入侵植物和本地植物对土壤微生物群落以及植物-土壤磷循环的影响存在差异

《Archives of Agronomy and Soil Science》：Invasive and native plants differ in their effects on the soil microbial community and plant-soil phosphorus cycle

入侵植物通过改变土壤微生物群落和酶活性，促进有机磷分解，并优化叶磷分配，使其在磷受限环境中更具竞争力。研究在广东中山废弃农田对比了三种入侵植物与本土植物的土壤磷 fractions、微生物群落及叶磷组分，发现入侵物种显著提高土壤碱性磷酸酶活性（较本土植物高1.6-2.4倍），增加Alphaproteobacteria等菌类丰度，促进gcd基因表达，并释放更多羧酸盐活化磷。其叶磷中代谢性和核酸性磷比例更高，磷利用效率优于本土植物。

　　植物入侵对土壤磷循环和植物磷利用效率的影响是一个重要的生态学研究领域。随着全球范围内生物多样性丧失和生态系统退化的加剧，了解入侵植物如何改变土壤磷的转化与植物对磷的吸收机制，有助于揭示其在生态系统中占据优势地位的潜在原因。本研究通过分析三种入侵植物（Mikania micrantha、Bidens pilosa 和 Ipomoea cairica）与三种本地植物（Persicaria chinensis、Paederia scandens 和 Pluchea indica）在三种废弃农田中的土壤微生物群落、酶活性和土壤磷形态，以及植物叶片中的磷分配情况，探讨了入侵植物在磷循环中的作用。

研究发现，入侵植物在其根系周围土壤中表现出更高的碱性磷酸单酯酶（ALP）活性。具体而言，Mikania micrantha、Bidens pilosa 和 Ipomoea cairica 的 ALP 活性分别比本地植物高出 1.6 倍、1.9 倍和 2.4 倍。这种显著的差异表明，入侵植物可能通过增强土壤中有机磷的分解能力，提高磷的可利用性。此外，入侵植物的根系释放的葡萄糖脱氢酶（GCD）基因丰度也高于本地植物，这种基因的存在使得土壤微生物能够产生葡萄糖酸，进一步促进磷的释放。同时，入侵植物释放的根系羧酸比本地植物更多，这有助于提高土壤中磷的可获取性，特别是在磷资源有限的环境中。

在植物叶片的磷分配方面，入侵植物表现出更高的核酸磷和代谢磷含量，而结构性磷的比例则相对较低。这表明入侵植物在磷利用效率上具有优势，能够更有效地将磷分配到支持生长和光合作用的代谢过程中。这种分配策略有助于入侵植物在资源竞争中占据有利地位，特别是在磷资源稀缺的土壤中，它们能够通过优化磷的利用方式，提高自身的生长速率和光合效率。

这些结果支持了入侵植物通过改变土壤微生物群落和增强磷转化能力来提升其生态竞争力的假设。研究还发现，入侵植物对土壤中不同形态磷的影响尤为显著，尤其是树脂磷、碳酸氢钠提取的无机磷和氢氧化钠提取的无机磷，这些磷形态的浓度在入侵植物的根系土壤中均高于本地植物。而氢氧化钠提取的有机磷浓度则相对较低，这可能与入侵植物促进土壤中有机磷分解的能力有关。

研究进一步指出，入侵植物通过释放更多的羧酸，能够促进土壤中磷的释放，从而提高其可利用性。这一现象与植物根系分泌物的特性密切相关，羧酸不仅能够溶解无机磷，还能促进有机磷的分解。此外，入侵植物的根系还可能通过改变土壤微生物的组成，增强土壤中磷的矿化过程，从而为植物提供更多的磷资源。

在微生物群落方面，入侵植物的根系土壤中表现出更高的微生物多样性，特别是碱性磷酸单酯酶产生菌的相对丰度显著增加。这可能与入侵植物对特定微生物群落的促进作用有关，这些微生物在磷转化过程中扮演着重要角色。同时，研究发现，入侵植物的根系土壤中葡萄糖脱氢酶产生菌的相对丰度也显著提高，这进一步表明入侵植物通过促进微生物活动，提高了土壤中磷的可利用性。

研究还揭示了入侵植物在磷利用效率上的优势。通过调整磷在不同形态之间的分配，入侵植物能够更有效地利用有限的磷资源，从而支持其快速生长和繁殖。这种适应性策略不仅有助于入侵植物在竞争中占据优势，还可能对其在不同环境下的生存能力产生深远影响。

此外，研究还发现，入侵植物的叶片中锰（Mn）浓度较高，这可能与它们在根系周围释放更多的羧酸有关。锰浓度的增加表明，入侵植物可能通过增强根系分泌物的活性，提高土壤中磷的释放效率。这一发现为理解入侵植物如何通过改变土壤环境来促进自身生长提供了新的视角。

综上所述，本研究揭示了入侵植物在土壤磷循环中的重要作用，特别是它们通过改变土壤微生物群落、增强磷矿化和溶磷能力，以及优化磷的分配策略，提高了磷的利用效率。这些机制不仅有助于入侵植物在生态系统中快速扩张，还可能对本地植物群落和生态系统功能产生深远影响。研究结果为控制入侵植物的扩散和保护生态系统提供了科学依据，也为生态恢复和可持续土地管理提供了新的思路。