土壤微生物群落和酶活性对五种外来植物的响应

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外来植物入侵不仅严重破坏生态系统中植物的生产力、多样性和稳定性,而且也对土壤微生物的群落结构和功能产生影响。作为生态系统的重要组成成分,土壤微生物在养分循环和植物生长竞争过程中具有重要的作用。因此,开展外来植物对土壤微生物的群落结构和功能影响研究,对全面揭示外来植物入侵机制以及外来植物入侵的防治具有重要的理论意义和实际价值。本研究以对我国生态系统造成严重危害的紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)、飞机草(Eupatorium odoratum)、加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)、三裂叶豚草(Ambrosia trifida)和三叶鬼针草(Bidens pilosa)等5种外来植物和2种本地植物长梗千里光(Senecio kaschkacvii)和野芝麻(Lamium barbatum)为研究对象,通过对土壤微生物群落结构和土壤酶活性的分析,揭示微生物及其功能对外来植物入侵的响应机制。主要取得以下研究结果:  在云南次生林中3个紫茎泽兰入侵强度样地土壤的磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acids,PLFAs)和酶活性分析结果表明,紫茎泽兰入侵显著降低了土壤革兰氏阴性(G-)细菌、放线菌、丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌、非AM真菌和总微生物的生物量。重度入侵显著增加了土壤脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶和过氧化物酶的活性,但对碱性磷酸酶、转化酶、β-葡萄糖苷酶和纤维素酶的活性无显著影响。紫茎泽兰入侵显著影响了土壤微生物群落组成和酶组成,而且由紫茎泽兰入侵引起的植物群落组成的改变是影响土壤微生物群落和酶组成的关键因子。  通过对这3个紫茎泽兰入侵强度样地的AM真菌分析表明,紫茎泽兰入侵显著增加了其根内的丛枝(arbuscule)密度,但对AM侵染率、孢囊(vesicle)和菌丝圈(hyphal coil)密度无显著影响。根据形态特征共分离鉴定了9属、29种AM真菌。紫茎泽兰入侵显著降低了土壤中AM真菌孢子密度,其中随着紫茎泽兰入侵强度的增加,幼套近明囊霉(Claroideoglomus etunicatum)、聚丛球囊霉(Glomus aggregatum)和沙生球囊霉(Glomus arenarium)的孢子密度显著降低,而地球管孢囊霉(Funneliformis geosporus)的孢子密度显著增加。AM真菌的丰度和香农多样性指数在不同紫茎泽兰入侵强度之间无显著差异,但是紫茎泽兰重度入侵地的AM真菌群落组成与中度和未入侵地之间存在显著差异,并与植物的物种丰度、土壤总磷和硝态氮含量显著相关。  在温室盆栽的5种外来植物和2种本地植物根围土壤的PLFA和酶活性分析显示,本地植物土壤中放线菌和非AM真菌的生物量显著高于外来植物,而革兰氏阳性(G+)细菌、G-细菌、AM真菌和总微生物的生物量在各植物之间无显著差异。本地植物和外来植物根围土壤的微生物群落组成存在显著差异。外来植物根围土壤的转化酶、酸性磷酸酶和过氧化物酶活性显著高于本地植物,但纤维素酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和多酚氧化酶的活性在不同植物之间无显著差异。  通过对该温室盆栽控制实验的AM真菌分析结果表明,外来植物根系的泡囊密度和丛枝密度显著高于本地植物,而本地植物和外来植物根系的AM侵染率和菌丝圈密度均无显著差异。根据形态特征共分离鉴定了10属、30种AM真菌。AM真菌孢子密度在不同植物间有显著差异,即长梗千里光>飞机草>三叶鬼针草>紫茎泽兰>野芝麻>加拿大一枝黄花>三裂叶豚草。同时不同的植物种类影响了根围土壤中一些AM真菌的孢子密度,如飞机草和紫茎泽兰根围土壤的蜜色无梗囊霉(Acaulospora mellea)、莫氏无梗囊霉(Acaulospora morrowiae)和细凹无梗囊霉(Acaulospora scrobiculata)的孢子密度显著高于其他植物,本地植物根围土壤中幼套近明囊霉的孢子密度显著高于外来植物,三裂叶豚草根围土壤中隐类球囊霉(Paraglomus occultum)的孢子密度显著高于其他植物等。外来植物根围土壤中AM真菌的香农多样性指数和均匀度指数显著高于本地植物,而AM真菌的群落组成和物种丰度在不同植物之间均无显著差异。
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