稳定同位素作为工具，有助于更好地理解入侵物种日本福禄考（Fallopia japonica）的生物地球化学特性

《Isotopes in Environmental and Health Studies》：Stable isotopes as a tool towards a better understanding of the biogeochemical traits of invasive Fallopia japonica

福寿螺入侵成功源于高效氮利用和优先根生长，稳定同位素示踪揭示其氮吸收虽偏好硝态但利用效率显著高于本土悬钩子，且早期优先分配碳氮到根部，增强其在多变氮生境中的竞争力。

　　入侵植物对生态系统构成了重大威胁，它们通过改变生态平衡，进而影响生物地球化学过程。在众多入侵植物中，日本蓼（*Fallopia japonica*）被认为是一种极具侵略性的物种，尤其在河岸带这一关键的水陆交界区域。河岸带是生态系统中极为重要的过渡区，它在景观生物地球化学过程中扮演着缓冲物质和能量交换的关键角色。日本蓼的入侵对欧洲和北美的原生植物群落覆盖率和物种多样性产生了显著影响，特别是在受到干扰的环境中，如河岸和道路两侧。尽管其广泛影响已被证实，但其入侵成功的机制仍不完全清楚。一些研究推测，日本蓼可能通过其独特的氮素利用特性，如对铵（NH??）的偏好，从而影响原生植物如荨麻（*Urtica dioica*）的氮素可用性。此外，该物种可能利用酚类化合物来改变土壤生物地球化学过程和氮素循环。然而，这些过程尚未得到全面研究。

本研究采用稳定同位素标记（1?N 和 13C）方法，对日本蓼和荨麻的氮素吸收及碳氮分配模式进行了系统分析。研究结果表明，与荨麻相比，日本蓼对铵和硝酸盐的吸收量较低，尽管我们曾预期其对铵有更高的偏好，但实验结果显示其对硝酸盐表现出轻微的偏好。同时，日本蓼在早期发育阶段表现出更高的氮素利用效率（NUE），并且将更多新吸收的碳和氮分配到根系生长中。这些发现表明，高效的氮素利用和策略性的根系分配可能是日本蓼能够在氮素变化较大的环境中成功建立自身的关键因素。通过优先发展地下生物量，日本蓼可能在竞争中占据优势，从而扰乱原生植物群落，改变生态系统的动态。

本研究不仅揭示了日本蓼在氮素利用上的独特特性，还强调了稳定同位素技术在理解植物与土壤相互作用中的价值。这种技术能够精确地追踪植物对不同氮素形式的吸收以及碳氮在植物体内的分配模式，为研究植物入侵机制提供了新的视角。同时，研究结果对管理敏感生态系统中的入侵植物具有重要意义，特别是在控制其对土壤氮素循环的影响方面。

在实验设计方面，研究者采集了30个年轻的日本蓼根茎和30个年轻的荨麻植株，并在单独的花盆中进行种植，以排除其他物种的竞争影响。这种单株种植的方式有助于区分植物的固有特性与竞争环境下的表现。为了确保实验的准确性，研究人员使用了未受日本蓼影响的土壤，并对土壤和植物样本进行了详细的化学分析。通过将植物分为细根、运输根和地上部分，研究者分析了不同部位的同位素标记情况，并计算了氮素利用效率（NUE）和碳氮比例，以评估植物对氮素的吸收和利用效率。

实验结果显示，日本蓼在整体植物、地上部分和细根中表现出较低的1?N标记积累，这与之前假设的对铵的偏好相矛盾。同时，其地上部分对硝酸盐的吸收显著高于铵。这一发现表明，日本蓼可能并非依赖于对铵的偏好来获得竞争优势，而是通过其他机制，如高效的氮素利用效率或对硝化作用的抑制，来增强其在氮素波动环境中的适应能力。此外，日本蓼在根系中的碳氮比例显著高于荨麻，这可能反映了其在氮素吸收和利用上的高效策略。

研究还发现，日本蓼在根系与地上部分的生物量分配上表现出更高的比例，尤其是在铵处理条件下。这种策略性的根系投资可能帮助其在受到干扰的环境中快速适应，如洪水后的氮素脉冲。通过优先发展根系，日本蓼可能更有效地获取和利用有限的氮素资源，从而在竞争中占据优势。这些发现支持了关于入侵植物可能通过更高效的资源利用而非更高的资源获取来实现竞争优势的理论。

本研究的结果对理解植物入侵的机制具有重要意义，特别是在氮素循环和土壤生物地球化学过程方面。稳定同位素技术的应用不仅提供了精确的数据支持，还揭示了植物与土壤之间的复杂相互作用。这些信息可以为制定更有效的入侵植物管理策略提供科学依据，尤其是在保护河岸带等关键生态区域时。通过深入了解日本蓼的生理机制和资源利用策略，研究人员可以更好地预测其入侵趋势，并采取针对性的措施来减少其对生态系统的负面影响。

综上所述，本研究通过稳定同位素标记方法，揭示了日本蓼在氮素利用和根系投资方面的独特特性，挑战了传统观点中关于其对铵的偏好的假设。这些发现强调了高效氮素利用和策略性根系分配在入侵植物成功中的关键作用，并为未来的研究和管理实践提供了新的方向。