关于研究论文“The effect of Lantana camara Linn. invasion on soil chemical and microbiological properties and plant biomass accumulation in southern China”的综合报告

作者及研究发表背景

本文由 Ling Fan, Yan Chen, Jian-Gang Yuan 和 Zhong-Yi Yang 等研究者完成，他们隶属于中国广州中山大学生命科学学院和国家生物控制重点实验室。论文发表在国际学术期刊 Geoderma 的第154卷（2010年），页码范围为370-378。此文以南中国为研究区域，探讨了入侵植物 Lantana camara（马缨丹） 对土壤化学和微生物特性以及植物生物量积累的影响。

学术背景

Lantana camara 是一种源自热带美洲的灌木植物，被列为全球100种最具破坏性的入侵物种之一（IUCN, 2001）。在许多地区，此植物因其释放挥发性和非挥发性化学物质，对本地植物的再生过程造成破坏，如在澳大利亚对邻近植物的化感抑制作用（gentle and duggin, 1997）。然而，显著的负面效应主要通过温室条件下实验得出，缺乏对野外生态系统的验证（Diamond, 1983）。
在南中国，Lantana 于1645年作为观赏植物引进，并逐渐被自然化。然而，目前关于其对南中国生物多样性及植物群落影响的研究十分有限，且尚未观察到生态系统中明显的负面影响。因此，科研人员选择这一植物入侵场景，试图明确其是否具有潜在生态风险，同时验证其是否能改良土壤性质，为生态恢复提供可能方案。

研究目的与假设

本研究的目的是探讨 Lantana camara 是否构成南中国的有害入侵者，并评估其对土壤化学特性、微生物活性及植物生长的影响。研究提出了以下假设： 1. Lantana 下的土壤会抑制作物的生长。
2. Lantana 会对土壤的微生物活性（例如呼吸作用、酶活性等）和微生物量产生负面影响。
3. 如果 Lantana 对土壤具有不良影响，其微生物功能多样性将随着与植物距离的增大而改善。

研究流程

研究分为以下几个阶段进行：

1. 实验地点选择和样本采集

• 实验地点：研究选取了广东省清远市北江河岸的一片自然复绿斜坡（坐标：23°39’979”N，113°8’992”E），区域内广泛分布 Lantana individuals，附近有部分本地伴生物种如 Paspalum conjugatum 和 Polygonum chinense。
  
• 采样种类：将 Lantana 个体正下方土壤称为“in site”，**Lantana 个体边界处称为“on site”，距离2-5米称为“out site”。
  
• 每种土壤点针对表层（0-10cm）进行了样本采集，每点采集三次后混合均匀。不同处理均有四个重复样本。

2. 土壤化学特性分析

研究分析了土壤的pH、有机质（SOM）、总氮（N）、总磷（P）、有效氮和有效磷（Olsen P）等指标，方法参照Page等（1982）的方法。

3. 微生物和酶活性的测试

研究采用以下方法测试土壤微生物群落特性： - 微生物量C、N和P通过氯仿熏蒸提取法测定。
- 土壤呼吸包括基础呼吸（Basal respiration, BR）和底物诱导呼吸（Substrate-Induced respiration, SIR）。通过 CO₂ 的释放量评估微生物活性。
- 酶活性测试包括7种土壤酶（如Urease、Acid phosphatase等）活性。

4. 植物生物量的测量

将采集自不同土壤点的样本用于栽培三种植物：Italian ryegrass (Lolium multiflorum)、绿豆（Vigna radiata）和萝卜（Raphanus sativus）。分别观察90天、7天和15天后植物的地上部分及根部干重生物量。

5. 功能多样性测试

采用 Biolog Ecoplates™ 工具，评估土壤微生物群落对31种碳源的利用能力。通过测量60小时后的吸光值，分析群落功能多样性。

研究结果

1. 土壤化学特性：
- Lantana 下（in site）土壤的pH值、总氮、总磷、有机质及有效养分含量显著高于 on 与 out 样本。
- 有机质（SOM）在in点为3.12%，分别比on和out高出9%和15%。有效磷和有效氮含量在in点分别比out点高出了65%和162%。

2. 植物生物量：
- Italian ryegrass 和萝卜在in点土壤中积累的生物量显著高于其他土壤条件；绿豆的生长未有显著差异。

3. 微生物和酶活性：
- 微生物量C在三个区域之间差异不大，但微生物量N和微生物量P在in区域显著高于on和out，分别超出约23%-253%。
- 土壤酶活性（如Urease 和 Acid phosphatase）在in土壤中最高，显著高于on与out。

4. 微生物功能多样性：
- 基于Biolog Ecoplates™的数据分析表明，in和on土壤的微生物群落对碳源的利用率相似，功能多样性和基质活性明显高于out土壤。

5. 总体效应：
- Lantana 提高了土壤化学肥力和微生物活性，明显促进了植物的生长积累，特别是对碳循环和磷循环的加速作用显著。

研究结论与意义

Lantana camara 对土壤改良表现出积极效应，其能提升土壤化学肥力并加速养分循环，为本地植物，特别是Italian Ryegrass 和萝卜的生长提供支持。研究表明，Lantana 非但没有表现出普遍的化感抑制作用，反而可能在南中国湿润和高降水条件下表现出有益作用。然而，为验证其长期生态风险以及用于生态恢复的潜力，还应进一步研究。

研究亮点

1. 该研究为南中国地区的Lantana生态角色提供了详实数据和创新视角。
   
2. 在真实自然地貌中调查土壤促进效应，颠覆部分温室实验结论。
   
3. 结合微生物功能多样性和酶活性测试，将化感与土壤肥力调节相结合分析。

潜在价值与后续研究方向

作者建议：该物种在南方中国生态恢复或退化土地复绿方面具备应用潜力，但应对其长远的生态侵害风险保持持续关注。