外来植物入侵改变系统氮素循环的化感驱动新机制研究

氮循环的许多过程极易对生态系统的改变产生响应，外来植物的入侵对N循环的影响是入侵生态学的热点问题。已有的大多研究是从入侵植物本身的N水平出发研究入侵对N循环的影响，本项目拟从外来植物化感作用出发，研究入侵改变N循环过程的作用机制。本研究结合申请者前期针对外来植物薇甘菊入侵对本地植物凋落物分解的影响所取得的研究成果与实例验证，通过实验生态学方法，验证外来植物入侵改变氮循环的化感作用新机制。实验以华南4种主要入侵植物、2种本地伴生种、受入侵危害的几种本地植物为研究对象，对比研究外来入侵植物的化感作用处理前后本地生态系统优势植物凋落物分解速率及养分释放过程变化、土壤氮素矿化速率、土壤微生物组成与土壤酶活性的变化，阐明外来植物入侵改变系统氮循环的化感作用机制。本研究理论上有助于丰富入侵生态学关于N循环过程变化的理论，实践上为外来入侵植物的生态控制提供理论依据。

外来植物入侵对系统N循环的影响及其机制是生态学热点问题，植物化感作用被认为是外来植物成功入侵的驱动力。本项目针对外来植物入侵对N循环的影响作用，从外来植物化感作用出发，通过系统研究华南主要入侵植物与其伴生本地植物的化感水提液对土壤有效N、总N、硝化速率、总矿化速率、土壤微生物、土壤动物的影响作用，以及化感水提液对植物凋落物分解与养分释放的影响作用，较为全面地揭示了入侵植物改变N循环过程的新机制。.主要取得如下成果：.⑴　阐明了化感作用对土壤N转化的影响作用。结果表明：植物化感作用对土壤N转化的影响与植物本身的特性密切相关，与本地伴生物种相比，入侵植物薇甘菊的化感作用加速了入侵系统土壤N转化速率，提高了土壤N可利用性，而其它几种入侵植物的影响作用并不大。.⑵　揭示了入侵植物凋落物的均匀度及混合分解的 “非加和”（non-additive effects）效应。研究发现，薇甘菊入侵后，大多情况下其凋落物与本地植物凋落物混合后的分解速率及养分释放要比通过各物种单独分解后的估算值高，说明薇甘菊入侵加快了系统的凋落物分解及养分循环过程。.⑶　发现薇甘菊入侵改变了土壤氨氧化微生物。不同植物的化感作用对土壤AOA和AOB丰度的影响作用不同，物种特性是造成土壤AOA和AOB不同的主要原因，而入侵植物中薇甘菊化感水提液对土壤氨氧化微生物的影响最大，对氮转化过程起着正反馈的作用，这可能对入侵藤本植物的进一步入侵更有利。另外，土壤氮转化过程对不同浓度化感物质的响应具有差异性，NO3-含量和硝化速率对高浓度的化感物质响应更强烈。.⑷ 阐明了外来入侵植物凋落物积累改变土壤动物的反馈作用。凋落物的添加，增加了蚯蚓的数量，促进了凋落物分解释放氮，改变（增加）了土壤氮库； 随着土壤动物（earthworm）的利用，有机氮减少，而铵态氮含量则增加，提高了土壤肥力，有利于外来植物的进一步入侵。 . 研究成果理论上丰富了外来植物入侵改变N 循环过程的化感作用新机制，实践上为外来入侵植物的生态控制提供了理论依据。.依托本项目，参加国际学术会议4人次，国内学术会议3人次；2人赴美国进行为期一年的访问学习。培养博士生2名，硕士生4名。发表论文12篇，其中SCI收录论文8篇（I区论文1篇，II区论文3篇）。