外來植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響的研究概述

倪廣艷

中國科學院退化生態(tài)系統(tǒng)與植被恢復(fù)重點實驗室/中國科學院華南植物園，廣東 廣州 510650

作為全球環(huán)境變化的重要組成部分，外來植物入侵（exotic plant invasions）改變?nèi)肭值氐淖匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)，影響當?shù)氐沫h(huán)境、經(jīng)濟及生物安全，是引起全球性社會經(jīng)濟和環(huán)境問題的重要因素之一（馮玉龍等，2009）。外來植物入侵改變生態(tài)系統(tǒng)的植被組成，降低物種豐富度和多樣性（Vilà et al.，2011），最終改變生態(tài)系統(tǒng)的群落組成、結(jié)構(gòu)與功能，影響系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)與能量流動（Ehrenfeld，2003）。碳循環(huán)是陸地生態(tài)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的元素循環(huán)之一，外來植物入侵會改變生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)碳元素的吸收、轉(zhuǎn)化和傳遞，進而改變生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量，導致基于植被組成的碳儲量估算研究面臨新的挑戰(zhàn)，相關(guān)研究已成為近年來生態(tài)學研究的熱點之一（Peltzer et al.，2010；Wolkovich et al.，2010；Sampaio et al.，2021；Gao et al.，2022）。

國內(nèi)外學者前期已經(jīng)廣泛研究了外來植物入侵對各類生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響（Pattison et al.，1998；Kourtev et al.，2002；Litton et al.，2006；Wei et al.，2017；Craig et al.，2019；Yang，2019a；Cai et al.，2020；Gao et al.，2022），得出入侵階段、被入侵生態(tài)系統(tǒng)的群落組成以及環(huán)境因素（包括氣候、水文地質(zhì)、土壤和地形條件等）均會影響生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程與碳儲量等重要結(jié)論，然而，當前關(guān)于植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳源、碳匯功能的認定仍存在爭議。就整個陸地生態(tài)系統(tǒng)而言，地下部分碳元素的分配和轉(zhuǎn)化是調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)碳循環(huán)與存儲的核心環(huán)節(jié)，由于土壤緩沖體系的高度異質(zhì)性與復(fù)雜性，外來植物入侵對土壤碳循環(huán)的影響較為復(fù)雜，是入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響體系中最難以確定的部分，被認為是入侵引起的碳源、匯爭議的重要原因之一（Ni et al.，2020）。

前期，我國學者陳慧麗等（2005）綜述了外來植物入侵對入侵地土壤生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)過程的影響，閆宗平等（2008）綜述了植物入侵對陸地生態(tài)系統(tǒng)地下碳循環(huán)及碳庫的影響。與前人的研究不同，本文側(cè)重系統(tǒng)梳理外來植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)地上與地下碳存儲的影響，尤其關(guān)注對地下碳存儲的影響，并從氣候因素、入侵植物的個體特征及入侵植物與周圍生物的牧食關(guān)系三方面闡述植物入侵影響生態(tài)系統(tǒng)碳存儲的過程及機理，探索其碳源、匯功能爭議的可能原因。在理論上，本文為預(yù)測全球變化背景下植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響，進一步完善碳循環(huán)理論提供了重要的科學依據(jù)；在實踐上，為有效防控與合理利用外來入侵植物、高效管理森林生態(tài)系統(tǒng)，以及碳中和相關(guān)政策的制定等提供理論支持。

1 外來植物入侵改變植被覆蓋，改變生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力

外來植物入侵，無論是自然傳入還是因環(huán)境變化、經(jīng)濟貿(mào)易往來日益頻繁等造成的無意引入，亦或為改變地表環(huán)境而實施的有意引入，其對陸地生態(tài)系統(tǒng)最直接的影響是改變植被覆蓋，進而改變生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力、乃至生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)與功能等（Ehrenfeld et al.，2010）。根據(jù)前期研究報道，植物入侵引起的植被覆蓋變化可歸納為3種常見類型：第一，草本植物代替原有的裸露土壤。例如，馬來西亞引種薇甘菊（Mikaniamicrantha）以增加橡膠園的地面植被覆蓋率（Ni et al.，2006），我國為促淤造陸、保護灘涂而引進的鹽沼濕地恢復(fù)工具植物——互花米草（Spartinaalterniflora）（Qiao et al.，2019），以及上世紀30年代隨農(nóng)作物進口而首次傳入我國東北地區(qū)并迅速大面積蔓延的豚草等（Ambrosiaartemisiifolia）（王晉萍等，2012）。第二，灌木/木本植物入侵草地和稀樹草原，亦稱草原灌叢化（brush or woody plant encroachment），即原生的多類型草本植物逐漸被來自外域的單一灌木或木本種群替代（陳蕾伊等，2014）。這一類型的入侵常見于美洲、澳洲以及南非等地區(qū)的干旱和半干旱區(qū)（Hughes et al.，2006；Shen et al.，2022）。我國也有關(guān)于草原灌叢化的報道，例如，狹葉錦雞兒（Caraganastenophylla）在內(nèi)蒙古草原的典型草原、荒漠草原及草原化荒漠區(qū)占據(jù)絕對優(yōu)勢并形成大面積灌叢（陳蕾伊等，2014）。第三，生長能力較強的外來植物入侵次生林，改變?nèi)郝鋬?nèi)光照、水分和營養(yǎng)等的利用格局，致使次生林退化為植被形式較為單一的灌草叢或草叢（王伯蓀等，2003）；該類型的發(fā)生范圍較廣，如臭名昭著的薇甘菊、飛機草、紫莖澤蘭入侵我國南方次生林、林緣等引起的地表植被改變、物種多樣性驟減等就是這一類型的典型代表。以上不同的植被更替方式歸根結(jié)底可以歸納為對生物多樣性的改變，即外來植物入侵引起的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物多樣性由低向高演化或由高向低演化，演化的方向和進程往往與生態(tài)系統(tǒng)的初始狀態(tài)以及當前所處的入侵階段密切相關(guān)。

地表植被覆蓋改變不僅會影響生態(tài)系統(tǒng)碳截存能力，改變系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力，還會引起地表土壤資源的重新分配，進而影響與其關(guān)聯(lián)的生物及元素地球化學循環(huán)過程，最終改變生態(tài)系統(tǒng)地上、地下碳儲量（Litton et al.，2006；Liao et al.，2007，2008）。Liao et al.（2008）通過meta分析發(fā)現(xiàn)，入侵植物通常會增加被入侵生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力，地上凈初級生產(chǎn)力和凋落物增加使地上和地下碳庫分別提高了133%和6%。相比于該簡單明了的闡述，實驗生態(tài)學所獲得的研究結(jié)果則較為復(fù)雜。通常，入侵植物比鄉(xiāng)土植物具有更高的凈初級生產(chǎn)力和生物量，其入侵會增加群落的碳吸存（Ehrenfeld，2003；Valéry et al.，2004）。例如，草本植物（Brachypodium，Bromus及Avena屬）入侵美國加利福尼亞州的海岸帶鼠尾草群落后致使該群落的碳吸存增加；美國西部地區(qū)的草原灌叢化使得該地區(qū)的碳存儲快速上升（Wolkovich et al.，2010）。這一結(jié)論也得到了更多的以增加地面植被覆蓋為目的的有意引種案例的支持，特別是在入侵的初始階段。然而，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，植物入侵也會降低生態(tài)系統(tǒng)的碳吸存，如C4植物羽絨狼尾草（Pennisetumsetaceum）入侵夏威夷群島后，入侵地的碳損失加大（Litton et al.，2006）；絨毛雀麥（Bromustectorum）入侵美國內(nèi)華達州北部地區(qū)后，該區(qū)域由碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚矗˙radley et al.，2006）。此外，也有研究顯示，植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳吸存的影響并不顯著，如Ogle et al.（2004）使用Century模型研究了被兩種雀麥（Bromusjaponicus&B.tectorum）入侵50年的生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)碳吸存并未發(fā)生顯著變化；還有研究結(jié)果顯示，即便是被同一種外來植物入侵的生態(tài)系統(tǒng)，其結(jié)果也不盡一致，如Hook et al.（2004）研究被斑點矢車菊（Centaurea maculosa）入侵的生態(tài)系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)，有些樣點的碳庫比未被入侵的樣點小，有些樣點則大。以上研究結(jié)果說明，無論是在大區(qū)域還是小尺度范圍內(nèi)，植物入侵可以改變生態(tài)系統(tǒng)的碳存儲（Litton et al.，2006；Peltzer et al.，2010），而目前我們對于被入侵生態(tài)系統(tǒng)碳源、匯格局變化及其中的機制并不清楚，這就需要依賴外來植物入侵如何影響被入侵生態(tài)系統(tǒng)碳存儲的內(nèi)在機制的解析。

2 外來植物入侵改變地下碳累積過程

陸地碳循環(huán)的很大一部分是在地下進行的，地下碳循環(huán)不僅是全球碳循環(huán)的重要過程和核心環(huán)節(jié)，也是重要的碳庫組成之一（Ehrenfeld，2003；賀金生等，2004），研究地下碳循環(huán)的運行規(guī)律及調(diào)節(jié)機制有助于解析植物入侵影響生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的過程與機制。研究表明，不同外來植物入侵對土壤有機碳含量的影響不同，影響機制也不同。例如，被加拿大一枝黃花（Solidagocanadensis）入侵的生態(tài)系統(tǒng)的土壤總碳含量高于本地植物一枝黃花（S.decurrens）生長的土壤碳含量（陸建忠等，2005），而被日本小檗（Berberisthunbergii）和柔枝秀竹（Microstegiumvimineum）入侵的生態(tài)系統(tǒng)的土壤總碳含量低于本地植物生長的（Kourtev et al.，2002）。Li et al.（2006，2007）的研究表明，薇甘菊（Mikaniamicrantha）入侵深圳內(nèi)伶仃島致使其土壤有機碳減少了42%，這與其根系發(fā)達、須根密集有關(guān)；薇甘菊生長不僅增加了土壤的空隙度，還會向環(huán)境中分泌更多碳水化合物和有機酸等，利于土壤微生物的生長和繁殖，進而提高土壤呼吸，加速土壤有機碳流失。Windham et al.（1999）研究美國新澤西海岸的蘆葦（Phragmitescommunis）入侵狐米草（Spartinapatens）濕地生態(tài)系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)，雖然被入侵生態(tài)系統(tǒng)的植被生物量發(fā)生了改變，但土壤有機碳含量并未發(fā)生顯著變化。入侵植物羽絨狼尾草（Pennisetumsetaceum）入侵雖然增加了入侵地的土壤碳通量，但并未增加土壤碳庫（Litton et al.，2008）。甚至同一種入侵植物入侵不同的地區(qū)也會出現(xiàn)不同的結(jié)果，如互花米草入侵我國蘇北濱海濕地會增加土壤有機碳匯（張耀鴻等，2011），而入侵福建長江口紅樹林濕地則會減少有機碳匯（張祥霖等，2008）。

土壤有機碳礦化是陸地碳循環(huán)過程的重要組成部分，土壤有機碳礦化速率的微小改變能夠顯著影響土壤碳庫的大小，調(diào)節(jié)土壤向大氣排放二氧化碳。入侵植物可以通過提高或降低有機碳礦化的速率來調(diào)節(jié)土壤有機碳含量。如入侵美國科羅拉多州的地膚（Kochiascoparia），被其入侵的生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳礦化速率比6種本地植物的高40%（Vinton et al.，1995）；而受外來植物沙丘茅根（Elymus athericus）入侵的系統(tǒng)的土壤碳礦化速率較本地植物的低（Valéry et al.，2004）。另外，也有研究發(fā)現(xiàn)，入侵植物與本地植物生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳礦化速率的差異不明顯（Porazinska et al.，2003）。在比利時，被一枝黃花（Solidagogigantean）和黑野櫻（Prunus serotina）入侵的生態(tài)系統(tǒng)的土壤有機碳礦化速率提高，有機碳的動態(tài)變化加劇，而被巨型豬草（Heracleummanteggazzianum）和日本虎杖（Fallopia japonica）入侵的生態(tài)系統(tǒng)的有機碳礦化速率降低，土壤有機碳的動態(tài)變化減緩（Koutika et al.，2007）。與鄉(xiāng)土生態(tài)系統(tǒng)的土壤有機碳礦化速率相比，植物入侵是提高還是降低土壤有機碳礦化速率，其影響因素和運行機制還需要結(jié)合植物個體特征以及環(huán)境因素等作進一步探究。

3 植物入侵改變土壤碳循環(huán)的影響因素

植物入侵對土壤碳循環(huán)的影響是一個極其復(fù)雜的過程，以上不同、甚至相互矛盾的研究結(jié)果的產(chǎn)生與多種因素有關(guān)，包括植物的凈初級生產(chǎn)力、凋落物數(shù)量和分解率、根系特征、根際分泌物，外來植物所處生態(tài)系統(tǒng)的氣候環(huán)境如濕度、降雨、溫度、光照，外來植物及其與周圍生物之間的牧食關(guān)系等（Ehrenfeld，2003；陳慧麗等，2005；Ni et al.，2021）。我們可將這些環(huán)境與生物影響因素概括為3個方面，即入侵植物所處的氣候環(huán)境、入侵植物的個體特性，以及入侵植物與周圍生物之間的牧食關(guān)系（Peltzer et al.，2010）。

3.1 氣候因素的影響

有研究顯示，氣候變化可以增加植物入侵風險（Bradley et al.，2010），一些氣候因子變化可以提高入侵植物的傳播速率，擴大其分布范圍和覆蓋面積。例如，在美國，降雨量增大驅(qū)使入侵草本植物不斷向西部地區(qū)擴散（D’Antonio et al.，992），溫度升高使野葛（Puerarialobata）的分布范圍向北部和東南部地區(qū)擴散（Rogers et al.，2000），白茅（Imperatacylindrica）的分布也不斷向東南部地區(qū)擴散（Wilcut et al.，1988）。氣候變化在影響入侵植物分布范圍的同時，也會改變被入侵生態(tài)系統(tǒng)的地上和地下部分的碳吸存量。入侵對地上生態(tài)系統(tǒng)的影響主要與植被的地面覆蓋度和生長速率等有關(guān)，而對地下生態(tài)系統(tǒng)的影響較為復(fù)雜。例如，木本植物入侵草地后，降雨對土壤有機碳含量的影響與土壤濕潤程度有關(guān)，在干旱的地方提高土壤有機碳含量，在濕潤的地方則相反（Jackson et al.，2002）?？傮w上，氣候因素可在大區(qū)域范圍內(nèi)影響植被更替的速度、方向等，但就小氣候環(huán)境一致的特定區(qū)域而言，氣候因素并不能合理地解釋同地區(qū)、甚至同地區(qū)的同一入侵植物所產(chǎn)生的不同影響（如Hook et al.，2004）。

3.2 入侵植物個體特征的影響

土壤有機碳的積累主要受控于兩個基本因素：植被生產(chǎn)量的輸入（數(shù)量、質(zhì)量）和輸出（成分、降解速率等），這也是碳元素在自然生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)的初始與終端環(huán)節(jié)。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)起始于植物光合作用，光合作用生產(chǎn)的碳水化合物被用于維持植物的呼吸、生長和存儲等，很大程度上決定著生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力。葉片是植物進行光合作用的重要器官，也是無機碳向有機碳轉(zhuǎn)化的主要場所。通常，入侵植物或因本身光合速率較高，或因葉片形態(tài)特征優(yōu)勢，如葉片氮濃度、比葉面積和光能利用效率較高，建成成本較低等（Feng et al.，2011），這些特性使其物質(zhì)生產(chǎn)能力較高，致使被入侵生態(tài)系統(tǒng)的植物生物量和生產(chǎn)力均較高（Liao et al.，2007）。然而，葉片優(yōu)勢特征在不同入侵植物之間存在差異，如入侵植物的生長速率、光合能力、建成成本等并非總比本地植物高（Daehler，2003）?；谥参锶~片形態(tài)的Meta分析結(jié)果為入侵植物和本地植物的形態(tài)特征比較提供了相對準確的數(shù)據(jù)。例如，Leishman et al.（2007）利用Meta分析比較了全球范圍內(nèi)75種本地植物和90種入侵植物的葉片特征，發(fā)現(xiàn)二者獲取碳的基本策略的差異不明顯，但后者卻能獲得更多碳；同樣，Leishman et al.（2010）在比較澳大利亞東部122種入侵植物和本地植物的葉片特征后也得出了類似的結(jié)論?？梢姡琈eta分析的結(jié)果支持入侵植物光合能力強，可以向生態(tài)系統(tǒng)輸入更多有機碳的結(jié)論。

有機碳以凋落物和根系分泌物的形式進入土壤，經(jīng)土壤生物特別是微生物分解后又輸出至環(huán)境，構(gòu)成碳元素在自然生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)的終端環(huán)節(jié)，因此凋落物和根系分泌物的組成與降解速率在很大程度調(diào)節(jié)著植物有機碳向環(huán)境輸出的質(zhì)量與速率。以凋落物為例，Drenovsky et al.（2007）發(fā)現(xiàn)外來植物鉤刺山羊草（Aegilopstriuncialis）凋落物的木質(zhì)素與氮的比例較高，分解速率較慢，致使被其入侵生態(tài)系統(tǒng)的碳含量較高；美國堪薩斯東部的入侵植物北美圓柏（Juniperusvirginiana）凋落物的生物量高于本地草本植物，而降解速率低于本地植物，致使被其入侵后的群落凋落物組成與降解過程均發(fā)生改變，進而影響土壤碳循環(huán)進程（Norris et al.，2001）；而夏威夷森林的入侵植物火炬樹（Myrica faya）凋落物的降解速率則高于本地植物多型鐵心木（Metrosiderospolymorpha），致使其生態(tài)系統(tǒng)被入侵后養(yǎng)分循環(huán)加速（Vitousek et al.，1989）。即使是同一種入侵植物在入侵不同生態(tài)系統(tǒng)時其結(jié)果也不盡一致，如在美國新澤西地區(qū)的潮汐濕地，入侵2年的蘆葦（Phragmitesaustralis）凋落物的降解速率與本地植物互花米草相當（Windham et al.，2004）；也有報道指出，蘆葦?shù)蚵湮锏慕到馑俾时缺镜刂参锖撞荩⊿partinapatens）更低（Windham et al.，2003）。根系分泌物不僅可以通過改變微生物活性和合成胞外酶能力來調(diào)控土壤碳循環(huán)，其本身也是土壤有機碳的主要組成部分，因此分泌物的變化會影響土壤的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，某些組分甚至還具有抑制本地植物生長和/或促進自身生長的功能，這也是被廣泛研究的入侵機制之一——化感作用（Callaway et al.，2004），但有關(guān)入侵植物分泌物對土壤有機碳組成貢獻如何的研究還較為缺乏。

由于碳氮循環(huán)的耦合，土壤碳循環(huán)還會受土壤氮元素含量的影響與調(diào)節(jié)（Zhou et al.，2019）。柔枝莠竹入侵對土壤碳循環(huán)的促進效應(yīng)主要受土壤有效氮的調(diào)節(jié)（Craig et al.，2015）。固氮植物入侵往往會加速被入侵生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)，增加土壤碳和氮的積累，如揚子江濕地的固氮入侵植物互花米草死亡后，其地上部的附生生物能夠提高生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳含量（Liao et al.，2007；He et al.，2019）。

3.3 土壤生物的影響

土壤生物既是土壤有機碳的主要分解者，也是有機碳的貢獻者，它們的生理活動調(diào)節(jié)著土壤有機碳的輸入、周轉(zhuǎn)與輸出。植物入侵與土壤生物的關(guān)系極為密切，外來植物入侵可以通過改變土壤微生物和動物等的群落組成與結(jié)構(gòu)以調(diào)控自身生長和進一步入侵（Callaway et al.，2004；Peltzer et al.，2010；Torres et al.，2021；Nasto et al.，2022；Zhang et al.，2022）；而土壤生物的變化勢必會影響土壤碳循環(huán)。近年來，借助組學技術(shù)的快速發(fā)展，學者對入侵植物與土壤微生物之間的反饋關(guān)系有了較為深入的研究（Dawson et al.，2016；Zhao et al.，2019），然而，將植物——土壤反饋關(guān)系與碳循環(huán)相關(guān)聯(lián)的研究并不多。以薇甘菊為例，它在入侵地能分泌更多化感物質(zhì)（多碳類有機物），為土壤微生物提供更多的碳源，顯著提高土壤微生物的生物量及土壤真菌與細菌的比例（Ni et al.，2006；Li et al.，2007），同時也提高土壤養(yǎng)分循環(huán)速率，改善土壤養(yǎng)分狀況，使其自身的生長加快、擴張加劇（Chen et al.，2009；Hou et al.，2011）；然而，隨著入侵程度加重，土壤微生物含量增多，土壤碳累積速率卻呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，造成不同入侵階段對土壤有機碳庫產(chǎn)生正、負效應(yīng)的現(xiàn)象（Ni et al.，2020）。

4 展望

目前，有關(guān)植物入侵對地上生態(tài)系統(tǒng)影響的研究已相當廣泛，有關(guān)其對地下生態(tài)系統(tǒng)影響的研究也取得了不少的進展，然而，多數(shù)研究集中于入侵對土壤生物（動物、微生物生態(tài)及生理）和非生物因素的影響及從植物——土壤互饋效應(yīng)角度探討入侵成功的機理，較少涉及入侵對碳循環(huán)的影響及其反饋效應(yīng)。我國是世界貿(mào)易大國之一，大部分省區(qū)深受外來植物入侵的困擾，但有關(guān)植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響還鮮有報導，迫切需要開展這方面的研究。該方面的研究結(jié)果不僅有助于進一步完善被入侵生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)理論，還可為預(yù)測外來植物入侵的發(fā)展對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響提供重要科學依據(jù)。就植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響研究，未來可加強在以下4個方面的工作。

4.1 從生態(tài)系統(tǒng)整體出發(fā)，研究植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響

“植物——土壤”是一個緊密聯(lián)系的有機系統(tǒng)，碳元素在系統(tǒng)內(nèi)以無機和有機的形式完成循環(huán)過程。以往有關(guān)入侵植物影響的研究多針對生態(tài)系統(tǒng)的某些方面或部分環(huán)節(jié)，取得的結(jié)果雖然有助于認識植物入侵帶來的影響，但較為片面。人們對植物入侵如何影響生態(tài)系統(tǒng)全局，如碳元素與其他元素循環(huán)之間耦合的過程與機制，以及地上與地下部分的綜合影響等的整體認識還十分欠缺。此外，除陸地生態(tài)系統(tǒng)之外，隨著研究手段提高、研究范圍擴大，受自然（如氣候變化）和人為干擾劇烈且與人類福祉息息相關(guān)的脆弱生態(tài)系統(tǒng)，如濕地、海岸帶等生態(tài)系統(tǒng)的植物入侵問題正成為科學研究的熱點。加強該類生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)碳循環(huán)過程及其機制研究，有利于從更大區(qū)域尺度上解析植物入侵對碳循環(huán)的影響，也有助于系統(tǒng)、全面地認識植物入侵引起的生態(tài)后果，加強生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性及防護意識，開展針對性的防治工作。

4.2 深度剖析碳循環(huán)的地下過程，尤其植物-土壤生物互作關(guān)系及反饋機制

近年來蓬勃發(fā)展的組學手段為探索地下生態(tài)學過程與機制提供了技術(shù)支撐，眾多研究借助微觀手段深度剖析了植物入侵對土壤微生物群落組成和功能結(jié)構(gòu)的影響，研究結(jié)果也為深入解析入侵植物從基因型到表型之間的“黑箱”過程提供了便利（劉艷杰等，2022）。然而，鑒于當前對微生物活動及其與入侵植物間的反饋機制（微觀層面）縱向研究深入，而與碳循環(huán)時空動態(tài)變化及多元素耦合循環(huán)（生態(tài)系統(tǒng)層面）的橫向研究脫節(jié)的現(xiàn)實，未來研究需向以下三方面拓展：其一，探索如何綜合利用組學技術(shù)獲得的微觀生態(tài)過程、機制與模式結(jié)果，以精準、深入地闡析碳循環(huán)過程與機制；其二，如何將碳循環(huán)過程與其他生態(tài)過程相關(guān)聯(lián)并上升至生態(tài)系統(tǒng)層面，一方面為植物入侵的全境研究提供依據(jù)，另一方面為闡釋植物入侵對地下生態(tài)過程的正、負效應(yīng)，以及辨識權(quán)衡的閾值等提供依據(jù)；其三，雖然有研究解析了土壤微生物各組分（如細菌、真菌的各類功能菌群、功能基因等）的靜態(tài)和動態(tài)變化，但這些變化模式的調(diào)控機制仍不清楚，厘清調(diào)控模式中的關(guān)鍵因子或關(guān)鍵步驟有望為入侵植物的控制和本地群落的生態(tài)恢復(fù)提供明確的科學指導。

4.3 結(jié)合全球變化的多情景研究并預(yù)測入侵及其對碳循環(huán)的影響

植物入侵是全球環(huán)境變化的重要因素之一，在深刻改變陸地生態(tài)系統(tǒng)的同時，也受其它環(huán)境要素變化的影響，如全球變暖、氮沉降、CO2濃度升高、降雨格局的時空變化等（Yang，2019b；Yang et al.，2022）。由于不同種類的入侵植物對環(huán)境變化響應(yīng)不同，入侵和各環(huán)境要素變化之間的關(guān)系多樣，這就使得全球變化背景下預(yù)判植物入侵趨勢變得更為復(fù)雜，解析全球變化情景下入侵植物對碳循環(huán)的影響變得更為困難。通常，植物在生長過程中會進行自我調(diào)整以適應(yīng)環(huán)境變化，如入侵植物豚草在氣候變暖的情景下會通過遺傳變異提高后代的生長及天敵防御能力，即協(xié)同進化出新的天敵防御策略以及入侵性狀來應(yīng)對環(huán)境變化（Sun et al.，2022）；干旱會增強入侵植物刺莧（Amaranthusspinosus）對本地植物莧菜（A.tricolor）的競爭優(yōu)勢，加速入侵（Yu et al.，2022）。然而，入侵植物在應(yīng)對在氣候變化時是否以消耗原本分配在其他形狀的能量為代價，其入侵性如何演化，內(nèi)在調(diào)節(jié)機制發(fā)生怎樣的變化（Sun et al.，2022），特別是植物體內(nèi)的碳流轉(zhuǎn)過程如何變化還不得而知，闡明諸如此類的科學問題不僅可以解開植物入侵隨環(huán)境變化進化的疑惑，還可以為氣候變化背景下入侵植物的管理與調(diào)控提供理論指導。

4.4 推進從理論研究成果向入侵防治的轉(zhuǎn)化

將入侵理論研究成果應(yīng)用到防治實踐中一直是入侵生態(tài)學者研究的重要環(huán)節(jié)，然而，當前的實際情況是理論研究與實踐之間仍存在很大的距離。近年來，不少學者提出將植物基因組、微生物組的研究成果推向應(yīng)用，如Liu et al.（2020）利用基因組測序方法揭示了薇甘菊入侵過程中的環(huán)境適應(yīng)性進化機制，提出了從分子水平開展精準靶向防控的可能性。就植物入侵對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響而言，將研究所得的各影響因素、產(chǎn)生影響的各個環(huán)節(jié)等的理論結(jié)果用于防控實踐并評估其可行性與風險，應(yīng)成為未來研究的一個重要方向。根據(jù)特定入侵植物的實際情況，開展其對碳循環(huán)影響利益最大化的精準防控；做到盡量不引入外來物種，即便引進也要讓其在入侵初期發(fā)揮作用而實時做好防治，也將會成為未來研究的重要內(nèi)容。