近日，我院入侵生态学团队在外来植物入侵机制方面取得系列研究进展，相关成果分别发表于Global Change Biology、Oikos及Annals of Botany等国际知名期刊。入侵生态学团队从土壤碳循环影响、植物-土壤反馈动态及纬度适应性三个角度，系统揭示了外来植物入侵的生态机制及影响，为全球生物多样性保护与生态系统管理提供了重要科学依据。
一、外来植物入侵对土壤微生物碳的影响
土壤有机碳（SOC）是全球碳循环关键环节，对土壤肥力和结构影响重大，其含量受土地利用、管理、气候变化等因素共同制约。此前，外来植物入侵对SOC水平的影响并不明确。研究团队整合全球61项研究的445组数据进行Meta分析，并开展野外验证实验，覆盖森林、湿地、河口生态系统，采集不同土层样本，分析外来植物入侵后土壤有机碳组分的变化（图 1）。结果表明，河口和果园中，外来植物入侵使SOC含量均有所提升；各生态系统的微生物量碳（MBC）均显著增加；并且，浅层（0-20 cm）与深层（50-100 cm）土壤的MBC 均显著富集。野外实验发现，外来植物入侵区的MBC含量远超本地植物区和裸地。研究强调了外来植物入侵在不同生态系统和土壤层中的复杂作用，为全球碳循环研究开辟了新的视角，成果以“Plant Invasion Increases Soil Microbial Biomass Carbon: Meta-Analysis and Empirical Tests”为题发表在生态学权威期刊Global Change Biology（中科院1区Top，DOI: 10.1111/gcb.70109）。
图1 外来植物入侵对土壤微生物碳的影响
二、植物-土壤反馈的时间动态及其对入侵植物竞争的影响
生物严重威胁全球生物多样性，外来入侵植物与本土植物竞争资源、改变土壤生态，影响本地生态系统。但多数植物-土壤反馈（PSF）研究集中于短期实验，忽视时间因素动态变化。为探究PSF时间动态，入侵生态学团队以入侵植物美洲商陆、非入侵外来植物二十蕊商陆和本土植物商陆为对象开展两阶段实验，先将三种植物分别单独种植4、8、12个月以驯化土壤，再在反馈阶段把每种植物种在同种或异种植物驯化的土壤中观察生长表现。研究发现，土壤驯化时长显著影响PSF方向与强度，美洲商陆和土著植物商陆在自身驯化土壤中生长更好，二十蕊商陆在异种驯化土壤中表现更佳，挑战了PSF静态特性认知，凸显时间因素重要性。经土壤灭菌和添加活性炭处理，揭示微生物和化学物质介导PSF时间动态的关键作用，表明美洲商陆借此获竞争优势。该研究增进了对入侵植物通过PSF影响本地生物多样性的理解，为外来物种管理和生物多样性保护提供新视角与策略，强调长期监测及考虑时间因素评估外来物种影响的重要性，提示政策制定者制定入侵物种管理计划时要考虑土壤微生物群落和化学物质的动态变化。上述研究成果以“Temporal changes in plant–soil feedbacks between the invasive Phytolacca americana and congeneric native and non-invasive alien plants”为题发表在生态学知名期刊Oikos（中科院2区，DOI: 10.1111/oik.10772）。
图2 不同驯化条件下的土壤反馈指数变化
三、不同纬度下美洲商陆对植食和重金属胁迫的适应性演化揭示了外来种入侵的新机制
美洲商陆原产北美洲，已被引入多个大洲并在多地成为重要入侵物种，但其在不同环境下的入侵机制尚不明晰。研究团队从中国六个不同纬度地区收集其种子，开展两年的同质园种植实验，设置重金属处理与防草食动物处理，评估这些因素对美洲商陆生长、繁殖及防御特性的影响。研究结果发现，美洲商陆生长和防御特性（如分枝数、地下与总生物量、叶片单宁含量等）呈现显著纬度趋势，与野外调查结果相符，但繁殖结构的纬度趋势不同；重金属和草食动物压力显著影响其生长、繁殖与防御机制，塑造了纬度分布模式（图3）。该研究增进了对美洲商陆入侵机制的理解，为入侵物种管理防控提供新思路，指出未来防控策略应考虑物种表型可塑性、遗传分化以及环境因素（重金属污染、草食动物压力）对入侵成功的影响。相关研究成果以“Latitudinal trends in an invasive plant: genetic differentiation, phenotypic plasticity, and the effects of heavy metals and herbivores on growth, defence, and reproductive characteristics”为题发表在国际知名植物学期刊Annals of Botany（中科院2区，DOI: 10.1093/aob/mcae171）。
图3 重金属和草食动物压力对不同纬度美洲商陆繁殖特性的影响
以上研究成果得到重点研发计划（2023YFC2604500 、2022YFC2601100）、国家自然科学基金（U2102218、32371751、32471750）和云南省教育厅科研基金项目（2023Y0208）、研究生实践创新项目（ZC-24249943）、中国生态学会青年托举项目、云南省兴滇英才计划和云南大学东陆青年人才计划的支持。
