近日，国家重点实验室土壤生态与全球变化研究团队（李永春教授课题组）在土壤科学领域顶级期刊《Geoderma》（中科院1区TOP，IF5-year=7.0）在线发表题为《毛竹入侵阔叶林生境凋落物质量通过改变微生物功能调节土壤铵和硝态氮供应》（Litterfall quality modulates soil ammonium and nitrate supply through altering microbial function in bamboo encroachment of broadleaf forests）的研究论文，揭示毛竹入侵生境源于常绿阔叶林的凋落物，可以经由改变微生物功能提供毛竹偏好吸收的铵态氮而对毛竹入侵形成正反馈。
研究通过在天然阔叶林和入侵后形成的毛竹纯林之间进行凋落物交互移植控制实验，发现阔叶林中较高质量的凋落物（高纤维素含量和低木质素/N）通过改变土壤真菌组分和提高其木质素分解能力来增强铵态氮生产；毛竹林中低质量的凋落物通过改变细菌群落和提高脲酶活性来增加硝态氮生产。同时，凋落物交互移植实验也发现阔叶林土壤中存在硝态氮限制，毛竹林中存在铵态氮限制；但阔叶林凋落物置换到毛竹林中能弥补铵态氮限制，而毛竹林凋落物置换到阔叶林则无法缓解硝态氮限制。本研究组之前通过15N示踪控制实验证实，毛竹对铵态氮、阔叶树种对硝态氮存在偏好吸收（胡晓嫣等，2021，Biology and Fertility of Soils，中科院1区TOP，IF5-year=6.9）。因此，本研究揭示了凋落物质量调控土壤氮素供应从而对毛竹入侵形成正反馈，从氮素有效性驱动的植物—土壤互作角度阐明了毛竹入侵和扩张的地下生态学机制。
毛竹因其生长迅速和克隆特性具有强大的入侵能力，加之自然保护区内不允许进行人为采伐干扰，导致其不断向天然阔叶林蔓延并替代原有森林，严重威胁到亚热带生态敏感区的植被多样性。土壤氮素有效性是森林生态系统生产力的主要限制因子，植物/树种对铵或硝态氮的偏好吸收决定了入侵和非入侵物种的共存或某些植物的优势地位。近年来研究组主要围绕3个科学问题：（1）毛竹入侵改变森林植被组成如何重塑土壤功能菌群并改变铵/硝态氮生产速率？（2）毛竹和常绿阔叶林优势树种是否对铵或硝态氮存在偏好吸收？（3）毛竹和阔叶林凋落物输入如何调控土壤铵或硝态氮供应？阐明毛竹入侵常绿阔叶林过程中土壤氮素有效性驱动的植物—土壤互作机制。
围绕上述科学问题的持续研究表明，毛竹入侵常绿阔叶林增加了土壤真菌多样性但降低了其丰度，驱动土壤矿质氮生产增加但降低了硝化速率（李永春等，Plant and Soil，2017，中科院1区Top）；进一步分析发现毛竹入侵后土壤腐生真菌比例增加但共生真菌比例降低，真菌木质素降解基因是驱动矿质氮生产增加的主要因素（陈志豪等，Science of The Total Environment，2021，中科院1区Top）；此外毛竹入侵生境氮素矿化模式也存在季节差异，春季特异的土壤真菌和细菌群落及功能类群，有助于在毛竹生长季开始时显著增加矿质氮供应，以保障其快速生长的需要并利于其向邻近天然林扩张（Sardar MF，Science of The Total Environment，2023，中科院1区Top）。不同氮素形态及配比处理下，毛竹苗在铵态氮为主要氮源时生长优势更明显，青冈苗则对硝态氮同化利用能力更强（王兴萌等，生态学杂志，2019）。另外，我们也发现阔叶林和毛竹林凋落物木质素和纤维素含量的差异，改变了真菌和细菌群落对土壤铵态氮和硝态氮生产的相对贡献（卢小妮等，生态学报，2022）；与阔叶林凋落物相比，毛竹可通过其凋落物淋溶液显著提高土壤氮矿化速率，产生利于毛竹生长的土壤养分环境以促进其入侵进程（王兰鸽等，2023，农业生物技术学报）。
该研究由国家重点实验室土壤生态与全球变化研究团队和加拿大阿尔伯塔大学、美国明尼苏达大学和浙江大学的研究人员合作完成，国家重点实验室为第一单位和通讯作者单位，博士生滕秋梅、硕士生卢小妮为共同第一作者，李永春教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目和浙江省自然科学基金重点项目资助。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706123002690
