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不同草地类型土壤丛枝菌根真菌群落特征及其驱动因素

陈科宇, 邢森, 唐玉, 孙佳慧, 任世杰, 张静, 纪宝明

植物生态学报 2024, 48 (5): 660-674. DOI: 10.17521/cjpe.2023.0244

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丛枝菌根真菌(AMF)在草地生态系统中广泛分布, 对维持草地生态系统生产力和稳定性具有重要意义, 而中国天然草地生态系统AMF群落的分布特征及其驱动机制尚不明确。该研究以常见的18种草地类型为研究对象, 通过野外调查不同植物群落特征, 分析土壤理化性质和AMF群落特征, 探究中国草地生态系统不同草地类型土壤AMF群落特征及其驱动因素。结果表明, 近明球囊霉属(Claroideoglomus)、隔球囊霉属(Septoglomus)、多孢囊霉属(Diversispora)、根孢囊霉属(Rhizophagus)、无梗囊霉属(Acaulospora)、球囊霉属(Glomus)和双型囊霉属(Ambispora)在不同草地类型AMF群落中占据优势地位(相对多度>15%)。不同草地类型AMF群落在物种组成和多样性上存在差异, 且紫花针茅(Stipa purpurea)草地AMF群落多样性和稀有可操作分类单元(OTU) (相对多度<0.1%的OTU)占比相对较高。结构方程模型表明, AMF群落多样性受植物群落多样性和土壤pH的显著影响, 而AMF群落组成受温度、土壤含水率和植物群落组成的显著影响。综上所述, 中国天然草地AMF资源丰富, 且不同草地类型AMF群落存在较大差异。草地生态系统植物群落特征对AMF群落特征具有强烈的驱动作用, 保护植物多样性对于维持土壤微生物群落稳定性具有重要意义。

草地类型 Grassland type	TC (g·kg^-1)	TN (g·kg^-1)	TP (g·kg^-1)	NH₄⁺-N (mg·kg^-1)	NO₃^--N(mg·kg^-1)	AP (mg·kg^-1)	pH	土壤含水率 Soil water content (%)
高山嵩草-垂穗披碱草草地 Carex parvula - Elymus nutans grassland	13.70 ± 1.17^def	1.40 ± 0.10^fghi	0.54 ± 0.03^fg	1.80 ± 0.30^c	1.13 ± 0.36^e	0.95 ± 0.14^e	6.47 ± 0.08^e	13.44 ± 1.67^fgh
高山嵩草-圆穗蓼草地 C. parvula - Bistorta macrophylla grassland	52.92 ± 1.15^b	4.57 ± 0.08^c	0.77 ± 0.02^c	22.51 ± 4.72^b	2.53 ± 0.29^de	4.46 ± 0.07^cd	6.23 ± 0.04^ef	34.86 ± 1.22^ab
蕨麻草地 Argentina anserina grassland	59.90 ± 0.47^b	2.94 ± 0.04^de	0.67 ± 0.04^de	2.05 ± 0.29^c	42.20 ± 2.75^bc	4.73 ± 0.18^cd	7.93 ± 0.02^b	20.46 ± 0.47^def
高山早熟禾草地 Poa alpina grassland	59.88 ± 8.07^b	4.94 ± 0.57^bc	0.81 ± 0.04^c	11.15 ± 4.20^c	67.73 ± 36.92^b	8.71 ± 0.58^b	5.97 ± 0.36^fg	31.59 ± 6.07^abc
西藏嵩草草地 C. tibetikobresia grassland	61.66 ± 15.45^b	5.49 ± 1.40^abc	0.73 ± 0.08^cd	10.54 ± 2.40^c	23.58 ± 3.74^cde	8.49 ± 3.88^b	6.25 ± 0.11^ef	33.70 ± 7.89^abc
垂穗披碱草草地 E. nutans grassland	76.54 ± 3.34^a	6.56 ± 0.27^a	1.10 ± 0.01^a	9.34 ± 1.03^c	197.20 ± 5.05^a	9.79 ± 0.11^b	5.79 ± 0.02^g	38.18 ± 1.29^a
火绒草草地 Leontopodium leontopodioides grassland	22.88 ± 0.35^cde	2.04 ± 0.03^defgh	0.56 ± 0.02^f	3.25 ± 0.47^c	6.60 ± 0.76^de	1.98 ± 0.08^de	5.85 ± 0.08^g	16.65 ± 0.70^def
紫花针茅草地 Stipa purpurea grassland	13.98 ± 0.81^def	0.85 ± 0.06^hi	0.37 ± 0.01ⁱ	1.89 ± 0.29^c	7.71 ± 0.49^de	3.44 ± 0.16^de	7.86 ± 0.10^b	4.78 ± 0.91^h
紫花针茅-青藏薹草草地 S. purpurea - C. moorcroftii grassland	18.40 ± 0.41^de	1.89 ± 0.07^efgh	0.22 ± 0.01^j	1.69 ± 0.08^c	5.70 ± 0.30^de	1.74 ± 0.11^de	8.58 ± 0.02^a	4.91 ± 0.67^h
沙生薹草草地 C. praeclara grassland	4.16 ± 0.39^f	0.47 ± 0.02ⁱ	0.26 ± 0.02^j	1.33 ± 0.12^c	1.08 ± 0.17^e	2.83 ± 0.06^de	8.16 ± 0.06^b	11.24 ± 7.10^gh
丝颖针茅草地 S. capillacea grassland	14.70 ± 0.62^def	1.50 ± 0.05^fghi	0.52 ± 0.01^fg	4.05 ± 0.61^c	5.51 ± 0.45^de	4.07 ± 0.09^de	7.05 ± 0.03^cd	4.96 ± 0.84^h
大花嵩草草地 C. nudicarpa grassland	9.06 ± 0.28^ef	1.24 ± 0.03^ghi	0.61 ± 0.01^ef	2.13 ± 0.34^c	3.78 ± 0.42^de	7.22 ± 0.15^bc	8.16 ± 0.06^b	4.30 ± 0.28^h
羊草-短花针茅草地 Leymus chinensis - S. breviflora grassland	18.20 ± 0.30^de	2.17 ± 0.03^defg	0.42 ± 0.01^hi	1.46 ± 0.19^c	32.35 ± 0.99^cd	2.66 ± 0.10^de	7.18 ± 0.02^cd	10.32 ± 0.36^gh
短花针茅-冷蒿草地 S. breviflora - Artemisia frigida grassland	14.18 ± 0.33^def	1.68 ± 0.03^fgh	0.39 ± 0.01ⁱ	2.24 ± 0.44^c	11.51 ± 0.42^de	2.49 ± 0.12^de	6.80 ± 0.05^d	4.22 ± 0.11^h
羊草-糙隐子草草地 L. chinensis - Cleistogenes squarrosa grassland	23.44 ± 1.16^cd	2.54 ± 0.11^def	0.47 ± 0.01^gh	2.80 ± 0.36^c	3.19 ± 0.26^de	8.58 ± 0.45^b	7.27 ± 0.03^c	4.93 ± 0.18^h
大针茅草地 S. grandis grassland	18.32 ± 0.34^de	2.10 ± 0.04^defg	0.37 ± 0.02ⁱ	1.84 ± 0.15^c	4.56 ± 0.29^de	3.36 ± 0.22^de	6.88 ± 0.03^d	5.27 ± 0.18^h
羊草-狼针草草地 L. chinensis - S. baicalensis grassland	34.50 ± 1.40^c	3.14 ± 0.12^d	0.54 ± 0.01^fg	3.58 ± 0.23^c	42.29 ± 3.10^bc	3.24 ± 0.27^de	6.48 ± 0.07^e	26.76 ± 0.93^bcd
狼针草草地 S. baicalensis grassland	61.72 ± 1.81^b	5.77 ± 0.16^ab	0.89 ± 0.02^b	47.99 ± 11.17^a	40.09 ± 5.55^c	16.28 ± 1.32^a	6.54 ± 0.02^e	24.63 ± 0.81^cde

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表3 不同草地类型土壤理化特征 (平均值±标准差)

正文中引用本图/表的段落

不同草地类型土壤理化特征存在差异(表3)。垂穗披碱草草地TC含量显著高于其他草地类型, 而沙生薹草草地TC含量相对较低。垂穗披碱草草地TN含量相对高于其他草地类型, 而沙生薹草草地TN含量相对较低。垂穗披碱草草地TP含量显著高于其他草地类型, 而沙生薹草和紫花针茅-青藏薹草草地TP含量显著低于其他草地类型。狼针草和高山嵩草-圆穗蓼草地NH+₄-N含量显著高于其他草地类型, 其他草地类型NH+₄-N含量相对较低且差异不显著。垂穗披碱草草地NO-₃-N含量显著高于其他草地类型, 高山嵩草-垂穗披碱草和沙生薹草草地NO-3-N含量相对低于其他草地类型。狼针草草地AP含量显著高于其他草地类型, 而高山嵩草-垂穗披碱草草地AP含量相对较低。不同草地类型土壤pH变化幅度较大, 包含了酸性和碱性土壤(pH平均值范围:5.79-8.58), 其中紫花针茅-青藏薹草、沙生薹草和大花嵩草草地土壤碱性较强(pH > 8.00), 而高山早熟禾、垂穗披碱草和火绒草草地土壤酸性较强(pH < 6.00)。不同草地类型土壤含水率变化幅度同样较大, 平均含水率从4.22%到38.18%不等, 垂穗披碱草草地土壤含水率相对较高, 而紫花针茅、紫花针茅-青藏薹草、丝颖针茅、大花嵩草、短花针茅-冷蒿、羊草-糙隐子草和大针茅草地土壤含水率相对较低。

AMF群落多样性受多种环境因素共同调控, 且多样性变化规律相较于其他微生物类群更接近于大型生物(Davison et al., 2015)。本研究中, 不同草地类型土壤AMF群落多样性存在差异, 且整体上紫花针茅草地AMF群落α多样性最高(表3)。传统上认为AMF与禾本科植物形成共生关系的能力较强而与莎草科植物形成共生关系的能力较弱(Fuchs & Haselwandter, 2004), 与宿主植物互利共生能力的差异可能会影响土壤AMF群落多样性(Chen et al., 2023)。而本研究中除大花嵩草草地AMF群落多样性较低外, 以莎草科植物为优势种的高山嵩草、西藏嵩草、沙生薹草草地AMF多样性均未明显低于其他草地类型, 同时在紫花针茅-青藏薹草草地土壤AMF群落多样性同样相对较低。因此, 植物群落优势种(草地类型)可能并不适用于预测土壤AMF群落的多样性。

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