黄土丘陵区草灌演替过渡阶段不同植物物种生态位特征及影响因素

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wawayu0bell212
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植物群落演替是两个群落交替的过程,并在最后演变为顶极群落。有关黄土高原地区植被恢复演替过程中土壤质量的变化已有大量研究报道,但草灌演替过渡阶段不同植物物种的生态位变化特征及其影响因素尚缺乏研究。为此,本文以黄土丘陵区草灌演替过渡阶段不同植物物种的植物-土壤-微生物系统为研究对象,通过野外调查与室内分析相结合的方法,系统分析了4种优势灌木植物(狼牙刺(Sophora viciifolia)、杠柳(Periploca sepium)、互叶醉鱼草(Buddleja alternifolia)、木本铁线莲(Clematis fruticose))和6种优势草本植物(白羊草(Bothriochloa ischaemum)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、长芒草(Stipa bungeana)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、大针茅(Stipa grandis)、胡枝子(Lespedeza bicolor))的生态位特征、植物化学特征、土壤化学特征、土壤微生物特征、土壤微生物群落组成和多样性变化,以及从植物、土壤和微生物的角度阐明不同植物物种的生态位变化的驱动因素。主要研究结果如下:(1)灌木类型的相对重要值和生态位宽度整体高于草本类型(白羊草除外)。相对重要值以狼牙刺、杠柳和互叶醉鱼草三种植物最高,且均高于0.30,而其余植物类型的相对重要值范围在0.10-0.24之间。同时,狼牙刺、木本铁线莲和铁杆蒿的地上部分的植物氮浓度显著高于其他植物类型;而地下植物氮浓度仅在狼牙刺中占绝对优势,是其他物种的1.67-3.21倍,但是均低于全国(18.6 g kg-1)植物氮浓度的平均水平。此外,植物地上和地下植物磷浓度整体无明显规律性变化,且均处于较低水平。4种灌木类型的地上和地下部分的非结构性碳浓度变化范围分别为116.09-173.99 g kg-1和132.91-191.93 g kg-1,而6种草本的地上和地下非结构性碳浓度变化范围分别为145.83-201.18 g kg-1和131.71-176.89 g kg-1,且互叶醉鱼草、白羊草、长芒草和糙隐子草具有相对较高的地上非结构性碳浓度,是其他物种的1.01-1.73倍,而杠柳、互叶醉鱼草和白羊草具有相对较高的地下非结构性碳浓度,是其他物种的1.02-1.46倍。因此,与草本物种相比,灌木物种的固碳能力、氮素吸收能力和抗逆境能力整体较高,在群落中占据相对更重要的地位并具有更强的环境资源获取能力。(2)草本物种的根际土壤有机碳、全氮含量和微生物量氮、磷含量整体高于灌木类型,但灌木物种的土壤磷有效性和土壤酶活性整体高于草本物种。白羊草、铁杆蒿、长芒草和糙隐子草的根际土壤有机碳含量分别为8.27 g kg-1、8.53 g kg-1、8.35 g kg-1和8.78 g kg-1、全氮含量分别为0.84 g kg-1、0.87 g kg-1、0.87 g kg-1和0.89 g kg-1,而其余植物类型的土壤有机碳和全氮含量均分别低于8.00 g kg-1和0.80 g kg-1。此外,根际土壤速效磷和速效氮含量在不同植物类型间未达到显著差异水平。同时,草本物种的根际微生物量氮和微生物量磷含量整体高于灌木物种,但灌木物种的土壤酶活性整体高于草本物种。(3)在群落中,草本物种的细菌多样性整体高于灌木物种,但草本物种的根际土壤细菌之间的相互抑制作用较强。在纲水平上,10种植物类型均以α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、Subgroup-6和Blastocatellia为细菌的优势类纲。4种灌木的α-变形菌纲的相对丰度均大于15%;而草本植物中,除铁杆蒿和大针茅外,其他植物的α-变形菌的相对丰度均低于15%。在灌木类型中,细菌相关性网络共产生45个节点(物种数)和90个边(连接线),网络中物种间负相关关系较为明显,其中负相关的比例为76.67%。在草本类型中,细菌相关性网络共产生40个节点和82个边,其中负相关边的比例为85.37%。在灌木和草本水平上,根际土壤细菌β多样性在灌木和草本之间未出现明显的分离效应。(4)不同植物物种间的真菌多样性未表现出显著差异。在纲水平上,10种植物类型均以座囊菌纲(Dothideomycetes)、伞菌纲(Agaricomycetes)、粪壳菌纲(Sordariomycetes)和散囊菌纲(Eurotiomycetes)为真菌的优势类纲。灌木具有较高的座囊菌纲(Dothideomycetes)和粪壳菌纲(Sordariomycetes),而草本具有较高的伞菌纲(Agaricomycetes)和散囊菌纲(Eurotiomycetes)。草本物种和灌木物种的真菌相关性网络中物种间均为负相关关系较为明显,但草本物种的根际土壤真菌之间的相互抑制作用较强。在灌木和草本水平上,根际土壤真菌β多样性在灌木和草本之间未出现明显的分离效应。(5)生态位主要与植物地上和地下碳浓度、植物地下磷浓度、植物地上和地下C:N、土壤C:N、土壤酶活性、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、芽单胞菌纲(Gemmatimonadetes)和锤舌菌纲(Leotiomycetes)等具有较强的正相关性;与土壤有机碳和全氮、微生物量、细菌多样性等具有较强的负相关性;而与植物氮浓度和真菌多样性之间相关性不显著。同时,生态位主要由植物碳浓度、植物C:N、植物磷浓度、土壤酶活性和微生物组成驱动。
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