增温和施氮条件下AM真菌对松嫩草地土壤团聚体和碳储量的影响机制

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丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AM真菌)在草地生态系统中普遍存在,它能与大多数植物形成互惠共生体,在AM真菌-植物的共生体中,AM真菌能帮助植物适应逆境环境,调节植物与土壤之间的相互作用。随着人类活动的逐渐加剧、化石燃料的大量燃烧以及对自然资源开发力度的不断加大,温度升高和氮沉降增加等全球变化已经成为不争的事实。全球变化不仅可以直接影响或者间接影响地下土壤微生物群落结构及其功能,也对土壤团聚体组成和稳定性产生显著影响,进而影响土壤中的有机碳储量。目前为止,全球变化背景下AM真菌对草地生态系统的土壤微生物、团聚体和有机碳储量影响机制尚不明晰。本研究以松嫩草地为研究对象,利用红外线辐射器模拟温度升高,通过添加硝酸铵模拟大气氮沉降,使用苯菌灵杀菌剂处理抑制AM真菌。主要研究温度升高和氮沉降背景下,AM真菌对松嫩草地土壤微生物群落结构、组成和土壤团聚体稳定性以及土壤有机碳储量的影响,揭示全球变化背景下AM真菌对土壤微生物群落的调节机理和土壤团聚体稳定性的维持机制。研究结果有助于解释和阐明在全球变化条件下AM真菌对提高草地生态系统稳定性的作用机制。主要结果如下:(1)增温、施氮及苯菌灵添加处理显著改变土壤微生物群落结构和组成。在不添加苯菌灵处理时,增温、施氮及增温+施氮处理使酸杆菌门相对丰度分别增加;在苯菌灵添加时,增温、施氮及增温+施氮处理使酸杆菌门相对丰度分别降低。然而,在不添加苯菌灵处理时,增温、施氮及增温+施氮处理使变形菌门相对丰度分别显著降低;在苯菌灵添加时,增温、施氮及增温+施氮处理使变形菌门相对丰度分别显著增加。在增温、施氮和增温+施氮条件下,添加苯菌灵与否对土壤细菌群落组成影响存在显著差异。在土壤真菌群落中,增温,施氮和苯菌灵添加处理之间,子囊菌门和担子菌门的丰度存在显著差异。和对照相比,增温、施氮和苯菌灵添加以及交互作用均使子囊菌门相对丰度显著增加,而增温、施氮和苯菌灵添加以及交互作用均使担子菌门相对丰度显著降低。苯菌灵添加显著增加土壤细菌和真菌PLFA含量,增温、施氮及苯菌灵添加处理对土壤细菌和真菌PLFA含量存在明显交互作用,施氮处理显著提高总PLFA含量,增温+施氮处理显著降低土壤真菌/细菌比。(2)增温、施氮条件下苯菌灵添加显著改变土壤微生物多样性指数和微生(3)物生物量。苯菌灵添加、增温+苯菌灵处理显著降低土壤细菌群落物种丰度,增温、施氮条件下苯菌灵添加对显著降低土壤细菌群落物种多样性;施氮显著提高土壤真菌物种丰度和物种多样性,施氮与增温+施氮条件下苯菌灵添加显著增加土壤真菌物种丰度,且添加苯菌灵和不添加苯菌灵处理间差异显著。苯菌灵添加显著提高土壤微生物量碳和微生物量氮,同时施氮处理也显著提高土壤微生物量氮,并且增温、施氮及苯菌灵添加处理之间对土壤微生物量氮存在明显交互作用。(4)不同处理下影响土壤微生物群落组成的土壤因子有所不同。RDA分析表明,土壤有机碳、可溶性有机氮和可利用氮是影响土壤细菌群落组成的主要因素,土壤含水量、有机碳、可利用氮、可溶性有机碳是影响土壤真菌群落组成的主要因素。(5)增温、施氮条件下苯菌灵添加对各粒径的土壤团聚体比例和平均重量直径影响显著。增温、施氮和增温+施氮条件下,苯菌灵添加显著增加土壤大团聚体百分含量和平均重量直径,降低土壤粉砂+粘土百分含量和平均重量直径;增温处理显著降低微团聚体百分含量和平均重量直径,但显著提高粉砂+粘土百分含量和平均重量直径。(6)增温、施氮条件下苯菌灵添加显著增加土壤有机碳含量和有机碳储量。不添加苯菌灵情况下,增温、施氮及增温+施氮处理对土壤有机碳含量和有机碳储量无显著影响;当添加苯菌灵情况下,增温、施氮及增温+施氮处理下土壤有机碳含量和有机碳储量显著增加;在添加苯菌灵与未添加苯菌灵处理之间存在显著差异。综上所述,松嫩草地温度升高和氮沉降背景下土壤细菌对AM真菌的响应比土壤真菌敏感,增温和施氮条件下AM真菌可通过影响土壤微生物群落结构和组成,进而影响土壤团聚体的形成和稳定。土壤团聚体的形成和稳定性的增加为土壤碳提供物理保护,减少微生物对土壤碳干扰和降解,从而增加土壤碳储量,提高土壤固碳能力。因此,本研究结果有助于评估在温度升高和氮沉降影响下AM真菌对草地管理措施对土壤固碳潜力的影响。
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