本地树种和外来先锋树种对植物-土壤反馈系统的影响

来源 :中国科学院遗传与发育生物学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lifengjun001
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植物-土壤反馈作用是生态系统修复过程的重要驱动机制之一。在严重退化的土壤上种植先锋树种可以改善土壤环境,但是一些先锋树种的生长也可能会阻碍进一步的次级演替树种的发展。中性反馈和正反馈是阻碍次级演替物种发展的主要原因,通常情况下随着时间的发展,这些反馈作用变成负反馈。然而,尽管在负反馈体系中,先锋物种在生长过程中也会通过释放化感物质或者积累土壤病原菌来抑制次级演替物种的生长。  本研究通过温室培养实验检测了不同恢复时期中,不同功能性先锋树种(固氮与非固氮树种)的植物-土壤反馈作用,分析了不同先锋树种种植过的土壤对次级演替树种的生长影响,调查了土壤微生物群落结构与组成对不同恢复时期的不同树种(先锋树种和次级演替树种)的变化响应。  研究结果发现,采用同源土进行栽培时,固氮先锋树种尼泊尔桤木和黑荆苗(Alnus nepalensis and Acacia mearnsii)表现为中性反馈作用,而非固氮树苗表现为负反馈作用,并且不受植物的年龄的影响。固氮先锋树种尼泊尔桤木苗(A.nepalensis)的相对生长速率与种植年龄正相关,该趋势与不同年龄段的种植土壤中的养分含量尤其是氮含量相一致。固氮先锋树种生长的土壤中有机碳、氮等土壤养分的含量随着种植年龄的增加而显著增加,而非固氮植物生长的土壤中,并未发现土壤养分含量与种植年龄的显著相关性。但是,由于在温室实验中土壤有效氮含量随着种植时间的增加而增加,因此土壤养分并不能解释幼龄植株和老龄植株中非固氮树苗的相对生长速率间的差异不显著。次级演替物种阴香(Cinnamomum burmannii)树苗在来自不同年龄段不同品种的先锋树种的异源土壤中生长时,对土壤是否灭菌处理没有显著的影响,表明该树种具有不同于其他树种的特殊的植物-土壤反馈机制。非固氮树种树苗(包括先锋树种和次级演替树种)根-枝比随着种植时间的增加而增加,主要受土壤有机碳的影响,相反,固氮先锋树种的根-枝比不受种植时间的影响。  研究结果表明,不同树种的种植未对矿区的整体土壤微生物群落组成产生影响,但对温室土壤微生物群落组成产生了影响。种植年龄对矿区和温室的土壤功能微生物群落都有显著影响。非固氮先锋树种和固氮先锋树生长的土壤中微生物群落组成差异显著。丛枝真菌的生物量和真菌细菌生物量比在固氮先锋树种生长的土壤中的值低于其在非固氮先锋树种生长的土壤中的值。将树苗种植在温室中后,与树苗生长相关的土壤有机碳含量及养分有效性降低,温室土壤微生物的生物量及各功能类群包括革兰氏阳性细菌、放线菌、一般细菌及真菌的生物量均显著下降。种植阴香树苗的土壤微生物群落状况依种植不同年龄段的不同先锋树种的种植的土壤状况而定。非固氮树种生长的土壤中的革兰氏阴性细菌和丛枝菌根菌的生物量及真菌细菌比均高于其在固氮先锋树种生长的土壤中的值,而一般细菌在非固氮树种生长的土壤中的含量则低于其在固氮先锋树种生长的土壤中的含量。  磷脂脂肪酸分析(PLFA)结果表明土壤微生物群落在先锋树种的植物-土壤反馈中重要的作用,但阴香树苗的相对生长与其土壤微生物群落组成的分析结果相冲突。不同种植时间下非固氮植物包括先锋树种和次级演替树种树苗的根枝比与土壤微生物群落组成相关,尤其是AMF。有趣的是,不同于其他树种树苗,所有先锋树种生长的土壤中AMF生物量会随着种植时间的增加而减少。阴香树苗独特的反馈及其土壤微生物群落组成表明选择次级演替物种和先锋物种在恢复过程中的重要性。
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