科研進(jìn)展

東北地理所與康斯坦茨大學(xué)合作在“多樣性-入侵性”關(guān)系研究中取得新進(jìn)展

文章來(lái)源:東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所    |    發(fā)布時(shí)間:2020-09-21    |    【打印】 【關(guān)閉

  在生物入侵生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域,本地生物多樣性與外來(lái)生物入侵之間的關(guān)系長(cháng)久以來(lái)成為群落可入侵性探討的焦點(diǎn)問(wèn)題。1958年,英國生態(tài)學(xué)家Charles Elton提出經(jīng)典的“多樣性-入侵性”假說(shuō),認為本地群落物種多樣性越高對外來(lái)生物入侵的抵抗能力越強。盡管該假說(shuō)被提出之后得到了許多模型或實(shí)驗研究的支持,但是一方面,實(shí)驗大多在驗證“多樣性-入侵性”的負相關(guān)關(guān)系,未具體探究其機制;另一方面,理論都以資源競爭作為機制來(lái)探討“多樣性-入侵性”的關(guān)系,忽略了天敵(例如土壤微生物)介導的競爭。

  針對以上研究缺口,中科院東北地理與農業(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)研究團隊借鑒植物-土壤反饋的研究方法,利用溫室控制實(shí)驗,探究了本地植物多樣性如何通過(guò)土壤微生物調控外來(lái)植物的入侵過(guò)程。實(shí)驗第一階段,研究人員利用不同的本地植物物種馴化土壤微生物群落,并測定了不同植物馴化后的土壤微生物群落多樣性。實(shí)驗第二階段,研究人員將來(lái)自不同植物馴化過(guò)的土壤人工混合,組成不同的植物多樣性梯度的馴化土壤(分別是多樣性1、2和4),然后在這些土壤里種植外來(lái)植物,并測定其生長(cháng)表現。

圖一 實(shí)驗設計概念圖

  研究結果表明,與低多樣性的本地群落(兩種本地植物馴化的混合土壤)相比,高多樣性的本地群落(四種本地植物馴化過(guò)的混合土壤)對外來(lái)植物的抵抗更高。本地植物根際土壤微生物群落分析結果進(jìn)一步表明,不同本地植物馴化過(guò)的土壤真菌病原體群落組成存在顯著(zhù)差異。因此,研究人員推斷本地植物物種多樣性越高的植物群落,可能具有更高的植物病原體多樣性,因而對外來(lái)植物產(chǎn)生負反饋效應更強。本研究首次揭示,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。

圖二 不同本地植物多樣性梯度馴化土壤下外來(lái)植物的地上生物量差異

圖三 不同本地植物馴化過(guò)的土壤細菌(a,d),真菌(b,e)和真菌病原體(c,f)群落組成的差異(β多樣性和非共享的ASV)。不同顏色代表不同本地植物。NMDS圖中,不同點(diǎn)代表土壤樣品。

  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)經(jīng)典期刊Ecology上。論文信息如下:

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