合成与生物除草剂对北美草原外来杂草-火灾循环的调控：土壤微生物群落响应弱于植物群落的生态启示

为破解北美鼠尾草草原外来杂草(如旱雀麦)引发的"杂草-火灾"恶性循环，研究人员对比了生物除草剂ACK55(Pseudomonas fluorescens)与化学除草剂imazapic对土壤微生物(16S/LSU rRNA测序)及植物群落的调控效应。发现imazapic显著抑制杂草但仅轻微改变细菌群落，ACK55未能持久定殖且控草效果短暂，研究为生态修复中微生物制剂应用提供了重要分子证据。

　　

北美鼠尾草草原正面临前所未有的生态危机——外来入侵植物旱雀麦(Bromus tectorum)通过形成"杂草-火灾循环"加速生态系统退化。这种一年生禾草不仅挤占本地植物生存空间，其干燥生物量更成为野火的天然燃料，使原本60-100年才发生火灾的草原缩短至5-10年频次。为阻断这一恶性循环，土地管理者普遍采用化学除草剂imazapic进行防控，而生物除草剂Pseudomonas fluorescens ACK55也被商业推广为环保替代方案。然而，这些措施对土壤微生物这一"地下黑箱"的潜在影响始终成谜。

美国地质调查局等机构的研究团队在《Science of The Total Environment》发表的重要研究，首次系统比较了两种除草策略对土壤微生物组与植物群落的差异化影响。通过为期一年的田间试验，研究人员在爱达荷州两种典型草原（原生禾草群落NBG与入侵主导群落IBG）设置了imazapic、ACK55及其组合的处理区，采用16S rRNA（细菌+古菌）和LSU rRNA（真菌）靶向测序技术解析微生物响应，同步监测植物群落变化。

关键技术方法包括：1）双位点对照试验设计（NBG与IBG群落）；2）高通量测序分析微生物组（16S/LSU rRNA基因）；3）全长16S rRNA基因系统发育分析鉴定ACK55分类地位；4）植物群落覆盖度定量评估。

植物群落描述
研究选取蛇河平原两个高速公路互通区作为对比场址。NBG群落以蓝丛冰草(Pseudoroegneria spicata)等原生植物为优势种，而6公里外的IBG群落已被旱雀麦主导。这种双位点设计巧妙捕捉了不同入侵阶段生态系统的响应差异。

植物覆盖
数据揭示出显著的空间异质性：在NBG群落，imazapic及其组合处理使总植被盖度降低26-39%，旱雀麦盖度锐减78%，而ACK55单独处理仅产生13%的微弱抑制。但在IBG群落，所有处理均未显著改变植被盖度。这种差异暗示除草剂效果高度依赖生态系统初始状态。

讨论
微生物组分析显示，即便在imazapic取得显著控草效果的NBG站点，其对细菌/古菌群落的扰动也远小于自然位点间差异，且未影响α多样性。更令人意外的是，被商业标注为P. fluorescens的ACK55菌株，经全长16S测序证实应为P. salmonii，且在施药一年后完全检测不到其土壤定殖。该菌仅引发真菌物种丰富度短暂下降，与其微弱的控草效果一致。

这项研究具有三重里程碑意义：首先揭示了化学生物除草剂对地下-地上群落的非对称影响，证实土壤微生物组具有较强缓冲力；其次通过分子鉴定纠正了商业菌株分类错误，强调微生物制剂监管需依托现代分类学；最后为草原恢复实践提供关键证据——imazapic的微生物风险可控，而现有ACK55制剂需重新评估其应用策略。这些发现将重塑干旱区生态修复中"以菌治草"的科学认知与技术标准。