生物入侵对全球生态环境、社会经济以及人类健康造成了严重的威胁,目前已成为生态研究的热点问题。空心莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb.)是一种世界性的恶性入侵植物,也是我国原环保部公布的首批入侵植物之一。南四湖是我国华北平原地区面积最大的淡水湖泊,也是空心莲子草入侵较为严重的湖泊之一。本研究在调查南四湖流域空心莲子草分布趋势的基础上,探究其对土壤有机碳和微生物群落多样性的影响,并通过温室控制实验研究空心莲子草对养分和密度的响应,揭示其在湿地的入侵机制和对土壤有机碳以及土壤微生物的影响,以期为空心莲子草的管控提供科学的依据。通过对南四湖流域7条主要入湖河流的空心莲子草分布情况进行野外调查,结合本课题组前期连续3年的调查数据,分析空心莲子草在南四湖流域主要入湖河流的入侵趋势。选取5条入侵程度不同的河流,分析土壤有机碳含量并与前期进行对比,研究空心莲子草盖度的增加对土壤有机碳含量的影响。选取新薛河、新薛河人工湿地和十字河,采集有无空心莲子草入侵的样点进行土壤有机碳含量和土壤微生物群落多样性的测定,探讨土壤有机碳含量与土壤微生物群落多样性和组成结构的关系。野外调查研究发现,2018年空心莲子草在各河流的相对盖度均显著增加,其中南四湖水位的波动很可能是影响其分布的重要环境因子。空心莲子草平均盖度的增加使各样点的有机碳含量均显著增加。空心莲子草的入侵显著提高土壤有机碳的含量,并且与其入侵的生境类型存在着显著关系,人工湿地中的有机碳含量要明显高于河流湿地。土壤微生物群落多样性和结构组成的研究显示,空心莲子草的入侵在不同湿地类型对微生物群落多样性存在不同的影响,其可以通过改变土壤微生物菌群的结构和丰富度从而影响土壤有机碳的形成。总的来说,空心莲子草的入侵提高了土壤微生物群落的多样性,这种影响在河流湿地中更为明显。在微生物群落组成结构方面,不同入侵程度和入侵生境空心莲子草所产生的影响也有所不同。相比未入侵点,入侵点中的变形菌门、绿弯菌门的相对丰度高,而放线菌门的相对丰度低。根据绿弯菌门的固碳作用和放线菌门的矿化作用说明空心莲子草的入侵和生境类型通过影响微生物群落的组成,进而影响土壤有机碳的含量。通过分析不同入侵生境中土壤有机碳含量和微生物群落相关性,发现土壤微生物群落对上壤有有机碳的影响过程受环境因子的影响。在河流湿地中,有机碳含量与微生物群落多样性存在显著正相关,而人工湿地中,,二者之间的关系并不显著。并且土壤有机碳含量与相对丰度前1 0的微生物菌群之间的相关关系在不同生境中也不相同,而排名前10的菌群中多种菌群均与环境因素有不同的显著关系,说明空心莲子草通过改变微生物而对上壤有机碳的存储产生影响。温室控制实验的研究结果显示,在同一种养分水平下,中等植株密度的条件可以更好地提高空心莲子的光合特性从而促进其生长。在同一养分水平下,虽然空心莲子草植株密度的增加会导致其单株生理指标例的降低,但整个实验盆中空心莲子草的生物量均有增加的趋势。这些特性可能会增加空心莲子草种群密度从而增加其竞争优势,有助于空心莲子草种群发展为单优群落。综上所述,本研究通过野外调查和温室控制实验分析发现,在南四湖流域主要入湖河流中空心莲子草的分布呈现逐渐增加的趋势,并且可能受水位波动的影响较大;与此同时,其盖度的增加提高了土壤有机碳含量;空心莲子草可以通过改变土壤微生物的结构和丰富度从而影响土壤有机碳含量,该过程受到环境因子的影响。土壤养分水平和空心莲子草的植株密度都会对其自身的生长和扩散产生不同的影响,在中等种群密度下其生长状况最好,有利于空心莲子草的种群扩散,从而增加其在野外的竞争优势,利于其形成单优群落。本研究对于理解空心莲子草及其他类似的入侵植物与环境之间的相互作用关系具有重要意义。