外來(lái)入侵生物造成的生態(tài)破壞與經(jīng)濟損失使得我們急需探究外來(lái)種成功入侵的原因。長(cháng)久以來(lái)，高競爭能力一直被認為是外來(lái)種成功入侵的關(guān)鍵。但是過(guò)去的研究大多關(guān)注兩物種競爭（一個(gè)本地種與一個(gè)外來(lái)種的競爭），很少探究多物種的競爭。此外，競爭有不同的類(lèi)型，被廣泛研究的是對資源的競爭，但是競爭也可以通過(guò)其它營(yíng)養級產(chǎn)生。因此，中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所生物入侵生態(tài)學(xué)研究團隊與德國康斯坦茨大學(xué)生態(tài)學(xué)研究團隊通過(guò)實(shí)驗旨在研究第三個(gè)物種是否會(huì )通過(guò)改變土壤微生物來(lái)改變外來(lái)種和本地種的競爭結果。

　　研究人員利用植物-土壤反饋的研究手段（圖1），在第一階段，選擇了4種外來(lái)植物和6種本地植物分別對土壤進(jìn)行了馴化（即隨著(zhù)植物的生長(cháng)，它會(huì )改變土壤微生物的構成），并設置了一個(gè)沒(méi)有植物的對照。植物生長(cháng)15周后，研究人員收獲了土壤，并采樣進(jìn)行擴增子測序得到土壤細菌和真菌的群落結構。在第二階段，研究人員將新一批植物（5種外來(lái)植物和5種本地植物）種在了收獲的土壤，共設置了5個(gè)競爭處理：外來(lái)/本地種的單種，外來(lái)/本地種的單物種種群，以及外來(lái)本地種的混種群落。

　　研究發(fā)現：當沒(méi)有第三個(gè)物種（即土壤沒(méi)有被馴化），或者第三個(gè)物種是本地植物的情況下，后來(lái)的外來(lái)植物和本地植物的平均生物量無(wú)顯著(zhù)差異，表明其競爭能力沒(méi)有顯著(zhù)差異（圖2)。然而當第三個(gè)物種是外來(lái)植物時(shí)，后來(lái)的外來(lái)植物競爭能力高于本地植物。這一發(fā)現支持了“入侵災難”假說(shuō)（invasional meltdown hypothesis)，即外來(lái)種會(huì )互相促進(jìn)彼此的入侵，從而取代本地種。該研究進(jìn)一步發(fā)現，不同植物對土壤微生物群落的影響不同。更重要的是，外來(lái)種兩兩之間的土壤微生物群落相似度很低（圖3a），并且土壤微生物群落相似度低的物種之間的負作用小（圖3b）。這揭示了本研究中發(fā)現的“入侵災難”是由土壤微生物驅動(dòng)的。

　　該研究由德國康斯坦茨大學(xué)張致杰博士（第一作者）、中科院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所劉艷杰研究員（通訊作者）等共同完成，研究成果于近期發(fā)表在國際生態(tài)學(xué)Top期刊Nature Ecology & Evolution上。本研究是張致杰博士與劉艷杰研究員在土壤微生物介導的外來(lái)植物入侵方向合作的第二篇文章，兩人合作闡明的“土壤微生物介導的外來(lái)植物和本地植物之間的競爭是‘多樣性-入侵性’之間負相關(guān)關(guān)系的潛在機制”也于不久前在線(xiàn)發(fā)表在生態(tài)學(xué)經(jīng)典期刊Ecology上。

　　相關(guān)論文信息：

　　Zhang Z, Liu Y*, Brunel C, van Kleunen M (2020) Soil-microorganism-mediated invasional meltdown in plants. Nature Ecology & Evolution, https://doi.org/10.1038/s41559-020-01311-0.

　　Zhang Z, Liu Y*, Brunel C, van Kleunen M (2020) Evidence for Elton’s diversity-invasibility hypothesis from belowground. Ecology. https://doi.org/10.1002/ecy.3187.

圖1 實(shí)驗設計

圖2 土壤馴化對外來(lái)植物（橘色）和本地植物（紫色）平均生物量的影響。 高平均生物量代表更高競爭能力。在外來(lái)植物馴化的土壤上，后來(lái)的外來(lái)植物平均生物量高于后來(lái)的本地植物。

圖3 不同植物土壤微生物群落的相似度（a）。藍色代表相似度低，紅色代表相似度高。左上角為外來(lái)植物之間的相似度，右下角為本地植物之間的相似度，中間為外來(lái)植物與本地植物之間的相似度。土壤微生物群落相似度與土壤遺留效應的關(guān)系（b）。正的土壤遺留效應代表植物對土壤馴化促進(jìn)后來(lái)植物的生長(cháng)。本圖僅展示內生真菌，細菌，整體真菌的結果具有相同趨勢，但不顯著(zhù)，具體可見(jiàn)原文。