林龄和氮添加对落叶松养分获取策略及土壤有机质的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 丁改改 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 马泽清 ; 王辉民 |
| 关键词 | 吸收根 共生真菌 根构型 根呼吸 菌根探索类型 网络模块 土壤有机质 颗粒态有机质 矿物结合态有机质 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 吸收根与共生真菌是植物获取养分的主要途径，二者在生理和形态上难以分割，但树木对二者的依赖程度不同，主要受植物碳供应和土壤养分有效性的影响。随着林龄增加，植物提供给菌根真菌代谢的碳可能会减少，同时土壤养分如氮的质量、数量改变，土壤真菌群落组成发生典型演替。这些根系-微生物-土壤相互作用关系可能主导了生态系统功能，特别是土壤碳固定，因为根系和真菌是土壤碳的重要来源。目前，表征根系和共生真菌养分获取策略动态变化的定量数据匮乏，且二者相互作用关系如何随林龄和养分变化的机制不清楚，制约了我们对根、根系真菌和土壤真菌之间功能关系的认识，这对于准确预测土壤碳和生态系统碳汇造成了困难。本论文以塞罕坝华北落叶松人工林为研究对象，基于不同林龄(19、29和54年)和氮肥梯度(N0:0kgNha-1yr-1；N20:20kgNha-1yr-1；N50:50kgNha-1yr-1)，测定了根构型、形态、化学、呼吸和菌根侵染率等11个根属性。采用高通量测序对27个样方共8000多个根尖(每个样方至少300个一级根)的根系真菌群落组成和根际土壤真菌进行测定。研究根与外生菌根真菌养分获取策略的变化规律；理解根属性、根系真菌和土壤真菌之间的相互作用关系；揭示根属性、菌根真菌和土壤真菌群落对土壤颗粒有机质和矿物结合态有机质组分的影响，获取了一系列有价值的结论： 1)落叶松养分获取策略随林龄呈系统性变化规律，而氮添加对其影响不大。 具体表现在：随林龄增加，表征探索型属性的根呼吸速率和比根长降低，防御型的根组织密度和总酚含量增加；短距离探索型外生菌根真菌相对丰度增加，长距离探索型外生菌根真菌减少。根和外生菌根真菌的共变表明养分获取策略由幼龄林的探索型向成熟林的保守型转变。 2)养分获取策略遵循“代谢理论”和“互补关系”，这与碳和资源供应有关。表征根系大小的根构型(吸收根生物量和根长密度)在幼龄林较小，呼吸代谢快，根系与长距离探索型外生菌根真菌共生，根际真菌以共生真菌为主；而成熟林根系大，根尖代谢速率低，根系与短距离探索型真菌共生，根际真菌以腐生真菌为主。根构型大小与菌根真菌探索类型之间存在显著的互补关系。 3)解析了根内和根际真菌功能模块，揭示了比根长等资源获取性状可以映射根系真菌网络功能模块。根系真菌的OTU数量占土壤真菌OTU数量的14%，根系真菌仅形成了8个网络功能模块，这些功能模块与根分支强度、比根长和根直径三个关键的表征养分获取型的根属性相关。每一个根尖都有其独特的真菌群落。仅有13%的OTU在所有同种树种的样地共有，即使林龄和土壤氮含量一致。土壤真菌间相互作用复杂，形成了120个网络功能模块，真菌相对丰度最高的两个功能模块受土壤N和土壤P有效性的影响。 4)养分获取策略可以显著解释土壤有机质组分的变异。研究了不同林龄、不同深度的土壤有机质组分，发现腐殖质层、浅层矿质层和深层矿质层均以颗粒状有机质(POM)占主导；POM占比在成熟林中显著增加，矿物结合态有机质(MAOM)占比在成熟林显著减少。这与根-菌根真菌养分获取策略有关。幼龄林探索型根属性，即较小的吸收根生物量、较高的比根长和根呼吸速率，以及长距离探索型真菌与MAOM组分有显著的相关关系；成熟林中，吸收根生物量和短距离探索型真菌与POM组分正相关。根和菌根真菌从幼龄林到成熟林的变化可能降低了成熟林土壤有机质的稳定性。总体上本研究揭示了基于落叶松林龄驱动的根系大小、根代谢、菌根真菌探索类型和土壤真菌功能群之间的共变关系。其中，根获取型属性是影响根系真菌相互作用的核心因素，在林龄和土壤N水平下，根获取型属性与真菌功能模块存在系统共变。根-共生真菌从探索型养分获取策略向保守型养分获取策略的转变使土壤腐生真菌随林龄增加，这共同导致了成熟林土壤稳定性有机质组分(MAOM)的减少。本研究较早地把代谢原理应用到根系与共生真菌动态的分析中，较早地阐明根内和根际真菌群落间的相互作用及网络模块化结构，全面分析了土壤有机质各组分的时空格局；系统解析了吸收根-共生真菌-腐生真菌间的相互作用关系及其对土壤有机质的短期和长期影响；较早提出了根系与外生菌根真菌探索型养分获取的互补机制；为理解根系-微生物-土壤奠定了数据和理论基础，为调控森林生产力和土壤碳汇迈出了坚实的一步。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 145 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209267]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 丁改改. 林龄和氮添加对落叶松养分获取策略及土壤有机质的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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