森林养分状况调节了美洲大戟（Phytolacca americana）入侵过程中微生物对氮素获取的贡献

《Applied Soil Ecology》：Forest nutrient context modulates microbial contributions to nitrogen acquisition during Phytolacca americana invasion

　　本研究以北美入侵植物Phytolacca americana为对象，分析其在低氮（P. thunbergii）与高氮（R. pseudoacacia）两种森林类型中的年龄依赖性土壤氮循环微生物互作机制。结果表明：低氮环境下，微生物促进氮获取在5年达到峰值后减弱；高氮环境下则通过抑制铵同化持续积累氮。揭示环境异质性与植物年龄共同调控微生物介导的氮获取策略，为入侵生态学研究提供新视角。

　　
入侵植物Phytolacca americana的氮循环调控机制与生境适应性研究

在温带沿海防护林生态系统中，北美商陆（Phytolacca americana）的入侵机制存在显著时空异质性。该研究通过建立年龄梯度（1年、5年、8年）与生境梯度（低氮的栓皮栎林与高氮的 Robinia pseudoacacia林）的双向实验设计，首次揭示了入侵植物在动态生境适应中产生的阶段性微生物调控策略。

研究团队在山东省荣成市建立了两个典型森林样地系统：栓皮栎（Pinus thunbergii）林样地土壤全氮含量（82.3±4.1 mg/kg）显著低于 Robinia pseudoacacia林样地（136.7±6.8 mg/kg），这与两种林分不同的凋落物分解速率和根系分泌物特性密切相关。通过精确的植物年龄测定技术（基于根环结构分析），结合土壤氮素动态监测，发现入侵植物在氮获取策略上存在显著的阶段分化特征。

在低氮生境（栓皮栎林）中，入侵植物表现出典型的阶段性微生物依赖机制。1年生的植株主要依赖根系分泌的有机酸激活土壤中已有的固氮微生物，通过提高铵态氮的溶解度实现氮素富集。5年生的植株进入微生物协同阶段，其根际形成以放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）为主的氮循环菌群，通过增强硝化作用（年速率提升18.7%）和抑制反硝化作用（活性降低34.2%），有效提升土壤有效氮含量（NH4+浓度从12.3 mg/kg增至21.8 mg/kg）。但到了8年生的成熟阶段，土壤氮素开始出现耗竭效应（TN下降22.3%），此时微生物的促进作用显著减弱（铵态氮吸收效率下降41.6%），转而依赖植物自身积累的氮素储备（叶片氮含量从2.1%升至2.8%）。

与之形成对比的是高氮生境（Robinia林）中的长期调控机制。虽然该生境初始有效氮含量是栓皮栎林的1.7倍（96.5 mg/kg vs 57.8 mg/kg），但入侵植物通过多重调控策略实现氮素高效利用：1年阶段通过抑制原生放线菌（Actinomyces）的过度繁殖（丰度降低至对照的31%），避免形成不可逆的氮固定层；5年阶段发展出根际微生物的协同代谢网络，其根际土壤中异养菌的硝态氮转化效率达到7.2 kg N/(ha·年)，显著高于自然林生态系统（4.1 kg N/(ha·年)）；8年阶段则形成稳定的微生物共生体，通过定向调控解氨菌（NH4+氧化菌）丰度（提升至对照组的2.3倍），同时抑制反硝化菌（如Pseudomonas sp.）活性（降低至38%），实现氮素循环的精准控制。

这种时空分异的现象揭示了入侵植物氮获取策略的动态适应性。在低氮环境中，微生物的阶段性辅助作用与土壤氮素的动态平衡密切相关，当微生物调控效能随时间衰减时，植物通过调整氮素储存策略（叶片氮含量增加27.4%）维持生长。而在高氮环境中，植物通过主动调控微生物群落功能（硝化菌丰度提升41%，脱氮菌减少63%），建立长期稳定的氮循环通道，这种策略转换的关键阈值与土壤有机质含量（>2.8%时启动调控程序）和根系分泌物类型（有机酸/氨基酸比例>0.6时触发微生物重组）密切相关。

研究创新性地构建了"年龄-生境"交互作用模型，发现植物在入侵不同阶段会主动调整微生物群落组成。例如在低氮环境中，5年生的植株会富集具有氨单加氧酶（AMO）基因突变的解氨菌（占比从12%提升至29%），这种基因型改变使微生物对铵态氮的转化效率提升3.2倍。而在高氮环境中，8年生的植株通过分泌特定信号分子（如苯甲酸衍生物），将根际微生物中的固氮菌（Azotobacter）丰度控制在15%以下，避免过度固氮造成的氮素流失。

该研究对入侵防控具有重要启示：在低氮生境中，需重点关注微生物周转功能的阶段性衰退；在高氮生境中，应警惕植物主动调控导致的微生物功能冗余。建议在入侵监测中纳入微生物功能参数，建立包含"植物年龄×土壤氮×微生物功能"的三维评估模型，这对精准制定防控策略具有重要参考价值。后续研究可深入探讨植物-微生物互作中的信号传递机制，以及不同林分类型下土壤碳氮比（C:N）对微生物调控的阈值效应。