禾草—内生真菌共生体对宿主凋落物分解的影响及其机制

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凋落物分解是草地生态系统养分循环和能量转换的重要途径,主要受到凋落物质量、气候或土壤环境因子以及分解者群落三方面的影响。植物-微生物共生体可通过调节植物-土壤反馈影响凋落物分解等关键生态系统过程。Epichlo(?)内生真菌是一种能与冷季型禾草形成共生体的地上微生物,已有研究发现其对地上植物群落及寄主生理可产生显著影响。然而,内生真菌对凋落物分解的影响及其生态学机理迄今却鲜有报道。我们推测,由内生真菌介导的宿主植物凋落物和土壤生物和非生物属性变化及其关联是影响凋落物分解的重要原因。因此,本文通过田间和室内试验相结合的方式,研究不同禾草内生真菌共生体对宿主植物凋落物及其分解微环境的影响,并利用分解微环境-凋落物的交互试验探究其对凋落物分解速率的影响和土壤微生物群落变化。主要开展的研究内容如下:1.不同宿主植物及其内生真菌共生体对凋落物质量特性和分解微环境的影响;2.禾草内生真菌对宿主凋落物分解速率的影响;3.不同土壤起源和内生真菌对凋落物分解速率的影响及其差异;4.禾草内生真菌影响宿主凋落物分解的生态学机理。主要研究结果如下:1.Epichlo(?)内生真菌对初始凋落物质量和土壤微环境均有显著影响。内生菌状态对土壤生物和非生物因素的影响要远大于其对寄主凋落物质量特性的影响,而寄主的物种特性对凋落物质量特性的影响更为重要。与种植E-(未侵染)植物的土壤相比,大多数种植E+(侵染)植物的土壤中的有效氮(N)和磷(P)以及土壤有机碳和微生物量碳分别增加了17.19%、14.28%、23.82%和11.54%。2.凋落物和分解微环境中内生真菌的存在减缓了凋落物分解,凋落物分解速率分别平均减缓了约1.23%和2.05%。内生真菌对分解的抑制作用随着时间逐渐增强,且在有内生真菌的土壤微环境中更为明显。E+和E-凋落物在不同分解微环境中呈现不同的“主场优势”效应。E-凋落物在E-分解微环境分解更快,但E+凋落物在E-分解微环境中却分解更快。凋落物分解速率与土壤湿度、土壤铵态氮、土壤硝态氮、土壤有机碳、凋落物纤维素和木质素含量显著相关。凋落物在分解过程中对不同碳组分的降解模式并不一致;E+凋落物增加了分解过程中凋落物可溶性物质和纤维素含量,但减少了半纤维素和木质素含量。E+凋落物增加了E+和E-分解微环境的硝态氮、有机碳和微生物量碳含量。3.不同土壤起源和内生真菌对凋落物分解的影响存在差异。总体上,E+凋落物在E+分解微环境中分解速率升高,但在E-分解微环境中分解速率降低。分解微环境中的内生真菌均减缓了E+和E-凋落物的分解。与E-凋落物相比,E+凋落物分解速率在E+分解微环境中加快了6.10%,在E-分解微环境中减慢2.56%。凋落物和分解微环境中内生真菌的存在均减慢了凋落物可溶性物质的分解,但加快了半纤维素和纤维素的分解。凋落物分解速率与半纤维素降解率、土壤微生物量、土壤p H和速效磷含量显著相关。4.内生真菌的存在显著影响了微生物呼吸速率,与E-凋落物相比,E+凋落物在E+土壤中具有较低的呼吸速率和微生物群落多样性。E+凋落物增加了土壤β-葡萄糖甘酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖甘酶和酸性磷酸酶含量,但E+和E-凋落物在E+分解微环境中土壤酶活性普遍降低。综上所述,内生真菌显著影响了宿主植物的凋落物分解,分解过程中土壤养分动态的变化以及土壤呼吸和酶活性都受到凋落物或分解微环境中内生真菌的影响。内生真菌可通过改变凋落物初始质量特性、分解微环境及土壤微生物活性(酶活性和土壤呼吸)影响宿主凋落物分解。该研究为全面评估内生真菌对凋落物分解的影响提供了科学依据,对于我们理解内生真菌在调控草地生态系统养分循环和土壤生态过程中的重要作用具有重要的科学意义。
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