本研究由Ling Fan、Yan Chen、Jian-gang Yuan⁎和Zhong-yi Yang⁎（通讯作者）共同完成，作者单位均来自中国广州的中山大学生命科学学院及生物控制国家重点实验室。研究成果发表于2010年的土壤学领域权威期刊《Geoderma》（卷154期，页码370-378）。论文标题为《The effect of Lantana camara Linn. invasion on soil chemical and microbiological properties and plant biomass accumulation in southern China》，聚焦外来植物马缨丹（Lantana camara Linn.）对中国南方土壤生态的影响。

学术背景

马缨丹被世界自然保护联盟（IUCN）列为全球百大入侵物种之一，其通过化感作用（allelopathy）抑制周边植物生长的特性在澳大利亚等地区已有明确记录。然而，马缨丹自1645年引入中国后，虽作为蜜源植物和园艺植物广泛分布，却缺乏对其生态影响的系统研究。本研究旨在通过分析马缨丹入侵对土壤化学性质、微生物特性及植物生物量积累的影响，评估其在华南地区是否具有生态危害性。研究假设包括：（1）马缨丹会抑制作物生长；（2）降低土壤微生物活性；（3）改变微生物功能多样性。

研究方法与流程

研究选址于广东省清远市大燕河河岸坡地（北纬23°39.979′，东经113°8.992′），该区域马缨丹与本地植物混生，人为干扰极少。实验设计采用空间梯度法，设置三个采样位点：
1. IN位点：马缨丹冠层下方土壤
2. ON位点：冠层边缘土壤
3. OUT位点：距植株2-5米的非马缨丹覆盖土壤

实验流程分为五个核心环节：
1. 土壤采样与预处理
- 每个位点采集0-10 cm表层土壤，混合后分为三部分：
- 冷冻（-20°C）用于微生物功能多样性分析（CLPP，Community Level Physiological Profiles）
- 冷藏（4°C）用于酶活性、微生物量及呼吸作用测定
- 风干后用于理化性质分析

1. 土壤理化性质分析

   • 测定pH、有机质（SOM）、全氮（Total N）、全磷（Total P）、速效氮（Available N）、速效磷（Available P），采用标准方法如凯氏定氮法（Kjeldahl）和钼蓝比色法（Molybdenum-blue-method）。
     

2. 微生物特性测定

   • 微生物量：氯仿熏蒸提取法测定微生物碳（Cmic）、氮（Nmic）、磷（Pmic），并计算比值（Cmic/Corg、Nmic/Nt、Pmic/Pt）。
     
   • 呼吸作用：基础呼吸（BR）和底物诱导呼吸（SIR）通过CO₂释放量评估。
     
   • 酶活性：测定7种酶（脲酶、精氨酸脱氨酶、酸性/碱性磷酸酶、CM-纤维素酶、蔗糖酶、多酚氧化酶）活性，采用比色法或底物特异性反应。
     

3. 微生物功能多样性分析

   • 使用Biolog Ecoplates™培养微生物群落，通过平均吸光度（AWCD，Average Well Color Development）和主成分分析（PCA）评估碳源利用模式。
     

4. 植物生物量实验

   • 在温室中种植意大利黑麦草（Italian ryegrass）、绿豆（Mungbean）和萝卜（Radish），比较不同位点土壤对生物量的影响。
     

主要结果

1. 土壤化学性质

   • IN位点土壤pH、SOM、全氮、全磷、速效氮/磷均显著高于ON和OUT位点（p<0.05）。例如，速效磷含量在IN位点为5.03 mg/kg，较ON位点高65%。
     

2. 微生物特性

   • IN位点微生物量氮（46.30 mg/kg）和磷（37.28 mg/kg）显著更高，且呼吸作用（BR: 187.92 mg CO₂ g⁻¹ 24 h⁻¹）和酶活性（如酸性磷酸酶活性提升2倍）显著增强。
     

3. 功能多样性

   • IN和ON位点的AWCD值（1.10-1.15）显著高于OUT位点（0.69），PCA分析显示碳源利用模式差异显著（PC1解释70.9%变异）。
     

4. 植物生长响应

   • 意大利黑麦草和萝卜在IN位点土壤中的生物量分别增加82%和39%，而绿豆未受显著抑制。
     

结论与价值

本研究首次在中国南方生态背景下证实：
1. 马缨丹通过提升土壤肥力（如氮磷循环加速）和微生物活性，促进部分作物生长，而非传统认知的抑制作用。
2. 微生物功能多样性增强与碳源利用效率提高相关，表明马缨丹可能通过改变微生物群落结构优化生态功能。
3. 应用价值：马缨丹可用于生态修复（如矿区复垦），但需进一步评估长期风险。

研究亮点

1. 方法创新：结合CLPP（Biolog Ecoplates™）与土壤酶活性多指标分析，全面解析微生物功能响应。
   
2. 挑战传统认知：在湿润气候区，马缨丹的化感效应可能被高土壤湿度削弱，其生态影响具有地域特异性。
   
3. 跨尺度验证：从微生物代谢到植物生长，建立了“土壤-微生物-植物”联动机制的证据链。
   

其他发现

马缨丹深层根系和凋落物特性可能促进养分截留，而高木质素含量凋落物有助于减缓养分流失。这一发现为入侵植物管理提供了新的生态调控思路。