外来入侵植物调控土壤氮循环的机理研究

It is of very important significance to reveal the mechanism of the successful invasion of exotic plant for the effective management of exotic invasive plant, the rehabilitation and reconstruction of damaged ecosystems. Although previous studies demonstrated that exotic invasive plant could regulate soil N cycle by significantly increase NH4+-N content and promote nitrification, little is know regarding the regulation pathway and the relationship between exotic invasive plant and functional microorganism which drive N transformation. The malignant invasive plant Ageratina adenophora and Chromolaena odorata, which have attracted much attention in our country, were employed in this study. Nitrogenase activity, total N, NH4+-N and NO3- - N content, and the intensity of N mineralization and nitrification in the soil between native and invasive were compared to determine the effect of exotic plant on soil N cycling. In addition, N2-fixing bacteria, Ammonia-Oxidizing Archaea (AOA) and Ammonia-Oxidizing Bacteria (AOB) abundance and community composition differences were also compared to determine the impact factor of exotic plant on soil N cycling, and thus to clarify the mechanism of invasive plant regulating soil N cycling. This study provides a scientific theoretical basis for the effective management of exotic invasive plant and the reduction of invasive damage.

揭示外来入侵植物成功入侵的机理对于有效管理外来入侵植物、恢复和重建受损的生态系统有至关重要的意义。已有研究表明外来入侵植物能够通过显著增加土壤铵态氮含量和促进硝化作用来调控土壤氮循环，但是入侵植物通过怎样的途径以及与驱动氮素转化的相关功能微生物的相互关系如何我们尚不清楚。本项目以我国备受关注的恶性外来入侵植物紫茎泽兰和飞机草为研究对象，通过比较入侵植物和本地近缘植物下的土壤固氮酶活性、土壤全氮（N）、铵态N和硝态N含量，以及土壤N素矿化和硝化强度的差异，明确外来入侵植物对土壤N素循环的影响。并通过进一步比较驱动土壤N循环过程的一些关键微生物土壤自生固氮菌、氨氧化古菌（AOA）和细菌（AOB）的数量和群落组成的差异，明确外来入侵植物对土壤N循环的影响因子，阐明入侵植物调控土壤N循环的机理，进而成功入侵的地下生态学机制，并为有效管理外来入侵植物、减少入侵危害提供科学的理论依据。

揭示外来入侵植物成功入侵的机理对于有效管理外来入侵植物、恢复和重建受损的生态系统有至关重要的意义。相对地上而言，入侵植物成功入侵的地下生态学机制还研究的较少。本研究表明外来入侵植物能够通过显著改变土壤生物群落，进而改变土壤养分循环，从而促进其自身成功入侵。本项目以我国备受关注的恶性外来入侵植物紫茎泽兰和飞机草为研究对象，研究发现：1）与本地植物相比，入侵植物增加了食细菌线虫的比例而降低了植食性线虫的比例，这可能使得入侵植物促进了根际土壤养分的周转速率。同时较低的植食线虫让入侵植物的根系免于被更多的植食性线虫取食从而将能量投入到生长当中，因此入侵植物飞机草表现出显著高于其它植物的生物量，在与其它植物的竞争当中可能取得优势。2）入侵植物可以在其根系周围累积AM真菌（例如Paraglomus sp.），从而帮助其吸收更多的土壤养分进而成功入侵。3）入侵植物紫茎泽兰可能是通过长期对土壤硝态氮的偏好吸收从而升高土壤pH值，而在较高的土壤pH条件下，入侵植物根系氨氧化细菌的作用大于氨氧化古菌，氨氧化细菌调控了土壤氮的循环，促进了土壤硝化作用。该研究从几个方面解释了外来植物成功入侵的地下生态学机制，为有效管理外来入侵植物、减少入侵危害提供科学的理论依据和潜在的技术储备。