不同林龄闽楠叶片功能性状与土壤及微生物的协同关系

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:greathuhao
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林龄是影响森林生态系统结构、功能的重要因素,系统发育过程中通过改变群落结构、物种组成和森林生态位,调节植物体与环境的关系,促进森林生态系统的稳定和健康。为了揭示不同林龄的人工林生态系统中植物与土壤微生物的变化与协同关系,本研究以不同林龄闽楠人工林(5年、10年、20年、45年)为研究对象,建立了 12个固定样方,于2019年12月和2020年7月进行采样,测定叶片结构性状(叶长、叶宽、比叶面积、叶厚度、叶片含水量等9种性状)和养分含量(叶碳含量、叶氮含量、叶磷含量等6种养分)、枯落物养分含量(枯落物碳含量、枯落物氮含量、枯落物磷含量等6种养分)、土壤理化性质(包括容重、pH值、有机碳、全氮、全磷等10种指标)以及土壤微生物群落结构和多样性,研究了不同林龄叶功能性状、枯落物养分特性、土壤肥力及微生物结构与多样性的变化特征;用内稳性模型进行拟合分析,明确叶片、枯落物各养分含量的内稳性特征;RDA分析探究影响微生物群落的关键因子,揭示闽楠叶性状、土壤理化性质以及土壤微生物群落间的协同效应,以期为进一步研究自然条件下的植物与土壤反馈作用打下基础,对科学合理地经营森林整个生长过程提供部分理论依据。主要结论如下:(1)随林龄的增加,叶结构性状对环境因子有更好的适应性。各叶结构性状变异较为丰富,可塑性指数随林龄的变化趋势大体与变异系数相似,叶长、叶宽、叶面积、叶周长、主脉直径的可塑性指数均在20年时最大,叶厚可塑性指数在10年时表现为最大,比叶面积、初级脉密度则在45年时最大,叶结构性状的可塑性指数整体表现为叶形态性状大于叶脉功能性状。(2)各养分元素在闽楠叶片、枯落物、土壤间的含量及各组分间分布存在不同程度的差异,闽楠叶片中养分含量顺序为C>N>K>Ca>P>Mg,枯落物中养分含量顺序为C>N>Ca>K>Mg>P,0-15 cm 土层养分表现为SOC>K>N>Mg>Ca>P;同一元素在不同组分间分布存在差异,SOC、N、P含量均表现为土壤<枯落物<鲜叶,K含量表现为枯落物<土壤<鲜叶,Ca表现为土壤<鲜叶<枯落物,Mg表现为枯落物<鲜叶<土壤。具体表现为:闽楠枯落物和0-15 cm 土壤SOC,叶N、枯落物N、土壤N均随林龄的增加而增加。与5年生闽楠相比,10年、20年、45年闽楠叶片N含量分别增加了 13.06%、32.20%、38.70%,枯落物N含量增加了 4.97%、12.23%、23.90%。叶P与土壤P呈波动变化,在20年生闽楠中最高,枯落物P含量随林龄大致为增加趋势,但各林龄间差异不显著。叶片K含量随着林龄的增加总体呈减少的趋势,45年生闽楠叶K含量显著低于其他3个林龄;枯落物K含量表现为20年>5年>45年>10年,在各林龄间无显著差异;全钾含量随林龄的增加表现为先减少再增加,5年生闽楠各土层TK含量最大。叶Ca、枯落物Ca与土壤有效Ca,叶Mg含量、枯落物Mg与土壤有效Mg随着闽楠的生长阶段分别呈相似的变化趋势。(3)土壤微生物多样性在不同林龄间存在差异,随着林龄的增加土壤细菌Shannon-winner多样性指数和Chao 1丰富度指数呈现先增加后降低的趋势,均在10年生闽楠林达到最大值,45年生闽楠林中为最小值;土壤真菌Shannon-winner多样性指数和Chao 1丰富度指数随林龄的增加呈现先降低后增加的趋势,均在10年生闽楠林达到最小值,45年生闽楠林中为最大值。细菌、真菌Beta多样性在同一林龄阶段表现出较强的聚集效应,不同林龄间细菌表现出较强的分离效应,真菌在幼龄期有聚集效应,随着林龄增大发生分离。不同林龄土壤微生物在门分类平上优势种群相同,但相对丰度均不同,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteriota)为细菌的主要菌门;子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、Unclassified-k-Fungi为真菌群落的3大优势菌门,占真菌群落组成的90%以上。(4)不同林龄叶结构性状与叶片养分含量相关关系整体上强于与土壤养分的相关关系,土壤养分K、Ca、Mg与闽楠叶片、枯落物中量元素的较其他养分含量的协同变化更强烈。闽楠叶片养分C、K、Mg不具备内稳性,叶片N、P、Ca内稳性大小表现为P>Ca>N,叶片P含量在不同林龄间具有较高的内稳态,而叶片N含量内稳态较弱;枯落物养分K不具备内稳性,其他枯落物养分元素内稳性大小表现为Mg>Ca>C>N>P,枯落物中中量元素的稳定性比大量元素稳定性好。闽楠叶片-土壤养分特征与微生物丰度和多样性(Alpha多样性、Beta多样性)具有显著相关,且叶片-土壤养分特征值对真菌的影响程度大于细菌,枯落物与土壤养分对微生物多样性的影响大于闽楠叶片;叶片-土壤养分对土壤真菌群落的多样性影响大于丰度。
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