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近期，兰州大学吴纪华团队在土著植物种内多样性调节外来入侵植物的生态后效方面取得重要进展，研究成果于2024年11月11日以“Intraspecific diversity mitigates the negative soil-legacy impacts of an invasive plant”为题在线发表在国际知名期刊New Phytologist上。该研究发现外来入侵植物互花米草通过土壤遗留效应抑制土著植物海三棱藨草的生长，海三棱藨草的种内多样性则有助于缓解互花米草入侵遗留的负面效应，从调节入侵后效的角度拓展了经典生物多样性阻抗假说，为生物多样性保护和入侵种防治工作提供重要启示。物种的跨区域传播和扩散已成为全球性的生态问题。人类活动导致的有意或无意的物种迁移日益频繁，使得许多外来植物在新的地理区域内建立种群并迅速扩张，成为入侵物种，改变入侵地生态系统结构和功能，导致不容忽视的生态和经济后果。自上世纪50年代以来，入侵生物学领域涌现了一系列外来物种入侵的假说机制。其中，最著名的假说之一是查尔斯·艾尔顿于1958年提出的生物多样性阻抗假说，认为多样性更高的土著群落具有更强的入侵抵御能力。尽管入侵过程分为传播、建群、扩散和影响等多个阶段，大多数研究侧重于关注建群和扩散阶段生物多样性对外来入侵植物的阻抗。鲜有研究进一步探究生物多样性如何调节已成功入侵者导致的生态后效，尤其是在种内多样性水平。此外，在人类活动日益加剧的背景下，环境变化如何影响入侵植物的生态后效以及其中生物多样性的作用仍不清楚。为此，该研究开展了一个两阶段的植物-土壤反馈实验(图1)，探究环境变化下土著植物种内多样性在调节入侵植物土壤遗留效应方面的作用。训练阶段使用入侵植物互花米草驯化土壤，以未种植植物的土壤作为对照；在反馈阶段构建1、3、6基因型的土著植物海三棱藨草种群，测试不同种内多样性种群在入侵土壤和对照土壤上的生长表现，同时设置灭菌处理解析土壤生物与非生物遗留效应和干旱处理探究环境变化的影响。研究结果表明，入侵植物互花米草驯化的土壤显著抑制了土著植物海三棱藨草单基因型种群的生长，而海三棱藨草种内多样性则缓解了互花米草土壤遗留效应对其种群的负面影响(图2)。对土壤灭菌也有助于缓解互花米草土壤遗留效应介导的负面影响(图2)，表明互花米草主要通过影响土壤微生物抑制海三棱藨草的生长。此外，海三棱藨草种内多样性对其种群生长的促进作用在干旱条件下仍得以维持(图2)，强调在环境变化背景下保护土著植物种内多样性的重要性。研究结果进一步表明，互花米草土壤生物遗留激发的互补效应是海三棱藨草种内多样性效应的重要驱动机制(图3)，进而有助于缓解互花米草入侵的负面影响。
▲图2 | 不同处理下土著植物海三棱藨草的总生物量。
▲图3 | 不同处理下土著植物海三棱藨草种内多样性的净效应和超产效应。▲图4 | 土著植物种内多样性通过土壤反馈抵御外来植物入侵和缓解入侵植物土壤遗留影响的示意图。复旦大学博士生程才为本文的第一作者，兰州大学吴纪华教授为通讯作者。云南大学李博教授、康斯坦茨大学Mark van Kleunen教授、复旦大学博士生刘泽康和硕士生宋威为本文共同作者。本研究受到国家重点研发计划“生物多样性抵御生物入侵的响应机制与受损系统的生态恢复”(2022YFC2601100)和国家自然科学基金(32030067)等项目资助。论文信息
标题：Intraspecific diversity mitigates the negative soil-legacy impacts of an invasive plant
期刊：New Phytologist
类型：Full paper
作者：程才, 宋威, 刘泽康, 李博, Mark van Kleunen, & 吴纪华*
时间：2024-11-11
DOI：https://doi.org/10.1111/nph.20261
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