不同草地生境狼毒对土壤理化特性及微生物群落特征的影响

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过去几十年中,不同类型的天然草地由于长期不合理利用导致有毒植物大面积扩散分布,甚至逐渐取代草地原有优良牧草成为优势种,对畜牧业造成大量损失。以往开展了大量关于草地有毒植物防治、药用成分开发利用、退化草地植被恢复等相关研究,忽视了草地生态系统中有毒植物对土壤环境的影响。狼毒作为我国天然草地广泛分布的主要有毒植物,可以通过根系分泌或残体腐解等途径向周围土壤环境释放化感物质,进而对群落中其他物种造成显著影响。狼毒在长期进化过程中形成了极强的生态适应能力,但目前对不同生境条件下狼毒如何改变土壤理化特性及根际土壤微生物群落结构的过程和机制尚不清楚。本文选择内蒙古海拉尔、河北省沽源县、四川省雅江县、四川省阿坝藏族自治区红原县、西藏那曲市五个研究位点开展实验研究,采集狼毒斑块及邻近无狼毒斑块下0-10cm表层土壤以测定土壤养分含量等理化指标,分析不同生境条件下狼毒对土壤理化特性的影响;同时采集狼毒根际土壤以测定真菌及细菌群落结构,明确不同生境条件下狼毒根际微生物群落特征的变化。主要结果与结论如下:(1)不同草地生境条件下湿度的变化显著影响狼毒对于土壤元素含量的作用效果。在相对干旱的内蒙古海拉尔、河北沽源及西藏那曲地区狼毒的存在可以显著提高土壤养分富集。其中,相对低温、干旱的内蒙古海拉尔地区,狼毒显著提高了土壤中金属元素Fe和Zn的含量,促进了土壤养分的富集。河北沽源地区狼毒显著提高了土壤大部分元素含量,包括P、Na、Ca、Mg、Mn、Cu、Fe、Zn等。西藏那曲地区狼毒未对金属元素造成显著影响,但提高了土壤AN的含量。土壤湿度是狼毒促进土壤养分消耗的重要因素,在土壤湿度相对较大的雅江和红原两地,狼毒快速消耗土壤养分。其中雅江地区狼毒显著降低了土壤中Cu、Fe、Zn的含量。在红原地区狼毒显著降低了土壤大部分元素含量,包括TC、TP、Ca、Mn、Cu、Fe、Zn等。(2)不同草地生境条件下狼毒根际土壤微生物群落物种数量、组成及多样性存在较大差异。五个生境狼毒根际土壤中共鉴别出真菌18门14382个OTUS、细菌45门21290个OTUs,细菌在数量和多样性方面占绝对优势。真菌主要优势门包括:子囊菌门(57.37%)、担子菌门(21.67%)、被孢霉门(13.47%)。相对丰度较高的细菌有放线菌门(39.92%)、变形菌门(16.64%)、酸杆菌门(12.83%)。不同生境的土壤湿度使得狼毒根际真菌及细菌多样性具有显著差异。在相对干旱的西藏那曲、内蒙古海拉尔及河北沽源地区,形成了较高的真菌及细菌多样性。而土壤湿度相对较大的红原及雅江两地狼毒根际土壤真菌及细菌多样性则较低。相较真菌,五个生境中共有的细菌种类更多,即细菌具有更强的环境适应性。每个生境条件下都形成了适应其环境的特有微生物种类,在极端低温干旱的环境中的西藏那曲地区狼毒形成的特有真菌及细菌种类最多,而在相对低温高湿的红原地区其特有微生物种类最少。(3)狼毒根际土壤理化特征对微生物群落特征具有显著影响。土壤SWC、TC、TP能够显著影响狼毒根际土壤真菌及细菌群落结构,其中真菌多样性对SWC更为敏感,而细菌多样性并不受SWC的影响。金属元素Na因其对优势真菌(子囊菌门、担子菌门、被孢霉门)及优势细菌(放线菌门、变形菌门)相对丰度具有显著影响,而成为影响土壤微生物相对丰度的关键因子。综上所述,狼毒为适应不同生境条件,形成了对土壤元素的差异性影响,同时也形成了具有显著差异的根际微生物群落特征。气候-土壤理化特性-根际微生物特征三者之间相互调节适应从而实现多种生境多种草地类型的广泛分布。探究微生物群落结构与所处生态系统之间相互作用机制,对整个生态系统都具有重要意义。同时能够为提高退化草地生态系统的土壤肥力和生产力、制定可持续的退化草地管理策略提供理论依据。
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