内蒙古温带草甸草原丛枝菌根真菌群落组成和多样性对氮沉降和刈割的响应

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我国草原面积广阔,承载着传统畜牧业的发展,具有十分重要的地位。同时,草原生态系统又较为敏感,容易受到全球变化和人类活动的干扰。随着工业化进程的推进,大气氮沉降日益严重,对草原生态系统造成了严重影响。刈割是我国草地管理的重要方式,在一定程度上可以缓解氮沉降对地上和地下群落多样性的负面影响。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌作为连接地上和地下群落的桥梁,占据了两个生态位,在生态系统中发挥着重要作用。研究氮沉降和刈割对AM真菌群落组成和多样性的作用,有助于科学评估全球变化和人类活动对草原生态系统的影响。然而,目前同时对土壤和根系中AM真菌群落进行探讨的研究较少。因此,本研究依托中国科学院沈阳应用生态所额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站氮素化合物添加实验平台开展,选取两种类型氮素化合物(硝酸铵和尿素),四种氮添加剂量(2,5,10,20 g N m-2 yr-1),两种草地管理方式(刈割和不刈割),通过高通量测序技术,结合植物群落调查和土壤理化性质测定,开展研究区域内土壤和植物混合根系中AM真菌群落组成和多样性对氮沉降和刈割的响应研究。主要研究结果及结论如下:1、土壤和根系中AM真菌群落对氮沉降的响应不同。氮素化合物类型对土壤中AM真菌群落的组成和结构无显著影响;氮添加量显著影响土壤中AM真菌的群落组成和多样性。随着氮添加量的增加,土壤中AM真菌群落的α多样性不断下降,在高氮添加下(10,20 g N m-2 yr-1)其群落结构发生变化。氮添加量对根系中AM真菌群落的组成和多样性无显著影响。氮添加通过影响土壤pH值和无机氮含量来影响AM真菌群落组成和多样性,而植物群落组成对AM真菌群落组成无显著影响,长期施氮可能降低了植物对AM真菌的依赖。土壤和根系AM真菌群落组成及多样性存在差异。土壤AM真菌群落的α多样性显著高于根系,其群落组成以球囊霉科、类球囊霉科和多孢囊霉科为主;根系AM真菌群落中球囊霉科则占据了绝大部分比例。2、刈割缓解了氮添加对植物群落多样性的负面影响,但未缓解对AM真菌群落的负面影响。氮添加促进了喜氮植物的生长,对低矮植物造成遮阴,从而降低了植物群落的α多样性。刈割通过改变植物高度,缓解了低矮植物的光限制,减轻了氮添加对植物群落多样性的负面影响。氮添加通过影响土壤pH值和无机氮含量降低了土壤中AM真菌群落的多样性,刈割未缓解氮添加对土壤中AM真菌群落多样性的负面影响,可能是由于刈割未改变土壤pH值和无机氮含量。在氮添加和刈割处理下,AM真菌群落构建的生态过程未发生变化,环境过滤是驱动AM真菌群落构建的一个主要生态过程。本论文从氮素化合物类型(质)和氮添加剂量(量)两个角度模拟氮沉降,探讨了内蒙古温带草甸草原AM真菌群落组成和多样性对氮沉降和刈割的响应,丰富了全球变化下刈割对草原生态系统地下群落影响的研究,揭示了刈割在草地管理中的重要现实意义,为氮沉降背景下温带草甸草原可持续管理提供了科学依据。
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