東北地理所在土壤磷形態(tài)與可利用性水平如何影響外來(lái)植物入侵方面取得新進(jìn)展
資源波動(dòng)假說認(rèn)為土壤養(yǎng)分變化是驅(qū)動(dòng)外來(lái)植物入侵的主要非生物因素。已有研究多比較外來(lái)植物與本地植物響應(yīng)整體土壤養(yǎng)分（包含多種元素）或單一元素（氮磷鉀等）的可利用性水平變化的差異。然而，自然環(huán)境中即使同一種養(yǎng)分元素也會(huì)存在不同的化合物形態(tài)，其中許多形態(tài)都可以被植物直接吸收利用。例如植物既可以利用土壤中的銨態(tài)氮與硝態(tài)氮，也可以利用一些小分子的氨基酸。同理，土壤中一些有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷也可以被植物利用。因此，外來(lái)植物與本地植物如何響應(yīng)同一養(yǎng)分元素的不同形態(tài)變化亟待探究。
圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖
基于以上研究背景，中科院東北地理所生物入侵生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)與安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)合作，將5對(duì)同屬的外來(lái)入侵植物與本地植物單獨(dú)種植以及相互競(jìng)爭(zhēng)種植在一起，并施加以下6種不同的土壤磷處理（圖1）：1、低可利用性水平混合磷處理（low-mixed）；2、高可利用性水平混合磷處理（high-mixed）；3、高可利用性水平磷酸氫鈣處理（IP1）；4、高可利用性水平磷酸鋁處理（IP2）；5、高可利用性水平植酸處理（OP1）；6、高可利用性水平磷酸腺苷二鈉鹽處理（OP2）。實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，測(cè)定植物的地上地下生物量，對(duì)比研究入侵植物與本地植物對(duì)不同可利用性水平與不同形態(tài)土壤磷的響應(yīng)差異。
圖2 不同磷處理和競(jìng)爭(zhēng)處理下本地植物和入侵植物的總生物量
結(jié)果表明：與低可利用性水平混合磷處理相比，高可利用性水平混合磷處理顯著提高植物的生物量；與無(wú)機(jī)磷相比，有機(jī)磷顯著提高植物的生物量；與植酸相比，磷酸腺苷二鈉鹽也顯著提高了植物的生物量（圖2）。有趣的是，與無(wú)機(jī)磷處理相比，有機(jī)磷對(duì)外來(lái)入侵植物生物量的促進(jìn)效應(yīng)要強(qiáng)于本地植物（圖3）；并且，與無(wú)機(jī)磷處理相比，有機(jī)磷降低了本地植物根生物量占比，而對(duì)外來(lái)入侵植物的根生物量占比影響不大（圖3）。以上響應(yīng)規(guī)律不受種間競(jìng)爭(zhēng)的影響。
圖3 無(wú)機(jī)磷（IP）與有機(jī)磷（OP）處理下本地植物與入侵植物的總生物量和根生物量占比
該研究表明與本地植物相比，外來(lái)入侵植物并不是多面手策略（即良好的利用各種形態(tài)的土壤磷），而是偏好利用小分子有機(jī)磷。因此，對(duì)于那些有機(jī)磷越豐富的生境，外來(lái)植物入侵的風(fēng)險(xiǎn)可能越高。
以上研究成果發(fā)表在美國(guó)植物學(xué)會(huì)期刊American Journal of Botany上，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)張震教授、已畢業(yè)碩士研究生潘銘心以及中科院東北地理所生物入侵生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)博士研究生張雪為共同第一作者，劉艷杰研究員為通訊作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院人才項(xiàng)目（Y9B7041001）的支持。
論文信息如下：Zhang, Z., Pan, M., Zhang, X., and Liu, Y. 2022. Responses of invasive and native plants to different forms and availability of phosphorus. American Journal of Botany 10: 1560-1567. https://doi.org/10.1002/ajb2.16081.
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