亚热带森林外生菌根树种丰度对土壤生物有效磷的影响

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磷(P)是植物生长发育必需的养分元素之一。土壤中存在多种形态的P,但亚热带森林土壤中能被植物吸收利用的有效P含量低,导致P是植物生长的主要限制因素。森林中大多数树木能与真菌形成丛枝菌根(AM)或外生菌根(ECM)共生体,以此获取更多的养分。AM和ECM在获取土壤P的策略上有所不同,但不同菌根树种如何调控以及多大程度上影响土壤磷生物有效性却知之甚少。本论文以亚热带典型次生林为研究对象,通过野外树种菌根调查方法构建了 ECM树种相对丰度梯度变化样地,采用一种模拟植物P利用机制的新方法——BBP法(biologically-based P)分别测定有机层和矿质层中土壤生物有效P含量,同时对凋落物数量和质量、土壤理化性质、P循环功能基因和微生物多样性进行了测定分析,以探讨ECM菌根树种相对丰度变化对土壤生物有效P的影响及其作用机制。主要结果如下:(1)四种土壤生物有效P中,除酶磷(Enzyme-P)外,氯化钙磷(CaCl2-P)、柠檬酸磷(Citric-P)、盐酸磷(HCl-P)含量均随ECM树种相对丰度的增加而增加,且ECM主导林分土壤中Citric-P、HCl-P含量要显著高于AM主导林分。土壤全磷(TP)在有机层中随ECM树种相对丰度增加而增加,在矿质层的趋势则相反。土壤有效磷(Olsen-P)随ECM树种相对丰度增加而增加,且与CaCl2-P、Citric-P、HCl-P显著相关。无论是AM还是ECM主导林分Citric-P/CaCl2-P、HCl-P/CaCl2-P 的比值大于 1,而 Enzyme-P/CaCl2-P 比值接近 1,说明通过分泌酸性物质促进闭蓄态无机P溶解而非酶解有机P是亚热带森林树木P获取的主要策略。在AM主导森林中HCl-P/Citric-P要高于ECM主导森林,说明AM主导森林中有机酸分泌不足导致更难从土壤基质中释放P。(2)随ECM树种相对丰度增加,年凋落物生物量无显著变化,但凋落物P和氮(N)含量显著降低,凋落物C、C/N、C/P显著增加,说明ECM主导林分凋落物质量相较AM低。土壤pH值随着ECM树种相对丰度增加而降低,这可能是由于ECM能分泌更多的低分子量有机酸导致的。由于凋落物的影响,有机层有机碳(SOC)、全氮(TN)都要显著高于矿质层,但与ECM树种相对丰度无显著相关;土壤微生物生物量随ECM树种相对丰度增加而降低,表现为AM森林显著高于ECM森林,但酸性磷酸酶(ACP)活性在ECM和AM森林中无显著差异。(3)菌根树种优势度影响土壤P循环功能基因丰度,主要表现在无机P溶解功能基因中如gcd、ppa的丰度在ECM主导林分中要显著高于AM林分。磷转运功能基因中ugpA、pstS的丰度在ECM主导林分中显著高于AM林分。无机磷溶解功能基因phoN、appA、phnG、phnN和有机磷矿化功能基因ppx与土壤pH均具存在显著负相关关系。(4)土壤细菌优势菌群为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi),细菌群落主要受到SOC、TN、TP和pH的影响。真菌群落以子囊菌门(Ascomycota)、链形植物门(Streptophyta)和担子菌门(Basidiomycota)为优势菌群,其中担子菌门(Basidiomycota)在ECM主导林分相对丰度显著高于AM林分。真菌群落主要受到凋落物C/N比与TP的影响。综上所述,亚热带森林土壤生物有效P受到菌根树种的调控,这有助于正确理解亚热带森林多树种共存及生产力维持机制,为森林经营和退化森林恢复的树种选择及比例配置提供科学依据。
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