去叶调节本地与非本地入侵性多年生草原禾草之间的植物-土壤反馈

《Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics》：Defoliation modulates plant-soil feedback between native and non-native, invasive perennial prairie grasses

　　

植物与其局部环境之间的互惠作用，通常被称为“植物-土壤反馈”（PSF），在过去二十年中一直是植物种群和群落生态学的焦点组成部分。非本地多年生饲草对本地生态系统的非生物特性和生物群落具有巨大影响；然而，很少有研究探讨本地与非本地多年生草原禾草之间的PSF，以及生物量去除如何影响两者之间的PSF。在此，研究人员展示了一项在温室中进行的标准两阶段PSF实验，配对了一种非本地禾草和一种本地禾草，分别具有C₃和C₄光合途径。植物-土壤反馈通过植物生产力、丛枝菌根（AM）真菌定殖率和中性脂脂肪酸（NLFAs）进行测量。去叶通常使PSF中性化，无论PSF是通过生物量生产、根内AM真菌定殖率还是NLFAs测量的。其次，AM真菌对去叶、条件化物种和反馈物种的响应是复杂的，分别对冷季和暖季配对存在显著的二向和三向交互作用。冷季和暖季禾草配对在AM真菌定殖率上均表现出强烈的正PSF，尽管两个功能群的根内定殖率受去叶影响不同。通过改变土壤微生物群落的丰度，甚至可能改变其组成，去叶被证明能够中和甚至完全逆转本地与非本地禾草之间的PSF方向。总体而言，这些结果突显了去叶对本地和非本地冷季与暖季禾草植物生产力及AM真菌丰度的不同影响，以及这些变化如何影响这些经常相互作用的禾草物种之间的PSF动态，从而揭示了复杂的共存动态。

### 论文解读：去叶调节本地与非本地入侵性多年生草原禾草之间的植物-土壤反馈

#### 研究背景、问题与意义
非本地入侵物种对全球草原生态系统的本地生物多样性构成巨大威胁。尽管入侵物种成功建立的机制复杂且依赖于环境，但非本地植物入侵导致的生物多样性丧失已成为全球关注的问题。以往评估入侵影响及恢复的研究多集中于地上部分，而对地下过程的关注相对较少。然而，地上与地下群落紧密相连，土壤微生物在调节生态系统过程中发挥重要作用。植物可通过改变土壤生物和非生物特性，进而影响同种或异种植物表现，这一概念框架被称为“植物-土壤反馈”（Plant-soil feedback, PSF）。PSF沿着从负到正的连续谱存在，负PSF促进共存，正PSF则利于入侵物种建立单优群落。尽管已有研究表明非本地植物可改变PSF的方向和强度，但关于生物量去除（如食草或机械管理）如何影响PSF动态的研究仍十分有限，尤其是针对本地与非本地多年生草原禾草的配对研究。为此，研究人员开展了一项温室实验，评估去叶对本地与非本地常见多年生冷季和暖季草原禾草之间PSF方向与强度的影响。该研究发表于《Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics》，旨在揭示去叶在调节植物-土壤反馈中的作用，为理解入侵物种共存动态及恢复生态学提供新见解。

#### 主要关键技术方法
研究人员采用标准两阶段PSF实验设计。第一阶段（条件化阶段）将四种禾草（本地冷季禾草*Pascopyrum smithii*、非本地冷季禾草*Bromus inermis*、本地暖季禾草*Schizachyrium scoparium*、非本地暖季禾草*Bothriochloa ischaemum*）分别种植于来自俄克拉荷马州立大学牧场研究站（OSU-RRS）的本地草原土壤中，并设置去叶（每两周剪至4 cm）和对照处理，培养3个月后收集条件化土壤。第二阶段（反馈阶段）将每种禾草种植于同种或异种条件化土壤（含对照或去叶处理）中，共16个处理组合，每组合8个重复，历时16周。测量指标包括植物地上和地下生物量、根内丛枝菌根（AM）真菌定殖率（通过台盼蓝染色和网格线交叉法测定）以及根外AM真菌丰度（通过中性脂脂肪酸NLFA分析，以16:1ω5c等生物标志物评估）。PSF方向与强度通过交互作用系数（*I*_s）量化。

#### 研究结果
**3.1 植物生物量与PSF**
冷季禾草中，非本地种*B. inermis*总生物量显著高于本地种*P. smithii*，且生长于*P. smithii*条件化土壤中的植物生物量更大。去叶对冷季禾草总生物量无显著影响。暖季禾草则表现出更复杂的响应：条件化物种与去叶的交互作用显著影响总生物量和地下生物量，而地上生物量受条件化物种、反馈物种与去叶的三向交互作用影响。无去叶条件下，冷季和暖季禾草配对均表现出显著的负PSF（基于生物量），而去叶后PSF分别转为正（不显著）和中性。

**3.2 AM真菌丰度与PSF**
冷季禾草根内AM真菌定殖率受反馈物种、条件化物种与去叶的三向交互作用显著影响：*B. inermis*在生长于经过去叶条件化土壤中时定殖率最高。根外AM真菌丰度（NLFA）同样呈现相似的三向交互作用。冷季禾草在无去叶条件下对AM真菌定殖率表现出显著正PSF，去叶后转为中性；而根外丰度PSF在无去叶时为负，去叶后转为正。暖季禾草根内定殖率PSF在无去叶时为正，去叶后中性；根外丰度PSF从弱负转为弱正（不显著）。

#### 讨论与结论
本研究表明，去叶通常迫使PSF从明确方向转向中性状态，这一效应在生物量、根内AM真菌定殖率和根外丰度测量中均一致。AM真菌对去叶、条件化物种和反馈物种的响应复杂，冷季和暖季配对分别存在显著的二向和三向交互作用。去叶通过改变土壤微生物群落丰度乃至组成，中和甚至逆转了本地与非本地禾草之间的PSF方向。这些结果突显了去叶对植物生产力及AM真菌丰度的差异性影响，并揭示了这些变化如何影响经常竞争的禾草物种之间的PSF动态。研究结论指出，去叶（如持续刈割、割草或放牧）可能是一种有效的恢复策略，用于削弱入侵物种（如*B. inermis*）建立的正PSF，但其效果具有物种特异性。未来研究需纳入更多物种配对及不同食草强度，并结合下一代测序技术探究土壤病原菌的作用，以进一步阐明植物-土壤-微生物相互作用的复杂动态。