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菌根是土壤真菌与植物根系形成的共生结构,菌根真菌群落与地上植物之间的相互关系是菌根生态学的核心问题之一。
森林砍伐直接削减或阻断了地上植物向根系分配的碳同化产物,将对微生物生命活动造成影响。由干扰引起的环境生物因子变化是否会对干扰后更新的外生菌根(ECM)植物幼苗生长及幼苗根系ECM真菌群落结构产生影响,我们还知之甚少。主要因为,在野外条件下,其它非生物环境因子伴随着生物因子发生变化,而较难将生物因子效应独立出来。我们设计了互补性灭菌的方法消除土壤非生物因子差异,来检验这些生物因子与非生物因子的变化,是否会对幼苗生长及基于幼苗的ECM群落结构产生影响。同时也检验了重度干扰区土壤微生物接种体与成年林中土壤微生物接种体是否会对演替早期与晚期幼苗上述过程产生差异性影响。最后我们通过Mantel检验筛选出具有显著相关性的环境因子,以Mantel统计量构建结构方程模型,用以分析在土壤有机体、土壤理化特性、宿主植物等生物与非生物的环境因子中,对幼苗生长及根系ECM真菌群落构建过程中起主要作用的因子。
分别从一个具有约40年皆伐历史并且多次人为耕种的重度干扰样区,及一个未受干扰的成年林样区采集土壤样品,将两地土样各取1/2灭菌处理,再按土壤中微生物有无,将两地土壤互补性地等量混合。分别种植一种演替早期植物-马尾松(Pinusmassoniana)及另一种演替晚期植物栲(Castanopsis fargesii)。在植物生长10、13、16个月后,采收植物样品,测定在不同处理和土壤组合中植物生长以及菌根真菌群落组成状况,同时还测定了土壤中的养分和其他非生物因子。通过这些研究,希望能够阐明,(1)与未受干扰的森林相比,砍伐多年以后的退化生境中菌根真菌群落的组成和结构如何变化?(2)不同演替阶段的优势植物物种对退化土和森林土是否有偏好性,这种偏好性是否与菌根真菌群落组成有关?(3)土壤环境因子是否对植物生长以及菌根真菌群落产生影响?
实验结果表明,与未受干扰的成年林样地相比较,退化生境中ECM真菌物种丰富度、香农-威纳指数、担子菌与子囊菌百分比多度比率显著较低(P<0.05)。并且,ECM真菌群落物种组成在退化林地土壤与森林土壤之间具有显著差异(MRPP:A=0.045,P=0.001)。Fisher’s exact test结果表明形成密集的根外菌丝体的真菌如:Cenococcum1与Thelephoraceae2显著偏好有机质含量较高的成年林,而不能形成明显菌套的Nectriaceae1真菌偏好退化林地。
ANOVA结果表明:消除土壤养分差异后,森林土壤生物因子(F)显著抑制了先锋树种马尾松幼苗的生长(F,F=71.14,P<0.0001),并且成年林土壤生物因子与退化林地土壤生物因子(D)之间存在显著的交互作用(P=0.012);进一步用分子生物学技术鉴定ECM真菌物种,结果表明,马尾松地上部分生物量与菌根真菌的物种丰富度显著负相关(P=0.029)。对于演替晚期树种栲,土壤生物因子影响不显著,栲树的生长与菌根真菌的物种丰富度正相关但并不显著。
非参数性排序(NMDS)拟合环境因子向量结果表明:宿主种类(P<0.001)和土壤来源(P<0.05;)、土壤容重(P<0.01)、碳氮比(P<0.01)是决定ECM真菌群落物种组成的重要因子。结构方程模型表明:宿主植物种类(总效应:0.33)、土壤生物因子来源(总效应:0.15)对幼苗根系ECM真菌群落结构影响最大。
本研究从植物-土壤微生物之间相互作用角度,为重度干扰后植被恢复过程中植物种类选择提供了依据。