全球变暖下入侵植物与土壤微生物群落共演化对氮沉降的响应与机制

基本信息
批准号:31570414
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:杜道林
学科分类:
依托单位:江苏大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王从彦,黄萍,游文华,孙见凡,戴志聪,祁珊珊,万凌云,杜浩,付伟
关键词:
土壤微生物大气氮沉降共演化全球变暖入侵植物
结项摘要

The plant-soil feedback (PSFs) hypothesis is often invoked to explain successful invasion of exotic plants. However, existing studies on PSFs mainly regard the invaded soil microbial community as a grey box, or even a black box. Thus, the increased global warming and nitrogen deposition might make it more complex in the soil micro-ecological mechanisms of exotic plant invasion. The present project will be carried out using the new-generation metagenomics methods and technology (i.e., combination of metagenomics and new-generation high throughput sequencing technology) to gain insights into the community structure and metabolic characteristics of soil microorganisms under different degrees of invasion mediated by the notorious invasive plants (i.e., Conyza canadensis), and different coverage of exotic non-invasive (i.e., Cosmos bipinnata) and native species (i.e., Pterocypsela laciniata) in China. This project aims to validate the following co-succession hypothesis: (1) exotic invasive plants could drive the succession of community structure and metabolic characteristics of soil microorganisms during their invasion process; (2) the re-construction of community structure and metabolic characteristics of soil microorganisms mediated by exotic invasive plants is beneficial for their own growth and expansion; (3) the succession of community structure and metabolic characteristics of soil microorganisms increased obviously with the enhanced invasion degree of exotic invasive plants, which is more conducive to the growth and expansion of exotic invasive plants, finally, it will reach a stable state in which soil microbial community can make the best of facilitating the further invasion of exotic plants; and (4) global warming and nitrogen deposition could accelerate the co-succession process between exotic plant invasion and soil microbial community, and both they have synergistic effects on the co-succession process between exotic plant invasion and soil microbial community. These studies will not only theoretically provide evidence for the PSFs hypothesis, and enrich the system of invasion ecology, especially the soil micro-ecological mechanisms of exotic plant invasion, but also in practice lay an important theoretical foundation for effective invasion prevention and control under global warming and nitrogen deposition.

目前植物-土壤微生物反馈假说阐释外来植物成功入侵的研究多将土壤微生物群落作为灰箱甚至黑箱;且随着全球变暖和氮沉降加剧,外来植物成功入侵的土壤微生态学机制愈加复杂。本项目基于新一代宏基因组学理论和技术对入侵植物不同入侵程度、外来非入侵近缘植物和本地近缘种不同盖度的土壤微生物群落结构进行全景式对比分析,以验证我们提出的外来植物成功入侵-土壤微生物群落共演化假说:外来植物在成功入侵进程中改变了原有土壤微生物群落结构和功能;土壤微生物群落重构更利于入侵植物的生长扩张;土壤微生物群落的持续演替将越利于该入侵植物,进而达到最利于有该入侵植物生长的某种稳态;全球变暖和氮沉降均促进该共演化,且两者具有叠加效应。研究结果不仅在理论上进一步佐证外来植物成功入侵的土壤-微生物反馈假说,阐明全球变暖和氮沉降下外来植物成功入侵的土壤微生态学机制,丰富入侵生态理论体系;且在实践上也为入侵植物的防控提供切实的理论指导。

项目摘要

目前植物-土壤反馈假说阐释外来植物成功入侵的研究多将土壤微生物群落作为灰箱甚至黑箱;且随着全球变暖和氮沉降加剧,外来植物成功入侵的土壤微生态学机制愈加复杂。本项目以全球变暖及氮沉降为研究背景,以入侵植物-环境(增温与施氮)-土壤(微生物)为中心,对其生态影响、快速入侵的机制、资源利用策略、与微生物的关系及其防控利用等进行了全景式对比分析研究。. 结果表明,外来植物在不同土壤营养条件下往往能采取不同的资源利用、生物量分配策略使其成功入侵,同时借助自身的化感物质排挤本地物种,促进自身生长,这将进一步增加外来植物成功入侵的可能性。随着入侵程度的提高,土壤酶活、pH、微生物(真菌、细菌(特别是固氮菌))亦随之变化,这种演化往往有利于外来植物的成功入侵。这种入侵机制与进程在全球变暖与氮沉降增加的背景下往往会进一步加剧,从而形成了“环境变化-植物入侵-土壤特征改变-植物入侵-环境变化”循环演进的开源系统。基于此,本项目亦提出了利用生物替代、动植物协同等方法来防控外来入侵植物的方法,同时验证了外来入侵植物在生态修复中的作用机制。..因此,本研究成功揭示了以全球变暖和大气氮沉降及其复合效应为典型代表的全球变化在外来植物成功入侵进程中所起的作用及其生物生态学机制。同步验证了外来植物成功入侵对本地植物及其土壤动态的影响机理,特别是土壤微生物群落演化进程的影响机制。基本阐明了全球变暖和大气氮沉降及其复合效应对入侵植物与土壤微生物群落间共演化进程、机制及其在外来植物成功入侵进程中的作用。这些发现不仅丰富了环境变化与植物入侵、植物入侵与土壤菌群之间的作用机制研究,也从一定程度上比较系统地阐明了环境变化、微生物对外来植物成功入侵的作用机理,特别是全球变暖及氮沉降背景下入侵植物与微生物共演化的进程与机理。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
3

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020

杜道林的其他基金

相似国自然基金

1

全球变暖增强土壤线虫群落促进外来植物成功入侵的作用及机制

批准号:31800342
批准年份:2018
负责人:李冠霖
学科分类:C0304
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

三种气候变暖情景和氮沉降对入侵植物和土壤微生物的影响

批准号:31170507
批准年份:2011
负责人:何维明
学科分类:C0313
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
3

气候变暖与氮沉降下不同繁殖模式外来入侵克隆植物对天敌采食的适应性对策

批准号:31770449
批准年份:2017
负责人:王永健
学科分类:C0304
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
4

杉木林下植物-土壤微生物功能群相互联系对氮沉降的响应与适应

批准号:31200406
批准年份:2012
负责人:吴建平
学科分类:C0311
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目