短期和长期氮添加对南亚热带常绿阔叶林土壤丛枝菌根真菌群落的影响

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目前氮沉降已经成为全球性的问题,关于氮沉降的相关研究也已成为生态学和环境科学研究的热点。其中,丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)由于在改善共生植物的矿质营养供应(氮、磷等)、提高植物抗逆能力、影响土壤碳、氮循环等方面发挥着重要作用,所以关于氮沉降对AMF影响的研究得到越来越多的重视。AMF生命周期相对较短,对于环境变化的响应更为敏感。已有的研究多集中与长期氮添加对AMF群落的相关影响,而针对短期和长期氮添加对AMF群落影响的相关研究鲜见报道。因此,本研究的目的在于探究短期和长期氮添加对AMF群落的影响,有助于人们理解AMF群落对氮添加的响应和适应,为研究样地所在区域的南亚热带常绿阔叶林的保护和管理提供依据。  本研究以我国华南地区的南亚热带常绿阔叶林中土壤中AMF为研究对象,依托位于广东省肇庆市鼎湖山自然保护区内的氮添加实验平台,选取了连续施氮2年和施氮13年的短期和长期样地中相对应水平的施氮样方并编号:短期样地选取对照(Ct,0kg·hm-2·yr-1)、低氮(LN,35kg·hm-2·yr-1)和高氮(HN,105kg·hm-2·yr-1)三个水平,长期样地选择对照(Ct,0kg·hm-2·yr-1)、低氮(LN,50kg·hm-2·yr-1)和高氮(HN,100kg·hm-2·yr-1)三个水平,于2016和2017年的1月(干季)和7月(湿季)进行四次样品采集,分析测定土壤的理化性质,并利用孢子密度测定、总根系侵染率测定、磷脂脂肪酸(Phosphorus fatty acid,PLFA)测定及高通量测序技术对AMF的生物量和群落结构进行了测定,探究短期和长期氮添加对AMF群落结构的影响,主要结果归纳如下:  (1)整体上看,长期氮添加对土壤理化性质的影响比短期氮添加的影响更显著。长期氮添加使得土壤铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量显著增加,土壤pH显著降低;而短期氮添加仅使得NO3--N含量显著增加。除此之外,土壤理化性质在季节上差异明显。短期氮添加样地,土壤NO3--N、全磷(TP)、土壤有机碳(SOC)、氮磷比(N∶P)都表现为干季低于湿季,NH4+-N和全氮(TN)含量则为干季高于湿季。而长期样地中,所测得的土壤理化指标均具有显著的季节差异,NH4+-N、TP、AP和碳氮比(C∶N)在干季高于湿季,其他理化指标表现为干季低于湿季。不同年限的氮添加使得土壤理化性质发生改变,其中氮添加使得土壤C、N和P的比例明显失调。  (2)短期和长期氮添加对AMF生物量的影响不同。短期氮添加对AMF的孢子密度、总根系侵染率和PLFA含量有显著影响,而长期氮添加对上述指标的影响具有显著的季节差异。短期HN添加使得AMF的孢子密度和PLFA含量显著增加达到最大值;而LN添加在干季时使得AMF总根系侵染率显著增加达到最大值。长期氮添加在LN水平使得AMF的孢子密度和总根系侵染率显著增加达到最大值,而氮添加使得PLFA含量显著降低。  (3)短期和长期的氮添加对AMF群落组成的影响不同。在科水平上,短期和长期氮添加影响了AMF的群落组成,使得短期样地中的优势类群(平均相对多度>2%)--多孢囊霉科(Diversisporaceae)和长期样地中的优势类群--无梗囊霉科(Acaulosporaceae)成为非优势类群。但是短期和长期氮添加都没有改变球囊霉科(Glomeraceae)的主导地位,且随着氮添加水平的增加都使得Glomeraceae的相对多度增加。另外,短期和长期的氮添加对AMF多样性没有产生显著影响,但是整体上长期样地中的指标要高于短期样地。短期和长期氮添加使得AMF在OTUs水平上的群落组成显著不同,但是不同的氮添加水平对群落组成没有显著影响。  (4)氮添加通过直接和间接作用对AMF生物量和群落组成产生影响。短期样地中,氮添加通过直接作用及对土壤和N∶P的间接作用对AMF群落组成、孢子密度和总根系侵染率变化的解释度分别达到57%、89%和21%。长期样地中,氮添加通过直接作用及土壤、C∶N和pH等的间接作用对AMF群落组成、孢子密度和总根系侵染率变化的解释度达到59%、56%和26%。
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