优势湿地植物衰退后竞争与土壤微生物介导的互作机制研究

本研究发现密西西比河三角洲(MRD)优势湿地植物芦苇(Phragmites australis)衰退后，入侵植物芋(Colocasia esculenta)通过土壤微生物遗留效应显著影响两种芦苇谱系(Delta和EU)的竞争关系。研究通过同质园实验证实，芋土壤微生物使EU成为更强竞争者，而竞争与微生物效应对芦苇生物量产生叠加影响。该研究为湿地恢复中土壤微生物调控提供了关键依据。

　　

引言

人类活动对沿海湿地生态系统造成了深远影响，密西西比河三角洲(MRD)作为美国重要的湿地分布区，其优势植物芦苇(Phragmites australis)的大规模衰退事件引发了生态系统的连锁反应。2017年MRD地区芦苇出现广泛衰退，干旱事件、海平面上升以及非本地介壳虫(Nipponaclerda biwakoensis)的引入被认为是主要原因。衰退事件导致沼泽生产力严重损失，并伴随着芋(Colocasia esculenta)等入侵植物的快速扩张。

研究方法

研究团队设计了同质园实验，比较两种主要芦苇谱系(Delta和EU)与芋的竞争关系，并探究芋土壤微生物在介导这些互作中的作用。实验采用完全交叉设计，将植物单独或组合种植，并分别接种灭菌或活体芋根际土壤微生物。经过一个生长季节后，测量了植株的地上和地下生物量。

竞争效应分析

在无芋微生物条件下，Delta和EU对彼此生物量产生等效的负效应，分别使对方总生物量降低61%和67%。而当芋土壤微生物存在时，竞争格局发生显著变化：EU对Delta的生物量抑制达到90%，而Delta对EU的抑制为67%，表明EU在微生物存在条件下成为更好的竞争者。芋与芦苇的竞争呈现不对称性，Delta使芋生物量降低73%，而芋仅使Delta生物量降低12%。

微生物遗留效应

芋土壤微生物展现出强烈的遗留效应：当植物单独生长时，活体微生物使Delta、EU和芋的生物量分别降低30%、33%和66%。值得注意的是，微生物效应与竞争效应在影响芦苇生物量时呈现叠加关系，而对芋则表现为拮抗作用。这种差异表明芋可能通过化感作用调控土壤微生物群落。

生态恢复启示

研究结果表明，芦苇恢复不仅需要克服与芋的直接竞争，还需应对芋土壤微生物产生的负面遗留效应。Delta谱系虽然对水深变化具有更好耐受性，但EU在存在芋微生物时表现出更强竞争能力。因此，成功的恢复策略应考虑结合土壤微生物调控，如接种健康芦苇根际土壤或使用杀菌剂中和有害微生物。

讨论与展望

本研究首次揭示了芋土壤微生物如何改变湿地植物竞争格局，为理解植物-土壤反馈(PSF)在入侵生态学中的作用提供了新视角。未来的研究需要进一步解析特定微生物类群的功能，并探索在不同环境胁迫下竞争与微生物互作的协同效应。这些发现对制定湿地生态系统恢复策略具有重要指导意义。