近年来,入侵植物对本地生态系统的结构和功能造成的危害日趋严重,因而入侵植物成功入侵的驱动机制已成为环境生态学领域倍受关注的重大科学问题之一。相关研究表明:入侵植物不仅能通过较强的生长竞争力影响本地植物的生长,并可改变本地植物群落的结构及其生态功能。同时,入侵植物还可与其根际土壤微生物群落形成植物-土壤反馈,通过对其根际土壤微生物群落结构及其功能的改变进而创造一个利于其自身生长及其进一步入侵的土壤微环境。此外,由于近年来我国城市化过程快速推进,进一步加速了城市景观异质性水平和破碎化程度。但是,城市景观异质性水平和破碎化程度可显著改变入侵植物成功入侵的机率,特别是可通过空余生态位创造入侵植物入侵的有利环境条件。因此,有必要针对城市景观异质性背景下入侵植物入侵对本地生态系统的影响进行对比分析,以便为进一步解析和阐明城市景观异质性背景下入侵植物成功入侵的驱动机制,从而为城市景观异质性背景下入侵植物的生态管理和预警防控奠定坚实的理论支撑平台,并为筑建“人与自然和谐共生的现代化美丽中国”提供强有力的实践基础。基于此,本研究以恶性入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)为典型性代表,聚焦九种城市景观类型(即:文教科研区、农田荒地、园林景区、工业区、市政用地、居住区、交通用地、城市绿地和湿地水岸),以加拿大一枝黄花未入侵区为对照,对比分析加拿大一枝黄花入侵对植物群落(即:物种多样性、功能多样性和群落稳定性)以及土壤固氮菌群落之影响及其驱动机制。本研究结果可对进一步阐明以加拿大一枝黄花为典型性代表的入侵植物在城市景观异质性背景下成功入侵的驱动机制,并为构建城市景观异质性背景下入侵植物生态管理和预警防控管理体系奠定强有力的理论支撑。本研究的主要结果如下:1.城市景观异质性背景下加拿大一枝黄花入侵对本地植物功能性状及功能多样性的影响及其机制:(1)加拿大一枝黄花的部分功能指标在部分入侵区呈现出比本地植物更高的功能性状,特别是株高和地径(P<0.05)。较高的株高使得加拿大一枝黄花在资源捕获和利用能力方面具有明显的竞争优势(尤其是光的竞争优势),而较高的地径使得加拿大一枝黄花植株的支撑能力明显优于与其共存的本地植物。(2)加拿大一枝黄花和共存的本地植物倾向于功能性状的相似性(趋同)。因此,加拿大一枝黄花与共存的本地植物在功能性状上的相似性支持生境过滤假说。(3)不同类型的城市生态系统中植物功能多样性差异明显,而加拿大一枝黄花入侵可显著增加部分城市生态系统的植物功能多样性(P<0.05)。这可能与城市生态系统的类型及不同城市生态系统中本身植物功能性状存在较大差异有关。(4)加拿大一枝黄花的相对丰度与植物功能多样性(即:群落加权平均数指数、Rao’s二次熵和Masonα功能多样性)呈正相关(P<0.05)。因此,加拿大一枝黄花入侵可显著影响植物功能多样性,且与植物功能多样性较低的群落相比,具有较高的植物功能多样性的群落更易被入侵。而交通用地具有较高的植物功能多样性,故其植物群落可入侵性在九种类型的城市生态系统中可能最强。2.城市景观异质性背景下加拿大一枝黄花入侵对植物物种多样性及群落稳定性的影响及其机制:(1)在九种类型的城市生态系统中,植物物种多样性和群落稳定性存在显著差异(P<0.05),而加拿大一枝黄花入侵并未对植物物种多样性和群落稳定性产生显著影响(P>0.05)。因此,景观异质性而非加拿大一枝黄花入侵是植物物种多样性和群落稳定性的主要驱动环境因素。(2)在不同类型的城市生态系统中,植物物种多样性(尤其是多样性和均匀度)与未入侵区植物群落和入侵区群落稳定性呈显著正相关关系(P<0.001)。因此,该结果支持多样性假设。(3)加拿大一枝黄花的相对丰度与群落稳定性无显著相关性(P>0.05)。因此,加拿大一枝黄花的相对丰度并非群落稳定性的主要驱动环境因素,这可能是由于加拿大一枝黄花入侵并未显著影响植物物种多样性和群落稳定性。(4)在未入侵区和入侵区的植物群落中,最优势种的相对丰度与群落稳定性呈显著负相关关系(P<0.001),且在加拿大一枝黄花存在下负相关性强度有所降低。这可能是由于最优势种受到加拿大一枝黄花入侵的影响,其获取有效资源的能力受到限制,进而降低其对群落稳定性的影响力。3.城市景观异质性背景下加拿大一枝黄花入侵对土壤固氮菌群落的影响及其机制:(1)在九种类型的城市生态系统中,土壤固氮菌的多样性和丰富度差异显著(P<0.05),而加拿大一枝黄花入侵并未显著影响土壤理化性质、土壤固氮菌的α多样性和丰富度(P>0.05),但加拿大一枝黄花入侵导致土壤固氮菌群落和β多样性发生明显改变,特别是引起部分土壤固氮菌类群相对丰度的显著变化,且部分固氮菌的分类群(即:f_Micromonosporaceae、f_Oscillatoriaceae和f_Bacillaceae等)在加拿大一枝黄花入侵区起主要作用。因此,加拿大一枝黄花入侵可能会通过改变土壤固氮菌群落和β多样性进而促进其成功入侵,而非α多样性。这可能与其分泌的化学物质产生的化感作用进而明显改变土壤固氮菌的营养利用水平有关。(2)农田荒地在九种类型的城市景观生态系统中nifH基因丰度最高,而nifH基因丰度和氮固定速率之间存在正相关关系。因此,农田荒地中较高的土壤固氮菌的多样性和丰富度可明显提升土壤中可利用氮的含量水平,这可能会进一步提升加拿大一枝黄花的入侵进程。(3)电导率可能是驱动土壤固氮菌群落(基于β多样性分析)变化的主要土壤理化因子。这可能与九种城市生态系统中土壤电导率存在明显差异,进而导致土壤微生物的碳源利用模式发生显著改变有关。(4)加拿大一枝黄花的相对丰度可能是对土壤固氮菌群落(基于β多样性分析)影响力最大的植物群落指标。因此,土壤固氮菌群落在很大程度上可能受加拿大一枝黄花入侵程度的控制。