中国温带樟子松林外共生真菌呼吸及其对养分添加的响应

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共生真菌在自然生态系统中广泛分布,与绝大多数的陆地植物形成了共生关系。在温带森林,外共生真菌通常被认为代表着一个巨大的碳汇。共生真菌呼吸作为土壤呼吸的重要部分而存在,是CO2由陆地生态系统进入大气的重要途径之一,直接影响着生态系统的碳收支。但是在土壤呼吸研究中,共生真菌的作用却长期被忽视。目前对于自然环境下共生真菌呼吸的通量,以及它如何响应气候和土壤环境变化的认识非常有限,严重阻碍了我们对生态系统碳循环格局以及未来气候变化的准确模拟与预测。  本研究选择了位于中国温带的樟子松人工林作为实验样地,进行共生真菌呼吸的原位测量实验。外共生真菌在该地区广泛分布,对生态系统功能有着重要的影响。通过利用mesh collar技术,结合CO2分析装置,本研究有效地测量了2010-2011年生长季(5月-10月)土壤呼吸中的共生真菌呼吸通量,以及它与根系呼吸和异养呼吸的相对比例。同时,为了研究环境变化对共生真菌呼吸的影响,本实验还监测了土壤温度、土壤湿度和太阳光照强度的季节动态。此外,本研究还通过氮、磷、钾肥料的添加,分析了土壤养分可获得性的改变对共生真菌呼吸的影响。  本研究的实验结果表明:  1)在2010年-2011年的生长季,土壤呼吸中的80.6%为异养呼吸(212.3gC m-2),14.7%为根系呼吸(38.9gC m-2),4.7%为共生真菌呼吸(12.3gCm-2);共生真菌呼吸贡献了自养呼吸的23.0%。  2)共生真菌呼吸与土壤温度不存在季节动态上的相关性,与异养呼吸对温度显著的响应有所差异。共生真菌呼吸与土壤湿度在季节动态上也不相关,可能和本实验所在生态系统土壤湿度季节变化较小有关。太阳辐射强度显著地影响了共生真菌呼吸的季节动态,并且存在14天的时滞(r2=0.29,P<0.05),意味着植物的光合强度决定了输送到地下共生真菌的光合产物的多少,从而驱动了共生真菌呼吸的季节动态。  3)当土壤中氮的可获得性增加时,植物可能分配更多的光合产物到共生真菌,使得共生真菌呼吸增加,从而促进对土壤矿质氮的吸收。而且,共生真菌在低浓度氮添加(5gN m-2y-1)比在高浓度氮添加(15gN m-2y-1)表现出更高的生长季呼吸通量(33.3vs.15.0gC m-2,P<0.001),这可能是因为植物对高浓度氮添加已经饱和。此外,磷和钾的添加均促进了共生真菌的呼吸速率,提高幅度分别为192%(P<0.05)和308%(P<0.001),反映了共生真菌在磷和钾的吸收过程中的重要作用。  4)共生真菌呼吸与根系呼吸、异养呼吸相比,对土壤中营养元素的添加表现出不同的响应。当土壤氮的可利用性增加时,根系呼吸下降,共生真菌呼吸增加。这可能反应了植物更倾向于提高共生真菌的活性来增加对矿质氮的吸收。而添加磷和钾时,共生真菌呼吸增加,异养呼吸保持不变,这可能反映了共生真菌呼吸和异养呼吸分别受到不同营养元素的制约。  本研究首次测定了我国温带地区常绿针叶林外共生真菌的呼吸通量,证实了共生真菌呼是土壤呼吸中不可忽视的重要组成部分,在生态系统碳循环研究中具有重要意义。本研究还指出,与土壤总呼吸的其他组分:根系呼吸和异养呼吸相比,共生真菌呼吸对土壤微气候(温度和湿度)、植物光合强度(太阳辐射)以及土壤营养元素的可利用性(氮、磷、钾)的改变都存在独特的响应。因此,在进行模拟生态系统碳循环格局,以及预测生态系统未来碳收支的变化趋势时,需要考虑共生真菌在生态系统碳循环中的重要作用。
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