资源有效性对植物及其共生丛枝菌根真富群落的调控机制研究

发布时间：2018-01-30 12:31

本文关键词： 土壤微生物群落生态学物种多样性谱系结构竞争排斥施肥遮阴高寒草甸青藏高原　出处：《兰州大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：地球生命的维持离不开光及土壤矿质元素等资源,充分理解这些资源的有效性变化对生物群落的影响规律及调控机制,将有助于我们准确预测生物群落及生态系统可持续性的变化。丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza, AM)真菌是一类分布极其广泛的植物根系共生微生物,它们通过与绝大多数陆生植物形成基于碳(C)、氮(N)、磷(P)物质交换的互惠共生体,驱使和影响了植物群落组成、营养循环、生态系统生产力和稳定性等许多生态系统过程,是地上地下生态系统相互联系的重要节点。光强及土壤N、P肥力的变化能显著改变植物群落及植物-AM真菌的共生关系,但AM真菌群落是如何响应这些资源的变化?与植物群落的响应有何异同?是什么生态学过程驱动了这两种共生群落的变化?这些问题迄今为止仍未得到科学的回答。为了回答上述问题,本研究通过在青藏高原高寒草甸生态系统中设立长期遮阴及施肥处理样地,系统研究了光及土壤N、P有效性的变化对植物及AM真菌群落的影响规律,并通过群落谱系分析技术揭示了驱动两种群落变化的主要生态学过程。主要研究结果如下：(1)通过对连续4年遮阴(降低约70%的光强)及施肥[45 g(NH4)2HP04 m-2 yr-1]交互处理(对照、遮阴、施肥以及遮阴+施肥)样地中植物及根内AM真菌群落的研究,结果表明：与对照相比,三种实验处理造成植物的物种丰富度下降约54-70%,但只有遮阴+施肥处理显著降低根系中AM真菌的物种丰富度(下降约45%)及AM侵染率(下降约73%)。所有实验处理均显著改变了植物及AM真菌群落的物种及谱系组成,但遮阴及施肥对AM真菌群落的影响主要是通过植物物种丰富度及生物量的变化间接引起的。对照样地中植物群落的谱系结构为谱系随机,但在其它三种处理中谱系结构则变为谱系发散,这说明随着光强的降低和／或土壤肥力的增加,决定植物群落的主要生态过程从随机转变为竞争排斥；然而,对照和遮阴样地中AM真菌群落的谱系结构均为谱系聚集,但在施肥和遮阴+施肥样地中则为谱系随机,这说明随土壤肥力的增加,决定AM真菌群落的主要生态过程从环境过滤转变为随机过程。植物及AM真菌群落的多数指标均与光、N、P有效性显著相关,但相对来说,植物群落主要受光有效性的影响,而AM真菌群落则主要受土壤N、P有效性的影响。(2)通过对连续8年梯度施肥[0、30、60、90和120 g (NH4)2HPO4 m-2 yr-1,分别称为F0、F30、F60、F90和F120]样地中植物及土壤AM真菌群落研究,结果表明：随施肥浓度的上升,植物的平均物种丰富度从27.6下降至4.4,垂穗披碱草的相对丰度从9.4%上升至71%,同时,土壤速效N和速效P则逐渐上升。从土壤中共鉴定出37种AM真菌分子种,其中17种属于Glomus属。施肥处理显著降低AM真菌的物种丰富度,尤其是最高浓度的施肥处理(F120)造成Glomus属的物种丰富度下降约66%,但施肥却显著增加AM真菌属水平的丰富度。随施肥浓度的上升,Glomus属的相对丰度从81%下降至14%,相反,Diversispora属的相对丰度则从5%上升至43%。AM真菌群落的物种及谱系组成均受施肥处理的显著影响,且均与土壤速效P以及垂穗披碱草的优势度有极显著的相关性(P0.001)。AM真菌群落的谱系结构在未施肥样地中为谱系聚集,在低浓度施肥样地(F30)中为谱系随机,在高浓度施肥样地(F60、F90和F120)中则为谱系发散,这说明随土壤N、P有效性的增加,决定AM真菌群落的主要生态过程从环境过滤转变为随机过程最后转变为竞争排斥。上述研究结果表明,地上及地下资源有效性对植物和AM真菌群落均有重要的调控作用,降低光有效性以及增加土壤N、P有效性会造成植物和AM真菌共生程度的下降、群落结构的改变以及物种多样性的丧失,进而影响生态系统的可持续性。此外,本研究结果还表明,虽然调控植物和AM真菌群落构建的关键生态学过程各异,但由低光和/或高土壤N、P肥力引起的两种群落变化均与越来越强的竞争排斥过程相关联。本研究不仅揭示了资源有效性对两种共生群落的影响规律及调控机制,同时也为我们科学评估和预测施肥、营养沉积、雾霾等人类活动及全球变化的生态影响提供了理论依据。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q948;Q938

【参考文献】