|
|
||
|
不同草地类型土壤丛枝菌根真菌群落特征及其驱动因素
植物生态学报
2024, 48 (5):
660-674.
DOI: 10.17521/cjpe.2023.0244
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。  View image in article
图4
不同草地类型土壤丛枝菌根真菌群落特征的驱动因素。黑色实线为显著影响; 灰色虚线为不显著影响; 黑色实线上数字代表路径系数; *, p < 0.05; **, p < 0.01。Chi/df, 卡方/自由度; GFI, 适配度指数; RMSEA, 近似均方根误差。
正文中引用本图/表的段落
基于不同草地类型气候地理特征、植物群落特征、土壤理化特征和AMF群落特征构建结构方程模型(近似均方根误差<0.08, 卡方检验p > 0.05, 图4)。结果表明, 海拔显著影响1-8月降水量、1-8月平均气温、草地类型、土壤pH、土壤含水率、植物群落多样性和组成; 1-8月降水量显著影响1-8月平均气温、草地类型、土壤速效含量、全量养分含量、土壤pH、土壤含水率、植物群落多样性和组成; 1-8月平均气温显著影响土壤pH、土壤含水率和植物群落多样性; 草地类型显著影响土壤速效养分含量、植物群落多样性和植物群落组成; 土壤含水率显著影响土壤全量养分和速效养分含量。AMF群落多样性受植物群落多样性和土壤pH显著影响; AMF群落组成受1-8月平均气温、土壤含水率和植物群落组成显著影响。
土壤微生物的组成和多样性强烈影响生态系统多功能性(Wagg et al., 2014)。土壤AMF群落的组成和多样性对调节草地植物群落生产力、多样性和演替具有重要意义(Urcelay & Díaz, 2003; Baar, 2010; van Geel et al., 2016), 而探究土壤AMF组成和多样性的驱动因素是近年来研究的热点(Martinez- Garcia et al., 2015; Frew et al., 2023; de la Sota-Ricaldi et al., 2023)。前人研究表明, 在不同环境条件下植物群落多样性、土壤养分含量、温度等因素均能够显著影响土壤AMF群落多样性(Chaudhary et al., 2014; Liu et al., 2017; Wu et al., 2023)。而本研究结果与假设H2一致, 即AMF群落多样性主要受植物群落多样性显著影响, 其次为土壤pH (图4)。植物群落多样性显著促进了土壤AMF群落的多样性符合“耦合多样性”假说, 且也与Davison等(2015)的结果类似, AMF多样性在区域尺度上的分布模式更接近于大型生物, 植物物种多样性高的环境也有利于AMF的多样性。此外, 由于AMF强烈依赖宿主植物提供碳源维持生命活动, 而不同植物种与各AMF类群间的适合度存在差异, 植物通常会增加对自身生长最有益的AMF类群的资源投入, 从而对土壤AMF群落产生一定的驯化作用(Ji et al., 2010; Ji & Bever, 2016)。因此, 不仅植物物种多样性高的环境有利于AMF的多样性, 而较高的植物群落多样性也有利于驯化出更多的AMF类群, 导致AMF群落多样性增加。土壤pH是预测土壤微生物群落多样性最重要、最常见的环境因素之一(Zhou et al., 2020; Luan et al., 2023)。本研究中高土壤pH有利于土壤AMF群落的多样性, 与Ma等(2023)在全球尺度上的研究结果一致。土壤pH能够调控AMF孢子的形成和对植物根系的侵染, 从而对多样性产生影响(Wang et al., 1993)。
本研究中, 不同草地类型AMF群落组成主要受温度、土壤含水率和植物群落组成显著影响(图4)。温度和水分主要通过影响AMF对植物根系侵染以及土壤环境塑造两方面。对于侵染率, 前人研究表明, 较高的环境温度和较低的土壤含水量有利于AMF侵染率的提高, 增加植物对AMF的碳供给, 从而影响其群落组成(Kyt?viita & Ruotsalainen, 2007, Cavagnaro, 2016)。而在环境塑造方面, 温度能够影响AMF的分布(Barceló et al., 2019), 且Menzel等(2016)的研究表明, 在温度相对较高的区域专性丛枝菌根植物种在生态系统中占比也相对更高, 有利于不同植物种根据自身需求对AMF群落组成进行进一步驯化。而土壤水分主要对AMF孢子的萌发产生影响, 不同AMF类群孢子萌发最适的水分条件存在一定差异, 从而导致土壤含水率对AMF具有一定的筛选作用影响群落组成(Sun et al., 2013; Zhong et al., 2021)。植物群落组成强烈影响AMF群落组成不仅符合植物-土壤反馈理论的基本假设, 也被多项研究结果证实(Bever, 2003; Bever et al., 2012; et al., 2015)。不同植物种对不同AMF类群的养分分配模式存在差异(Ji & Bever, 2016; Koziol & Bever, 2019), 近期一项在新西兰草地的研究还表明, 根系直径显著影响AMF群落组成, 相较于细根植物, 粗根植物与AMF共生具有更强的针对性, 根内AMF多样性较低, 而细根植物则更具广谱性, 根内AMF多样性较高(Ramana et al., 2023)。因此, 植物群落组成对AMF群落组成的驱动作用可能存在多种机制, 应当进行更多针对性研究。
本文的其它图/表
|
