土壤微食物网对湿地植物种间竞争的影响研究

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植物间竞争是塑造植物个体形态、生活史以及群落结构和动态的主要动力之一,同时也是决定生态系统结构和功能的关键生态过程之一。开展植物竞争研究有助于了解和掌握植物的生存策略、植物种间关系对群落发展和演替的作用以及物种共存机制。在陆地生态系统中地上部分和地下部分相互作用,除了环境因子外,土壤微食物网对植物的生长和竞争也有着至关重要的作用。作为土壤微食物网的主要组成,土壤线虫和土壤微生物通过其捕食关系以及其在养分循环和能量流动中的重要作用,在植物的生长和种间竞争等方面作用明显。本论文针对原位和非原位土壤微生物对植物种间竞争的影响,以及土壤线虫对微生物影响植物竞争的调控作用展开相关研究,研究结果将在一定程度上揭示不同营养级土壤生物对植物种间竞争的影响作用,推动从植物-土壤生物互作角度深入认识植物种间竞争机理及群落构建理论的研究。本研究首先调查了东北地区金川泥炭沼泽的三个主要演替序列(泥炭沼泽、灌丛和林地)的土壤线虫和土壤微生物群落的组成特征及差异。然后通过温室实验,比较了原位和非原位土壤微食物网(线虫+微生物)对沼泽原生境植物小星穗薹草(Carex angustior Mackenzie)和灌丛原生境植物黄连花(Lysimachia davurica Ledeb)种间竞争关系的影响。最后对比分析了沼泽土壤线虫+微生物、沼泽土壤微生物对上述两种植物种间竞争的影响作用。主要研究结果如下:(1)金川泥炭沼泽三个主要演替序列(沼泽-灌丛-林地)土壤微食物网群落调查研究结果表明,沼泽和灌丛土壤线虫的丰度和丰富度远低于林地,但三种生境线虫群落的香农-威纳指数和均匀度指数差异不明显。在沼泽生境中发现其它两类生境未发现的线虫属Eudorylaimus和Paractinolaimus。沼泽和灌丛土壤线虫群落的优势类群为食细菌线虫,而林地线虫群落的优势类群为植物寄生线虫和食细菌线虫。高通量测序结果表明,沼泽土壤细菌群落的丰度和丰富度均显著高于土壤真菌群落,土壤细菌群落多样性沼泽>灌丛>林地,而土壤真菌群落多样性林地>灌丛>沼泽。沼泽和灌丛土壤线虫和土壤微生物群落结构主要受土壤含水率、有机质和氮含量的影响,林地主要受土壤磷含量的影响。三种生境的土壤线虫结构均稳定成熟,但沼泽和林地因环境更稳定表现出较高的成熟度指数。通道指数和线虫代谢足迹均显示整个金川泥炭沼泽湿地的土壤线虫群落以细菌能量通道为主。(2)原位和非原位土壤微食物网对植物种间竞争的影响研究表明,沼泽土壤微食物网的添加降低了植物双方的种间竞争强度,提高了小星穗薹草和黄连花的竞争能力,使小星穗苔草在与黄连花的竞争关系中处于优势地位;而灌丛土壤生物的添加提高了竞争强度,降低了两种植物的竞争能力。沼泽原位土壤微食物网显著提高了竞争条件下小星穗薹草的总生物量、地上和地下生物量、总根长、细根长等指标,降低了植物叶和根的N、P含量。虽然小星穗薹草的各生长指标在非原位土壤微食物网处理条件下与对照组的差异未达到显著水平,但均高于对照灭菌组。而黄连花竞争时总生物量根冠比、总根长、比根长、根含N量三个处理中最低。土壤微食物网对于植物的生长和竞争有影响,原位土壤生物的促进作用更强。小星穗苔草和黄连花均更适应沼泽土壤微食物网环境。原生植物的种植与竞争和非原位植物的种植均影响了土壤微生物土壤线虫群落,竞争处理的微生物群落介于两种植物单种之间。六种处理的土壤线虫群落优势属也较为相似,竞争使得Anaplectus、Plectus、Chronogaster、Cylindrolaimus成为沼泽土壤线虫群落的优势种,Plectus是灌丛竞争处理的优势种。植物种类、土壤生物来源和是否竞争都没有影响土壤的能量流动通道,土壤微食物网主要还是以“自下而上的”食细菌通道为主要能量通道。(3)土壤线虫的添加显著降低了两种植物的竞争强度,显著增加了竞争响应力。小星穗薹草的竞争响应力无显著差异,线虫处理>只加微生物>对照组。黄连花的竞争响应力差异显著,两植物在添加线虫处理大于只加微生物的处理。土壤线虫的存在使竞争状态下薹草的总生物量、地上地下生物量、总根长显著增加,比叶面积、比根长、根冠比降低;土壤微生物处理下各项指标的变化幅度较小但高于对照组;线虫接种增加了黄连花竞争时的株高、比叶面积、比根长、总根长和细根长的值。当薹草处于竞争状态下时土壤微生物和线虫的添加使叶和根的P含量有所增加,降低了叶和根的N含量。添加土壤生物的处理,竞争状态下各元素含量均下降,尤其线虫的添加使竞争中的薹草和黄连花元素含量明显下降。土壤线虫改变了土壤微生物群落和土壤养分循环,使胞外酶产生差异,而只添加微生物时各种酶活性无显著相关。对土壤微生物群落进行主成分分析土壤线虫的存在使薹草单种、黄连花单种、以及二者竞争的处理土壤细菌群落明显的分开,而只有土壤微生物的三个处理的细菌群落还是较为聚集的。说明线虫增加土壤细菌群落间的变异性,且不同植物和不同种植方式对微生物群落的影响是特异性的。
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