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植物生长在土壤中,植物释放的化感作用物质必须要经过土壤才能发挥作用,土壤微生物在其中发挥重要作用,植物化感作用机制的深入研究必须建立在充分了解植物化感物质与微生物互作关系的基础上。尽管桉树化感作用的研究已有诸多报道,但受土壤生态系统复杂性和实验手段的限制,目前对桉树人工林土壤微生物与桉树化感作用的相关性研究还比较少见。因此本文一方面通过研究巨尾桉(Eucalyptus grandis x E. urophylla)对广西林下本土植物幼苗生长的影响,同时研究不同土壤来源的微生物作用下巨尾桉叶化感作用的变化,探讨土壤微生物对化感作用的影响;另一方面从巨尾桉叶对土壤微生物功能多样性与细菌群落结构多样性的作用等方面探讨巨尾桉叶对土壤微生物的影响。从而阐明巨尾桉化感物质与土壤微生物的相互影响,对于明确巨尾桉的生态效应、全面科学地评价其化感作用的生态影响具有重要的理论与实践意义。主要获得以下研究结果:
1、巨尾桉对广西林下本土植物幼苗生长的影响
通过比较巨尾桉不同叶片(绿叶、黄叶、灰叶)在盆栽土壤中,其不同处理方式下(叶水浸提液浇淋、土表叶片覆盖、叶片与土壤混合)对广西林下常见本土植物三桠苦、灰毛浆果楝、盐肤木幼苗生长的影响,发现叶片水浸提液及土表覆盖处理对受体植物幼苗生长影响不明显,但巨尾桉叶混入土壤中分解30 d以后灰叶与黄叶的高浓度处理明显抑制三桠苦幼苗的生长,其抑制效果随分解时间增加而愈加明显,且具有量效关系;而绿叶在实验后期未抑制三桠苦株高的生长。但叶片与土壤混合实验中三种叶片均明显抑制三桠苦根的生长。结果表明巨尾桉叶片来源及其作用方式的不同均导致化感作用的差异。
2、巨尾桉叶对小白菜及土壤微生物功能多样性的化感作用
分别在灭菌与不灭菌土壤的土壤中测定巨尾桉叶片对小白菜的化感作用,发现土壤微生物能够减轻巨尾桉的化感作用,并且不同土壤来源的微生物作用存在差异。巨尾桉叶分解初期对小白菜萌发与生长产生抑制作用,分解时间增长以及微生物作用下,抑制作用逐步减弱,有些还转变为促进作用。巨尾桉叶在未灭菌的桉树林、杉树林、乡土植物混交林土壤中分解初期对小白菜萌发与生长产生的化感抑制作用比灭菌土壤中的弱,而分解后期的化感促进作用又强于后者。但在荒地土壤中,土壤灭菌与否未引起其化感作用的明显差异。
通过biolog测定发现,巨尾桉叶片在桉树林、杉树林、乡土植物混交林土壤中较充分分解时(20 d),对土壤微生物活性(AWCD)具有促进作用,但相同分解时间内,对荒地土壤微生物仍表现出抑制作用。巨尾桉叶片分解对土壤微生物的多样性指数也产生一定的影响,其中对Shannon指数的影响不明显,对McIntosh指数影响最大,Simpson指数次之,表明微生物群落均一性与常见种优势度受到了影响。
3、巨尾桉叶对土壤细菌微生物结构多样性的影响
通过高通量测序比较巨尾桉叶片分解对桉树林、杉树林、乡土植物混交林、荒地地四种土壤细菌微生物的影响,发现桉树林、乡土植物混交林及荒地土壤细菌微生物相似度比较高,与杉树林的相差较远。变形菌门( Proteobacteria)、放线菌门(Acidobacteria)、酸杆菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)属于所测定样品的优势门类。巨尾桉叶片分解一段时间后未造成土壤细菌数量的明显变化,但使变形菌门细菌在土壤中的相对百分比例增加,而放线菌门的则减少。巨尾桉叶片在四种土壤的原土壤中分解,均使土壤中的细菌菌群丰度和多样性增加,而当将土壤微生物在灭菌土壤中重新培养,除荒地土壤外,添加巨尾桉叶片则使其丰度及多样性降低。巨尾桉叶片分解会引起土壤细菌在属水平上的变化,更多的是丰度的变化,不过这种变化也因土壤细菌的不同而不同。实验结果表明巨尾桉叶片分解产物对土壤细菌微生物群落结构产生一定的影响。
4、浸提液不同组分对小白菜及土壤微生物的影响
巨尾桉浸提液对小白菜及土壤微生物功能多样性均表现一定的化感作用。与对照组相比HP-20树脂分离部位中40%及80%甲醇洗脱部位对小白菜种子萌发与幼苗鲜重的抑制作用较水洗与20%甲醇部位强,但较总浸提液弱。水浸液具有促进土壤微生物功能多样性的作用,HP-20树脂吸附的部分与水洗部位对微生物的作用有较明显的差别。总体来说,树脂吸附的小分子有机物质的化感抑制作用要强于未被吸附的成分。5、微生物对巨尾桉化感作用的影响
通过浸提液与微生物的直接培养证实微生物具有改变浸提液化学成分的能力,且这种能力还因微生物来源不同而异。浸提液的化学成分被微生物改变以后,其对小白菜的化感抑制作用得到减轻。
总之,本研究证实了巨尾桉对林下植物的化感作用;土壤微生物能够影响到巨尾桉化感作用的强度,巨尾桉叶片凋落物对土壤微生物群落结构和功能多样性等有重要影响。
1、巨尾桉对广西林下本土植物幼苗生长的影响
通过比较巨尾桉不同叶片(绿叶、黄叶、灰叶)在盆栽土壤中,其不同处理方式下(叶水浸提液浇淋、土表叶片覆盖、叶片与土壤混合)对广西林下常见本土植物三桠苦、灰毛浆果楝、盐肤木幼苗生长的影响,发现叶片水浸提液及土表覆盖处理对受体植物幼苗生长影响不明显,但巨尾桉叶混入土壤中分解30 d以后灰叶与黄叶的高浓度处理明显抑制三桠苦幼苗的生长,其抑制效果随分解时间增加而愈加明显,且具有量效关系;而绿叶在实验后期未抑制三桠苦株高的生长。但叶片与土壤混合实验中三种叶片均明显抑制三桠苦根的生长。结果表明巨尾桉叶片来源及其作用方式的不同均导致化感作用的差异。
2、巨尾桉叶对小白菜及土壤微生物功能多样性的化感作用
分别在灭菌与不灭菌土壤的土壤中测定巨尾桉叶片对小白菜的化感作用,发现土壤微生物能够减轻巨尾桉的化感作用,并且不同土壤来源的微生物作用存在差异。巨尾桉叶分解初期对小白菜萌发与生长产生抑制作用,分解时间增长以及微生物作用下,抑制作用逐步减弱,有些还转变为促进作用。巨尾桉叶在未灭菌的桉树林、杉树林、乡土植物混交林土壤中分解初期对小白菜萌发与生长产生的化感抑制作用比灭菌土壤中的弱,而分解后期的化感促进作用又强于后者。但在荒地土壤中,土壤灭菌与否未引起其化感作用的明显差异。
通过biolog测定发现,巨尾桉叶片在桉树林、杉树林、乡土植物混交林土壤中较充分分解时(20 d),对土壤微生物活性(AWCD)具有促进作用,但相同分解时间内,对荒地土壤微生物仍表现出抑制作用。巨尾桉叶片分解对土壤微生物的多样性指数也产生一定的影响,其中对Shannon指数的影响不明显,对McIntosh指数影响最大,Simpson指数次之,表明微生物群落均一性与常见种优势度受到了影响。
3、巨尾桉叶对土壤细菌微生物结构多样性的影响
通过高通量测序比较巨尾桉叶片分解对桉树林、杉树林、乡土植物混交林、荒地地四种土壤细菌微生物的影响,发现桉树林、乡土植物混交林及荒地土壤细菌微生物相似度比较高,与杉树林的相差较远。变形菌门( Proteobacteria)、放线菌门(Acidobacteria)、酸杆菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)属于所测定样品的优势门类。巨尾桉叶片分解一段时间后未造成土壤细菌数量的明显变化,但使变形菌门细菌在土壤中的相对百分比例增加,而放线菌门的则减少。巨尾桉叶片在四种土壤的原土壤中分解,均使土壤中的细菌菌群丰度和多样性增加,而当将土壤微生物在灭菌土壤中重新培养,除荒地土壤外,添加巨尾桉叶片则使其丰度及多样性降低。巨尾桉叶片分解会引起土壤细菌在属水平上的变化,更多的是丰度的变化,不过这种变化也因土壤细菌的不同而不同。实验结果表明巨尾桉叶片分解产物对土壤细菌微生物群落结构产生一定的影响。
4、浸提液不同组分对小白菜及土壤微生物的影响
巨尾桉浸提液对小白菜及土壤微生物功能多样性均表现一定的化感作用。与对照组相比HP-20树脂分离部位中40%及80%甲醇洗脱部位对小白菜种子萌发与幼苗鲜重的抑制作用较水洗与20%甲醇部位强,但较总浸提液弱。水浸液具有促进土壤微生物功能多样性的作用,HP-20树脂吸附的部分与水洗部位对微生物的作用有较明显的差别。总体来说,树脂吸附的小分子有机物质的化感抑制作用要强于未被吸附的成分。5、微生物对巨尾桉化感作用的影响
通过浸提液与微生物的直接培养证实微生物具有改变浸提液化学成分的能力,且这种能力还因微生物来源不同而异。浸提液的化学成分被微生物改变以后,其对小白菜的化感抑制作用得到减轻。
总之,本研究证实了巨尾桉对林下植物的化感作用;土壤微生物能够影响到巨尾桉化感作用的强度,巨尾桉叶片凋落物对土壤微生物群落结构和功能多样性等有重要影响。