歷史因素對(duì)土壤微生物群落與外來(lái)細(xì)菌入侵間關(guān)系的影響

馬 超,龔 鑫,郜紅建,吳 婧,李大明,陳小云,李輝信,劉滿強(qiáng),*

1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,南京 210095 2 農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,合肥 230036 3 江西省紅壤研究所, 南昌 331717

鑒于對(duì)指導(dǎo)生態(tài)保護(hù)實(shí)踐和驗(yàn)證生態(tài)學(xué)經(jīng)典理論發(fā)展均有重要作用,土著生物群落特征對(duì)外來(lái)種入侵的影響(即群落可入侵性)一直都是入侵生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)[1- 3]。保護(hù)和基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)家曾分別根據(jù)群落可入侵性研究成果明確優(yōu)先保護(hù)的生態(tài)區(qū)域和探究生物群落構(gòu)建的機(jī)理[4- 5]。但當(dāng)前群落可入侵性和群落特征間關(guān)系的報(bào)道卻存在諸多分歧,既有認(rèn)為物種多樣性會(huì)增加群落穩(wěn)定性的生物多樣性阻抗假說(shuō)[1],也有與之對(duì)立的反多樣性阻抗假說(shuō)——生物多樣性高的群落反而更易被入侵[6]。鄭景明和馬克平[7]提出研究尺度不同是造成上述分歧的主要原因：局域尺度上的生物入侵過(guò)程由生物相互作用主導(dǎo),生物多樣性高的群落空余生態(tài)位少,因而外來(lái)種入侵和本地物種多樣性呈負(fù)相關(guān)[8]；區(qū)域尺度上環(huán)境篩控制外來(lái)種的入侵,生物多樣性高則意味著資源多樣性化程度高、生態(tài)位類型豐富,因而外來(lái)入侵種表現(xiàn)與土著生物多樣性成正比[9]。但現(xiàn)有關(guān)于土壤微域尺度生物群落特征對(duì)群落可入侵性影響的研究卻比較少。

前人研究指出,調(diào)控生物入侵的關(guān)鍵因素在入侵的不同階段可能會(huì)存在差異,從而使外來(lái)物種在入侵狀態(tài)在不同階段表現(xiàn)異同[10-13]。例如,Nawrot等[12]研究得出雙殼類動(dòng)物在紅海地區(qū)的入侵到達(dá)和建立分別由環(huán)境篩和生物相互作用主導(dǎo)；Ricciardi和Cohen[13]調(diào)查發(fā)現(xiàn)外來(lái)物種在新棲息地的定殖能力與其對(duì)土著群落的危害程度無(wú)關(guān)。但不論外來(lái)種入侵處于何種階段,影響生物入侵的關(guān)鍵因素為何,均不可能會(huì)影響被入侵地初始生物群落特征[14]。因此,土著生物群落特征和群落可入侵性之間的關(guān)系也會(huì)因入侵階段改變而變化。此外,由于群落形成實(shí)際上是由生物相互作用和環(huán)境篩選共同調(diào)控的[15],且群落的組成和結(jié)構(gòu)與其經(jīng)歷的歷史過(guò)程密切相關(guān)[16]。由此一個(gè)群落當(dāng)下的特征不僅會(huì)反映系統(tǒng)的歷史生物因素狀況,還可能反映系統(tǒng)的歷史非生物因素的影響[17],甚至全由歷史非生物因素決定[18]。這意味著即使外來(lái)種入侵過(guò)程由生物相互作用主導(dǎo),但如果群落的生物多樣性本身是由系統(tǒng)歷史非生物因素控制的,那么它最終也可能不會(huì)阻抗外來(lái)種的入侵(即不符合生物多樣性阻抗假說(shuō))。所以,歷史影響因素不同也會(huì)引起土著群落特征和外來(lái)種入侵之間關(guān)系出現(xiàn)差異。綜上可知,探明土壤微域尺度不同入侵階段的外來(lái)種狀況與土著群落特征之間關(guān)系,及其隨土著群落特征決定因素變化狀況尤為迫切。

本研究擬借助江西紅壤研究所布設(shè)于1981年的長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn),選擇長(zhǎng)期化肥和有機(jī)肥處理作用下的土壤,并通過(guò)將土壤滅菌并回接已方和對(duì)方的土壤懸液重新構(gòu)建土壤系統(tǒng),從而探究重建土壤系統(tǒng)生物群落特征與系統(tǒng)歷史影響因素以及外源青枯菌接入重建土壤后存活狀況之間的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)明確歷史因素對(duì)土壤微生物群落特征與外來(lái)細(xì)菌入侵潛力間關(guān)系的影響及機(jī)制的目標(biāo)。具體研究假說(shuō)包括：1) 不同土壤微生物群落特征對(duì)歷史生物因素和非生物因素作用的響應(yīng)不同；2) 在任何入侵階段,外來(lái)細(xì)菌入侵潛力僅和與其受相同歷史因素影響的生物群落特征相關(guān),而與其受不同歷史因素影響的生物群落特征無(wú)關(guān)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤分別采自江西省紅壤研究所(28°15′30′E和116°20′24′′N)紅壤性水稻土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田的化肥(每季作物施 N 90 kg/hm2、P2O545 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2)和有機(jī)肥(早稻施22500 kg/hm2紫云英、晚稻施 22500 kg/hm2豬糞)施肥處理,土壤類型為美國(guó)制土壤分類中的強(qiáng)淋溶土和鐵鋁土[19]。從每處理的三個(gè)重復(fù)小區(qū)采集耕層土壤(0—15 cm),混合后進(jìn)行大中型土壤動(dòng)物及根茬等殘?bào)w剔除、過(guò)篩(5 mm)和冷藏(4℃),基本理化性質(zhì)如表1。供試外來(lái)菌株為紅色熒光蛋白標(biāo)記的青枯菌RalstoniasolanacearumQL-Rs1115-RFP(R.solanacearum),由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江蘇省有機(jī)固體廢棄物利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供,RFP (紅色熒光蛋白)標(biāo)記后的菌株除了具Gmr(慶大霉素抗性)外,其余性狀同母株[20]。

表1 初始土壤的基本理化性質(zhì)

表中數(shù)字為平均值, *、**和***分別代表P<0.05,<0.01和0.001,a因?yàn)閮山M數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差均為0,故無(wú)法進(jìn)行t檢驗(yàn)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用交叉互換設(shè)計(jì)以便區(qū)分土壤歷史生物和非生物因素的作用[18,21],設(shè)置4個(gè)處理(圖1)：1)化肥處理滅菌土壤+化肥處理土壤微生物群落(CsCm)；2)化肥處理滅菌土壤+有機(jī)肥處理微生物群落(CsOm)；3) 有機(jī)肥處理滅菌土壤+化肥處理微生物群落(OsCm)；4)有機(jī)肥處理滅菌土壤+有機(jī)肥處理土壤微生物群落(OsOm)。試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行5次破壞性采樣,每次每處理取3個(gè)重復(fù)。

圖1 兩種施肥處理土壤生物和非生物因素交叉互換操作示意圖Fig.1 The schematic diagram of reciprocal transplanted soil biotic and abiotic factors after sterilized two different fertilization soilCC和OO：初始化肥處理和有機(jī)肥處理土壤,initial soil of chemical fertilizer and organic fertilizer treatment；Cm,Cs,Os,和Om：化肥處理土壤微生物群落,化肥處理滅菌土壤,有機(jī)肥處理土壤微生物群落和有機(jī)肥處理滅菌土壤,soil microbial inoculum and sterilized soil of chemical fertilizer treatment, as well as soil microbial inoculum and sterilized soil of organic fertilizer treatment；CsCm,CsOm,OsCm,和OsOm：化肥處理滅菌土壤+化肥處理土壤微生物群落,化肥處理滅菌土壤+有機(jī)肥處理微生物群落,有機(jī)肥處理滅菌土壤+化肥處理微生物群落以及有機(jī)肥處理滅菌土壤+有機(jī)肥處理土壤微生物群落處理,microbial inoculum from organic amended soils was introduced into sterilized soils with either chemical or organic groups, as well as the microbial inoculum from chemically fertilized soils was introduced into sterilized soils with either chemical or organic groups

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)兩種肥力土壤進(jìn)行滅菌并回接已方和對(duì)方生物群落處理。首先,稱取100.0 g經(jīng)γ-射線(50 KGy)輻射滅菌的兩種施肥處理土壤,分別放入250 mL帶蓋的玻璃瓶中。其次,稱取未滅菌土壤60.0 g,加入盛180 mL無(wú)菌水和若干玻璃珠的三角燒瓶中并振搖30 min,制成土壤生物接種懸液。最后,將裝有滅菌土壤的玻璃瓶等分成兩份后,分別均勻滴加已方和對(duì)方的土壤懸液3 mL即可。重建完成后,將60個(gè)玻璃瓶一同放在25℃黑暗下培養(yǎng)180 d (使所構(gòu)建系統(tǒng)穩(wěn)定)再接種外來(lái)菌。接種外來(lái)細(xì)菌前,隨機(jī)破壞性取不同處理土壤各3份進(jìn)行土壤微生物群落分析。

R.solanacearum接種前需在含30 μg/mL慶大霉素的50 mL LB培養(yǎng)基中進(jìn)行富集培養(yǎng)(220 r/min,30℃)。將培養(yǎng)至指數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)菌用無(wú)菌水離心(8000 g, 5 min)重懸3次后稀釋成108CFU/mL的菌液。分別移取3 mL稀釋過(guò)的R.solanacearum菌液至前述置換處理后的土壤系統(tǒng)中,使最終接種量達(dá)107CFU/g干土。25℃黑暗條件下繼續(xù)培養(yǎng)56天,于接種后第7、14、28天和56天進(jìn)行破壞性采樣。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

土壤原生動(dòng)物數(shù)量采用最大或然率法進(jìn)行計(jì)數(shù)[22]。土壤微生物磷脂脂肪酸分析參照Frostegard等[23]方法進(jìn)行。土壤細(xì)菌物種組成采用末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性技術(shù)(T-RLFP)進(jìn)行測(cè)定,土壤總DNA提取使用FastDNA? SPIN Kit for Soil試劑盒(MP Biomedicals, Solon, OH, USA),16S rRNA基因擴(kuò)增引物為：5′端帶熒光物質(zhì)FAM標(biāo)記的27f (6-FAM- 5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG- 3′)和引物1492r (5′-GGTTACCTTGTTACGACTT- 3′),限制性內(nèi)切酶HhaI,MspI和RSaI,并以T-RFs的相對(duì)組成計(jì)算物種多樣性[24]。土壤細(xì)菌代謝指紋分析通過(guò)Biolog-Eco板(Biolog, Hay-ward, CA, USA)培養(yǎng)測(cè)定實(shí)現(xiàn),由于供試土壤微生物碳源利用效率在72 h時(shí)最高,因而以該時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算功能多樣性[25]。土壤微生物呼吸、土壤有機(jī)碳和總氮等的測(cè)定分別采用室內(nèi)密閉培養(yǎng)法、高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法和開(kāi)氏消煮法[26]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析前分別利用Kolmogorov-Smirnov和Levene方法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布及方差齊性,并在必要時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采用t檢驗(yàn)分析土壤滅菌和交換接種前后土壤各微生物群落特征的差異。采用兩因素方差分析探究滅菌土壤環(huán)境和接種土壤微生物群落單獨(dú)和交互作用對(duì)重建土壤微生物群落特征以及外來(lái)細(xì)菌在其中存活的影響。冗于分析被用于揭示外來(lái)細(xì)菌存活量或存活時(shí)間與土壤各微生物群落特征的關(guān)系。線性回歸分析進(jìn)一步定量調(diào)查各土壤微生物群落特征與外來(lái)細(xì)菌存活狀況的關(guān)系。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖形制作分別在R 3.4.3和Origin 9.0上完成。

2 結(jié)果和分析

2.1 滅菌土壤環(huán)境和接種生物群落對(duì)重建土壤微生物群落的影響

重建土壤的微生物呼吸速率、細(xì)菌物種和功能多樣性主要受滅菌后土壤環(huán)境因素影響(表2)。僅接種生物群落不同時(shí),重建土壤的微生物呼吸速率、細(xì)菌物種多樣性和功能多樣性均無(wú)差異(P>0.05)；當(dāng)接種生物群落同為有機(jī)肥處理,相比接入化肥處理的滅菌土壤,接入有機(jī)肥的滅菌土壤微生物呼吸速率、細(xì)菌物種多樣性和功能多樣性分別顯著下降了29.5%,9.1%和6.5% (P<0.05) (表2)。

重建土壤的原生動(dòng)物數(shù)量、革蘭氏陰性與陽(yáng)性細(xì)菌比(G/G+)主要受接種土壤生物群落來(lái)源的影響(表2)。在接種生物群落來(lái)源相同而土壤環(huán)境不同時(shí),原生動(dòng)物數(shù)量和G/G+均無(wú)差異(P>0.05)；當(dāng)滅菌土壤同為化肥處理,與接種化肥處理的生物群落相比,接種有機(jī)肥處理土壤微生物群落后,重建土壤原生動(dòng)物數(shù)量和G/G+分別顯著下降和上升了17.7%和22.2% (P<0.05) (表2)。重建后土壤的真菌生物量不受滅菌后土壤環(huán)境和接種生物群落來(lái)源的影響(P>0.05) (表2)。

表2滅菌土壤環(huán)境和接種生物群落對(duì)重建穩(wěn)定后土壤生物群落特征的影響的方差分析

Table2SummaryofANOVAresultsfortheeffectsofsterilizedsoilandmicrobialinoculumonthecommunitycharacteristicsofreconstructedsoil

指標(biāo)Indices平均值和標(biāo)準(zhǔn)差Mean ± s.e. under each treatment方差分析F- and P-value from two-way ANOVACsCmCsOmOsCmOsOm SESMSE× SM微生物呼吸Microbial respiration/(mg kg-1 d-1)6.75±0.27 9.35±099B10.02±1.52 13.22±1.66A6.25?4.130.05原生動(dòng)物數(shù)量Protozoan/(log 個(gè)/g)11.28±0.29a9.28±0.21b11.20±0.48 9.77±0.050.3524.37??0.66真菌生物量Fungi biomass/(nmol/g)2.08±0.45 1.81±0.24 1.14±0.16 1.61±0.17 3.111.001.35革蘭氏陰陽(yáng)細(xì)菌比Gram-/Gram+0.63±0.02b0.81±0.04a0.74±0.06 0.86±0.07 2.026.32?0.30細(xì)菌物種多樣性Bacterial species diversity2.07±0.06 2.02±0.07B2.29±0.10 2.24±0.01A8.25?0.410.00細(xì)菌功能多樣性Bacterial functional diversity 2.84±0.07 2.89±0.04B2.91±0.09 3.10±0.01A4.20?2.820.88

t檢驗(yàn)被用于分析土壤滅菌和交換接種前后土壤各微生物群落特征的差異,小寫(xiě)字母表示同一施肥處理土壤滅菌后接種不同施肥影響下的土壤生物群落時(shí)t差異顯著,大寫(xiě)字母表示不同施肥處理土壤滅菌后接種相同處理土壤生物群落時(shí)t差異顯著,不同字母表示差異達(dá)到顯著水平(P< 0.05)。兩因素方差分析被用于探究滅菌土壤環(huán)境和接種土壤微生物群落單獨(dú)和交互作用對(duì)重建土壤微生物群落特征的影響,*和**代表P< 0.05和P< 0.01;SE：滅菌土壤環(huán)境,sterilized soil；SM：接種微生物群落,soil microbial inoculum

2.2 滅菌土壤環(huán)境和接種生物群落對(duì)外來(lái)細(xì)菌存活的影響

R.solanacearum進(jìn)入重建土壤后56天的存活量受主要微生物群落影響(F=10.78,P<0.05) (圖2)。滅菌化肥處理土壤接種有機(jī)肥處理的土壤生物較接種自身生物會(huì)顯著促進(jìn)R.solanacearum的存活；滅菌有肥土壤接種化肥處理生物群落呈相反的趨勢(shì)(圖2)。與存活量不同,R.solanacearum的存活時(shí)間卻是由滅菌土壤環(huán)境決定的(F=2.35,P<0.01) (圖2)。不論是接種有機(jī)肥還是化肥處理的生物群落,滅菌有機(jī)肥處理土壤中外來(lái)R.solanacearum的存活時(shí)間始終顯著高于滅菌化肥處理土壤的(圖2)。

圖2 不同滅菌土壤環(huán)境和微生物群落組合土壤中外來(lái)細(xì)菌的存活量和總存活時(shí)間 Fig.2 Abundance and time needed to reach detection limit (ttd) of R. solanacearum after inoculating into different reconstructed soils 圖中展示了兩因素方差分析的F值和P值以及單因素方差分析和Duncan檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 土著微生物群落特征與外來(lái)細(xì)菌存活的關(guān)系

冗于分析顯示,不同土壤生物群落特征與R.solanacearum在土壤中存活量或存活時(shí)間的關(guān)系存在顯著差異(圖3)。其中,R.solanacearum在56天的存活量與土壤原生動(dòng)物數(shù)量和G/G+關(guān)系較為密切,但R.solanacearum在土壤中存活時(shí)間則主要受土壤微生物呼吸速率、細(xì)菌物種和功能多樣性影響。

圖3 外來(lái)R. solanacearum接入土壤后的存活狀況與土壤生物群落特征關(guān)系的冗于分析Fig.3 Redundancy analysis (RDA) of soil microbial community characteristics and the survival of R. solanacearum in soil

回歸分析表明,原生動(dòng)物數(shù)量和G/G+同R.solanacearum在土壤的存活量明顯相關(guān),且前者為負(fù)相關(guān)、后者為正相關(guān)(P<0.05)；而土壤微生物呼吸速率、細(xì)菌物種多樣性和功能多樣性則同R.solanacearum的存活時(shí)間均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；土壤真菌生物量同上述二者均不相關(guān)(P>0.05) (圖4)。

圖4 外來(lái)菌在土壤中存活狀況與土壤各生物特征之間的關(guān)系Fig.4 Relationships between the survival of R. solanacearum in soil and resident soil microbial community characteristics圖中展示了相關(guān)性分析的R值和P值

3 討論

重建土壤生物群落的原生動(dòng)物數(shù)量、革蘭氏陰性與陽(yáng)性細(xì)菌比(G/G+)等群落特征主要由歷史生物因素決定,而微生物呼吸速率、細(xì)菌物種和功能多樣等則受歷史非生物因素控制(表2),這與Xun等[18]的發(fā)現(xiàn)類似。通過(guò)群落構(gòu)建過(guò)程的研究,前人發(fā)現(xiàn)群落的組成和結(jié)構(gòu)是生物和非生物因素共同作用的結(jié)果[29]。因而重建土壤系統(tǒng)的微生物群落特征也會(huì)反映系統(tǒng)非生物因素狀況。通過(guò)生物相互作用和環(huán)境篩選對(duì)外來(lái)種入侵相對(duì)貢獻(xiàn)研究,研究者發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)生物群落特征不代表生物相互作用影響的情況[17,30]。例如,Naeem等[17]指出當(dāng)群落可入侵性被外界環(huán)境因素(如氣候和資源)主導(dǎo)時(shí),生物多樣性和群落可入侵性呈正相關(guān),不能反映土著物種的競(jìng)爭(zhēng)作用對(duì)外來(lái)種存活的影響。土壤微生物活性、細(xì)菌的物種多樣性和功能多樣性等對(duì)土壤資源有效性的響應(yīng)較為敏感,而重建土壤生物群落的資源有效性又主要受滅菌土壤環(huán)境調(diào)控,這使得上述微生物群落特征被滅菌的土壤環(huán)境特征所主導(dǎo)[1-33]。土壤G/G+會(huì)隨滅菌土壤環(huán)境變化而出現(xiàn)一定波動(dòng),但僅在接種懸液不同時(shí)才出現(xiàn)顯著差異。這可能是因?yàn)橄到y(tǒng)中物種的出現(xiàn)與消失需較長(zhǎng)的時(shí)間才能趨于平衡,雖然8個(gè)月的時(shí)間跨度對(duì)周轉(zhuǎn)速率較快的微生物群落來(lái)說(shuō)較長(zhǎng),但是從群落整體的組成和結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),室內(nèi)培養(yǎng)過(guò)程仍無(wú)法改變先前30多年田間管理措施所形成的影響格局[18,29]。例如,長(zhǎng)期不同施肥措施不僅可通過(guò)調(diào)控土壤的養(yǎng)分供應(yīng)來(lái)直接影響土壤微生物群落,還能改變土壤pH、團(tuán)聚體等理化性狀而對(duì)土壤微生物產(chǎn)生間接作用[34]。土壤原生動(dòng)物多以細(xì)菌為食,自然也就會(huì)與土壤細(xì)菌的物種組成(G/G+)一樣,主要由接種土壤微生物群落所調(diào)控[35]。

已有的研究表明,在不同入侵階段,決定外來(lái)種入侵成功與否的因素會(huì)有所差異[12-13]。與前人研究發(fā)現(xiàn)一致,本研究顯示歷史生物因素主導(dǎo)外來(lái)細(xì)菌前期進(jìn)入土壤系統(tǒng)的數(shù)量,歷史非生物因素控制外來(lái)細(xì)菌在土壤中的存活時(shí)間(圖2)。Levine等[2]也認(rèn)為外來(lái)物種入侵初期受生物相互的影響強(qiáng)于環(huán)境因素的,而后期則主要受到環(huán)境因素的影響。外來(lái)細(xì)菌接種后能夠在56天后依然存在,說(shuō)明環(huán)境過(guò)濾作用(如pH)不會(huì)是其數(shù)量的限制因素。外來(lái)細(xì)菌進(jìn)入土壤56天后數(shù)量沒(méi)有爆增,此時(shí)土壤有效資源相對(duì)豐富,不會(huì)限制外來(lái)細(xì)菌的發(fā)展；但有限數(shù)量和尚未廣泛分布的外來(lái)細(xì)菌會(huì)對(duì)捕食和拮抗作用等生物相互作用異常敏感[6-37]。反之,隨著進(jìn)入土壤系統(tǒng)的時(shí)間延長(zhǎng),外來(lái)細(xì)菌進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,其受捕食和拮抗作用的影響會(huì)減弱,受土壤有效資源的影響會(huì)增強(qiáng)[38]。本研究還發(fā)現(xiàn),外來(lái)細(xì)菌進(jìn)入土壤初期的存活數(shù)量與原生動(dòng)物數(shù)量和G/G+相關(guān)；而外來(lái)細(xì)菌在土壤中存活天數(shù)與微生物活性、細(xì)菌物種多樣性和功能多樣性相關(guān)(圖3和圖4)。結(jié)合前段所述,外來(lái)細(xì)菌的入侵狀況是否可通過(guò)土壤微生物群落特征預(yù)測(cè),依賴于不同入侵階段二者的歷史影響因素是否一致。外來(lái)細(xì)菌接入土壤初期的入侵潛力會(huì)因原生動(dòng)物數(shù)量和革蘭氏陽(yáng)性菌比例增加而降低。這符合天敵逃逸假說(shuō)的論斷,因?yàn)樵鷦?dòng)物和部分革蘭氏陽(yáng)性菌(如放線菌)可分別通過(guò)捕食和分泌殺菌性代謝產(chǎn)物抑制外來(lái)細(xì)菌的活動(dòng)[39]。但是Yao等[28]研究卻指出外來(lái)細(xì)菌進(jìn)入土壤后所受的阻抗程度會(huì)隨革蘭氏陰性菌比例的增加而變強(qiáng),這或歸因于不同研究所選擇的外來(lái)菌種類和性狀是不同的。Yao等[28]研究關(guān)注的是大腸桿菌(土壤常見(jiàn)細(xì)菌)存活時(shí)間和G/G+的關(guān)系,而本研究分析的是青枯菌(一種土傳病菌)接入土壤初期的存活量。外來(lái)細(xì)菌進(jìn)入土壤后期的入侵潛力與土壤微生物活性、細(xì)菌物種和功能多樣性呈正相關(guān)。一般認(rèn)為小尺度上群落可入侵性與生物多樣性會(huì)呈反比,且物種多樣性和功能多樣性的表現(xiàn)應(yīng)有差異[1,10,40]。上述分歧主要是因本研究中細(xì)菌物種和功能多樣性以及土壤微生物呼吸均由歷史非生物因素決定,三者反映的均是土壤有效資源狀況而非生物相互作用。

本研究的供試土壤是來(lái)自同一長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田塊的不同施肥處理,這兩種化肥和有機(jī)肥影響的土壤在開(kāi)展施肥處理前的生物和非生物性狀是相同的。結(jié)合供試土壤基本性狀和入侵試驗(yàn)結(jié)果可知,長(zhǎng)期不同施肥管理措施能夠顯著改變農(nóng)田土壤的生物和非生物性狀,改變土壤的可入侵性。例如,有機(jī)肥處理土壤中外來(lái)細(xì)菌的入侵潛力明顯提升。這或歸因于：1)有機(jī)肥可利用自身攜帶的微生物直接改變土著微生物群落結(jié)構(gòu),可能改善外來(lái)細(xì)菌進(jìn)入初期的存活狀況；2)有機(jī)肥中豐富的有效資源可為外來(lái)細(xì)菌持續(xù)提供養(yǎng)分延長(zhǎng)存活時(shí)間,有機(jī)肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的改善也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)外來(lái)菌的生存[18,27,37]。

4 結(jié)論

重建土壤系統(tǒng)的生物群落活性、組成和結(jié)構(gòu)特征反映了歷史生物和非生物因素的遺產(chǎn)效應(yīng)。外來(lái)細(xì)菌不論是在入侵土壤前期還是后期,其入侵潛力與生物群落特征相關(guān)與否均取決于二者的歷史影響因素是否相同。長(zhǎng)期不同施肥措施可通過(guò)改變農(nóng)田土壤性質(zhì)而實(shí)現(xiàn)對(duì)群落可入侵性的影響。本研究有助于不僅緩解群落多樣性與可入侵性關(guān)系悖論,還能指導(dǎo)有益菌劑田間使用和土傳病害的防控。

致謝：美國(guó)Georgia Institute of Technology黎邵鵬博士和Kianpoor Kalkhajeh Yusef博士寫(xiě)作，特此致謝。