放牧与模拟采食对典型草原土壤丛枝菌根真菌及其参与枯落物分解的影响

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丛枝菌根真菌(AMF)可以与72%的陆地植物形成共生体,在土壤碳循环过程中起重要作用。AMF为宿主植物提供水分及养分,交换光合产物用以自身生长繁殖,在土壤中形成大量的根外丝菌及球囊霉素,是土壤碳库的重要组分,然而部分碳也会通过AMF自身呼吸从土壤释放到大气中。AMF还会参与枯落物的降解,间接影响土壤碳库。草地生态系统在全球碳循环过程中起重要的调节作用,放牧是草地生态系统的主要利用方式之一,但AMF对放牧的响应及其对土壤碳库的影响与作用机制还较少有人涉及。本研究以我国内蒙古典型草原为研究对象,采用调查研究和原位控制试验相结合的方法,探讨以下三个方面的内容:(1)放牧对AMF丰度的影响;(2)模拟采食对典型草原AMF丰度及其对土壤呼吸贡献的影响;(3)模拟采食对AMF参与典型草原枯落物分解的影响。通过在具有十年放牧历史的试验平台中取样,测量不同放牧强度(0-9 sheep ha-1)和地形(平地或坡地)中的植物物种数、地上生产力、土壤养分、土壤性质和AMF菌丝密度等,揭示了典型草原中放牧强度调控AMF丰度的确切路径。发现在坡地生态系统中,AMF菌丝密度随着放牧强度的增加呈线性下降趋势,但在平地生态系统,AMF菌丝密度随着放牧强度的增加呈单峰曲线变化,先升后降,且在中度放牧强度(4.5sheepha-1)条件下的AMF菌丝密度最高。使用结构方程模型分析发现,坡地生态系统中放牧主要通过改变土壤养分这一路径降低AMF菌丝密度,但在平地生态系统中,放牧主要通过改变植物群落和土壤性质两条路径,非线性的影响AMF菌丝密度。我们的调查研究结果说明,草地生态系统中放牧强度对AMF丰度的影响受到地形因素调控。在典型草原进行原位控制试验,使用适宜孔径的尼龙网分离土壤中的植物根系、AMF菌丝和其他土壤微生物,以测量各组分对土壤呼吸的贡献;使用刈割和植物功能群剔除(C3禾草、C4禾草、杂类草和CK)模拟放牧家畜的采食作用和放牧后植物功能群的变化,探究其对AMF菌丝密度和不同组分CO2排放的影响。2017年研究结果表明,对照处理中,植物根系、AMF菌丝和其他土壤微生物对土壤呼吸的贡献分别为30.96±7.88%,8.65±9.90%和60.39±5.55%。其中,C3禾草处理中AMF菌丝对土壤呼吸的贡献显着高于(32±8%)其他植物功能群。不同植物功能群产生AMF菌丝的能力也存在显著差异,即AMF菌丝生产效率(AMF菌丝密度/宿主植物地上生产力)不同,其中C3禾草最低,其次为C4禾草和CK处理,杂类草的AMF菌丝生产效率最高。此外,刈割对AMF菌丝呼吸无显著影响,但会增加AMF菌丝生产效率。本研究说明,C3禾草倾向于维持较高的AMF菌丝呼吸和较低的菌丝生产效率,因此,以C3禾草为优势种的草地生态系统中,AMF对土壤碳库的贡献较低。C4禾草和杂类草倾向于维持较低的AMF菌丝呼吸和较高的菌丝生产效率,将更多的碳保留在土壤中,AMF的土壤碳固持潜力较高。可见,放牧引起的植物群落组成的改变,会作用于AMF菌丝呼吸及菌丝生产效率,进一步影响AMF对土壤碳库的贡献。使用适宜孔径的尼龙网袋分离AMF与土壤中其他微生物,探究了刈割和植物功能群处理对AMF参与枯落物分解的影响。研究发现AMF通过提升土壤中β-葡糖苷酶和多酚氧化酶的活性加速对枯落物的降解。植物功能群的改变会影响枯落物分解,其中杂类草处理中的枯落物分解率较高,C4禾草处理中的最低;但并不会改变AMF对枯落物的分解作用。刈割在短时间内对枯落物的分解无显著影响。本研究发现,AMF的出现会导致枯落物分解率升高,植物群落组成的改变会影响枯落物的分解作用。综上所述,放牧强度对AMF丰度的作用受地形因素调控。放牧引起的植物群落的变化会影响AMF菌丝呼吸及菌丝生产效率,改变AMF的土壤碳固持潜力。AMF通过调控土壤酶活促进枯落物分解,植物群落的改变会影响枯落物的分解率。
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