除草剂重复施用对植物和土壤微生物群落的非靶标效应：以乳浆大戟入侵生态系统为例

《Ecosphere》：Frequency-dependent herbicide effects on rangeland plants and soils exceed those of the invader

　　本文探讨了重复施用残留性除草剂对乳浆大戟入侵生态系统中植物群落和土壤微生物的影响。研究发现，单次施用除草剂虽能有效控制入侵植物，但对非靶标阔叶植物造成显著负面影响，且这些影响在二次施用后加剧并可能持久化。相比之下，土壤微生物群落（如细菌）表现出较强抵抗力，但丛枝菌根真菌丰度下降，并伴随土壤有效碳库的减少。研究强调了除草剂重复使用导致的生态风险，即植物群落恢复力弱于土壤系统，可能引发生态系统功能退化。编辑推荐此研究为入侵植物管理策略的优化提供了重要的生态学依据。

　　

除草剂重复施用对植物和土壤微生物群落的非靶标效应研究

材料与方法

研究在加拿大萨斯喀彻温省的Douglas Provincial Park进行，该地为混合草原生态系统，土壤为砂质Regosolic土。实验设立10个区块，每个区块包含被乳浆大戟入侵和未入侵的样地，并随机分配三种除草剂处理：不施用、单次施用、连续两年施用。使用的除草剂为Navius Flex，含有甲磺隆和氨基环吡啶酯两种活性成分。每年夏季进行植物群落调查、生物量收割，并采集土壤样品用于分析微生物群落磷脂脂肪酸、土壤总碳、总氮、硝态氮、铵态氮及水溶性有机碳。

除草剂对乳浆大戟的控制效果

除草剂施用显著降低了乳浆大戟的生物量、茎密度和盖度。单次施用后，乳浆大戟受到明显抑制，但在第三年有恢复迹象；而连续两年施用的样地中，其恢复程度显著低于单次施用处理，表明重复施用能延长控制效果，但可能需持续干预以彻底抑制入侵种群。

除草剂和乳浆大戟对植物群落结构的影响

除草剂对非靶标植物群落产生显著负面影响，尤其是阔叶植物。单次施用导致阔叶植物物种丰富度下降，二年生草本植物生物量减少；二次施用后，灌木生物量也显著降低，且群落恢复延迟。植物功能群组成在除草剂处理后发生显著变化，重复施用导致群落结构与对照组差异增大，而单次施用后群落有一定恢复能力。乳浆大戟入侵本身对植物群落的直接影响较小，仅个别年份与除草剂处理交互影响阔叶植物丰富度。

除草剂和乳浆大戟对微生物群落的影响

除草剂对土壤微生物群落整体结构影响较小，细菌各功能群丰度无显著变化。但重复施用导致革兰氏阴性菌应激指数升高，表明显著的生理胁迫。真菌和丛枝菌根真菌对除草剂更敏感，尤其在二次施用后丰度显著下降，可能与阔叶植物宿主减少相关。乳浆大戟入侵对微生物指标影响不显著，仅从枝菌根真菌在入侵样地中略有降低。

除草剂和乳浆大戟对土壤养分的影响

土壤总碳、总氮及碳氮比未受除草剂影响。单次施用后入侵样地硝态氮浓度短暂升高，可能与乳浆大戟残体分解相关；重复施用导致水溶性有机碳显著降低，反映碳输入减少。乳浆大戟入侵对土壤养分影响有限，表明除草剂的非靶标效应主要源于植物群落变化而非入侵本身。

讨论

除草剂重复施用对植物群落的负面影响远高于土壤微生物群落，表明土壤系统具有更强抵抗力。单次施用的生态效应多为暂时性，而二次施用导致阔叶植物长期丧失、真菌丰度下降及碳库减少，可能引发生态系统功能退化。乳浆大戟入侵生态系统的管理需权衡控制效果与生态风险，避免二次入侵及土著物种损失。未来研究应关注不同管理策略的集成应用，以优化入侵植物控制中的生态平衡。