【摘 要】
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植物-土壤反馈(Plant-soil feedbacks,PSF)是指植物生长可以改变土壤环境,反过来土壤环境的改变对植物的生长产生影响,从而改变植物群落的组成和动态。喀斯特是我国西南方广泛分布的地貌类型,喀斯特植被演替的早期阶段主要由菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)作为优势物种构成的先锋演替群落。这些先锋植物物种在生长的同时对土壤产生了不同影响,而受影响的土壤又将如何对
【基金项目】
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国家自然基金:“喀斯特高钙生境中AM真菌对土壤稳定性有机碳的调控与储存”(基金编号:31660156); 贵州省科技计划项目:“丛枝菌根(AM)调控喀斯特生境异质性及物种多样性保育提升关键技术研究与示范”(黔科合支撑[2021]一般455); 贵州省高层次创新型人才(百层次)项目(黔科合平台人才[2020]6004);
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植物-土壤反馈(Plant-soil feedbacks,PSF)是指植物生长可以改变土壤环境,反过来土壤环境的改变对植物的生长产生影响,从而改变植物群落的组成和动态。喀斯特是我国西南方广泛分布的地貌类型,喀斯特植被演替的早期阶段主要由菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)作为优势物种构成的先锋演替群落。这些先锋植物物种在生长的同时对土壤产生了不同影响,而受影响的土壤又将如何对后期植物自身生长和其它物种的定居及生长产生不同的植物-土壤反馈尚不清楚。一些功能微生物如丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌对植物生长和养分利用,以及土壤养分循环具有促进作用,但在自然喀斯特生境中,AM真菌通常和其它微生物共同作用对植物和土壤产生影响。故AM真菌对植物生长和养分功能的发挥可能因为土壤微生物条件的差异而表现不同,并可能进一步影响后期群落演替。因此,基于植物-土壤反馈PSF理论,研究AM真菌存在的微生物条件土壤是如何进一步影响喀斯特先锋植物自身和其它物种导致的土壤理化性质的变化是值得关注的科学问题。清楚回答这一问题,有助于揭示AM真菌介导的喀斯特植物群落演替的微生物作用机制,为退化喀斯特植被采用菌根生物技术进行生态修复提供理论基础具有重要意义。本实验采用喀斯特先锋物种禾本科狗尾草(Setaria viridis)和荩草(Arthraxon hispidus),菊科鬼针草(Bidens pilosa)和狼杷草(Bidens tripartita)单一种植来开展反馈条件土壤培养阶段和植物-土壤反馈培养两阶段的植物-土壤反馈实验,植株种植培养4个月后测定土壤孢子密度,菌丝体密度,土壤养分和球囊霉素等指标。分析条件土壤,条件物种及反馈物种对PSF土壤性质的影响,主要研究结果如下:(1)条件土壤和条件物种处理下,孢子密度和菌丝体密度在灭菌土接种AM真菌条件下最高,在灭菌土不接种AM真菌条件下最低。灭菌土接种AM真菌降低了条件物种鬼针草土壤有机碳,速效钾,但自然土接种AM真菌总体上显著提高了条件物种狗尾草、荩草、鬼针草和狼杷草的土壤有机碳、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾和易提取球囊霉素。不同条件物种对自然土接种AM真菌的响应不同,其中条件物种荩草全氮,狼杷草碱解氮显著高于其它三个条件物种。(2)条件土壤和反馈物种处理下,孢子密度在灭菌土接种AM真菌条件下最高,在灭菌土不接种AM真菌条件下最低。灭菌土接种AM真菌降低了反馈物种鬼针草的速效钾,反馈物种荩草的速效磷,但自然土接种AM真菌总体上显著提高了反馈物种狗尾草、荩草、鬼针草和狼杷草的土壤有机碳、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾和易提取球囊霉素。不同反馈物种对自然土接种AM真菌的响应不同,反馈物种狗尾草的土壤有机碳和全磷、狼杷草的难提取球囊霉素和总提取球囊霉素、全钾和速效钾,荩草速效磷显著高于其它三个反馈物种。(3)条件物种和反馈物种处理下,同一反馈物种生长在同种或异种条件物种培育的土壤上时,土壤孢子密度、菌丝体密度、土壤碳、氮、磷、钾及球囊霉素各组分之间存在差异。且总体表现为反馈物种在异种条件物种上的土壤养分要高于同种条件物种。(4)反馈物种狗尾草、荩草、鬼针草和狼杷草下的土壤团聚体组成表现为>2 mm的团聚体占比显著高于<0.25 mm的团聚体。且<0.25 mm粒径的土壤养分最高,随着团聚体粒径的减小,其土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾整体上呈现出递增的趋势。总体而言,接种AM真菌显著提高了土壤孢子密度和菌丝体密度,降低了条件物种鬼针草土壤有机碳,速效钾,反馈物种鬼针草的速效钾,反馈物种荩草的速效磷。而自然土接种AM真菌提高了土壤养分。反馈物种在异种条件物种上的土壤养分总体上要高于同种条件物种。对于不同反馈物种下的土壤团聚体而言,随着团聚体粒径的减小,其土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾整体上呈现出递增的趋势。表明基于PSF的AM真菌对喀斯特草本植物反馈的土壤性质有显著改变,其变化特征因植物种类和土壤条件不同而具有明显的差异。
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