Li et al. 2022），在全球變化間接調(diào)控植物入侵領(lǐng)域的又一新成果，為全面理解全球變化背景下的植物入侵過程提供了新的視角。成果發(fā)表在國際期刊Journal of Ecology，由博士研究生金慧霏（第一作者）、常亮副研究員（共同第一作者）、Mark van Kleunen教授和劉艷杰研究員（通訊作者）共同完成。該研究得到中國科學(xué)院人才項(xiàng)目（Y9B7041001）與東北地理所創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2022CXTD01）資助。
相關(guān)論文信息：Jin, H., Chang, L., van Kleunen, M. and Liu, Y.* (2022), Soil mesofauna may buffer the negative effects of drought on alien plant invasion. Journal of Ecology, https://doi.org/10.1111/1365-2745.13950.
Li, Y., Gao, Y., van Kleunen, M. and 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.
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