入侵植物物种数量负向调控土壤碳含量、酶活性及细菌α多样性

本研究针对多物种入侵植物共存环境下土壤生态效应的研究空白，以菊科入侵植物为研究对象，通过凋落物分解实验揭示入侵植物物种数量(SIPS)增加显著降低土壤碳含量（可溶性有机碳、微生物碳）、关键酶活性（多酚氧化酶、FDA水解酶、蔗糖酶）及细菌α多样性（OTU物种数、Chao1丰富度等），为解析多重入侵机制及土壤碳循环调控提供重要理论依据。

　　

随着全球气候变化和人类活动加剧，生物入侵已成为威胁生态安全的重大挑战。在中国，入侵植物物种数量已达515种，其中菊科入侵植物以92种高居榜首。这些外来客不仅会抢占本土植物的生存空间，更通过凋落物分解等过程改变土壤环境，形成有利于自身扩张的"入侵反馈效应"。然而现有研究多集中于单一入侵物种与本地种的比较，对多物种入侵植物共存条件下如何影响生态系统功能的认识仍存在显著空白。

针对这一科学问题，江苏大学环境与安全工程学院王从彦教授团队在《Phyton-International Journal of Experimental Botany》发表了创新性研究成果。研究团队选取四种菊科入侵植物——加拿大飞蓬(Erigeron canadensis)、苏门答腊飞蓬(E. sumatrensis)、一年蓬(E. annuus)和加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)作为研究对象，这些物种均原产于美洲，在中国江苏地区常出现共生现象。通过为期184天的聚乙烯凋落物袋分解实验，设置了从单种到四种不同组合的15种处理方式，系统分析了入侵植物物种数量(S_IPS)对凋落物分解特征、土壤碳含量、酶活性及细菌群落结构的影响。

研究采用的技术方法主要包括：凋落物分解系数测定技术、土壤理化指标（pH值、电导率、有机碳含量）分析技术、土壤酶活性（多酚氧化酶、FDA水解酶、纤维素酶等）检测技术，以及基于16S rRNA基因V3-V4区测序的土壤细菌群落分析技术（采用Illumina PE250平台），并通过Tax4Fun进行KEGG功能通路预测。

研究结果呈现出令人惊讶的发现：

在分解特征方面，入侵植物物种数量(S_IPS)对混合凋落物的分解速率和混合分解效应强度均无显著影响，这与预期假设不符，可能源于四种植物凋落物质量的相似性。

土壤理化特性显示，随着S_IPS增加，土壤pH值(p=0.002)和电导率(p<0.001)显著升高，表明入侵植物分解过程中释放了碱性物质和离子成分。

土壤碳含量变化方面，可溶性有机碳含量(p=0.013)和微生物碳含量(p=0.017)与S_IPS呈显著负相关，挑战了入侵植物作为碳汇的传统认知，提示多重入侵可能加速土壤碳释放。

酶活性分析发现，多酚氧化酶活性(p=0.008)、FDA水解酶活性(p<0.001)和蔗糖酶活性(p=0.050)均随S_IPS增加而降低，表明多重入侵抑制了土壤碳循环关键酶的活性。

细菌α多样性结果显示，OTU物种数(p=0.025)、Chao1丰富度(p=0.021)、ACE丰富度(p=0.030)和系统发育多样性(p<0.001)指数均与S_IPS呈负相关，而香农多样性、辛普森优势和皮卢均匀度指数无显著变化。

功能基因通路分析进一步证实，与分解过程密切相关的多数功能基因通路数量随S_IPS增加而减少。

讨论部分深入分析了这些发现的生态学意义。研究表明，尽管多重入侵植物共存现象普遍，但其对土壤生态系统的的影响并非简单的叠加效应。S_IPS通过提高土壤pH值和电导率，间接抑制了土壤微生物活性和功能多样性，进而降低了碳循环效率和酶活性。这一发现对重新评估入侵植物在碳循环中的作用具有重要意义——多重入侵可能不是碳汇而是碳源，这一认识对全球变化背景下的碳平衡评估提供了新视角。

研究的创新性在于首次系统揭示了入侵植物物种数量而非单一物种身份对土壤生态系统功能的调控作用，打破了传统研究范式。然而作者也指出研究的局限性，如未分析凋落物中难分解和易分解组分含量，未设置本地植物对照，以及凋落物袋网孔尺寸可能限制分解者访问等。

综上所述，这项研究为理解多重入侵机制提供了新视角，强调应尽早控制多重入侵，特别是在农田、荒地和道路两侧等脆弱生态系统，以减缓土壤碳损失和微生物多样性下降。研究成果对入侵生物学理论和生态系统管理实践都具有重要指导价值，为制定多重入侵防控策略提供了科学依据。