亚热带湿地松和杉木植物-土壤反馈研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 薛亚芳 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 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 | 李胜功 |
| 关键词 | 植物-土壤反馈 氮添加 主场效应 碳源添加 真菌群落 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 在全球气候变化背景下，植物-土壤反馈（Plant-Soil Feedback, PSF）不仅表征诸多生态过程的特点，也反映生态系统对全球变化的响应，PSF 的响应机制是预测森林生态系统碳氮循环对全球变化响应规律的重要内容。先前的研究揭示了极端干旱和降水事件、二氧化碳富集、温度升高等对PSF 的影响。此外，氮沉降也会影响PSF，主要通过改变土壤理化属性和微生物活动等，进而影响地上植物的生长、生物质生产和碳分配。不可忽略的是，凋落物分解是PSF 中的关键环节，通过驱动物质循环、维持土壤肥力和能量转换，对生态系统功能与稳定性发挥着至关重要的作用。此外，研究表明凋落物在主场中（产生该凋落物的植物下的土壤）比在客场（其他植物下的土壤）分解得更快，这一现象被称为主场优势（home-field advantage, HFA）。因此，揭示PSF 的机制为阐明生态系统碳氮循环过程时空格局变异性和不确定性提供了一条重要途径。我国南方人工林存在生长衰弱、生产力低下等挑战，提升其生产力需深入理解林分尺度PSF 机制（即植物-土壤互作）。我国南方热带和亚热带地区氮沉降问题严重，氮沉降如何影响我国人工林生产力、土壤碳氮循环过程以及植被和土壤之间的相互作用，也是我国人工林管理和生产力提升面临的重要挑战。 本研究以亚热带典型的人工针叶林为对象，选择湿地松（Pinus elliottii）与杉木（Cunninghamia lanceolata）2 种树种，通过野外采样、温室盆栽实验和室内培养箱微宇宙分解实验，系统揭示外源养分输入对PSF 的影响及其微生物驱动影响。分析了亚热带湿地松和杉木的植物-土壤反馈的绝对强度对氮添加的响应及影响因素；探讨了湿地松和杉木的植物-土壤反馈的相对强度对氮添加的响应及影响因子；同时探究了凋落物叶片分解的主场效应的变化以及分解后期添加外源碳后对主场效应的影响。结合土壤理化性质分析和高通量测序手段，阐明土壤真菌群落在这些过程中的作用，为人工林生态系统的可持续管理提供科学依据。主要结论如下： （1）通过两阶段植物-土壤反馈实验（土壤灭菌后接种微生物与只灭菌）发现，湿地松在对照处理中未表现出显著的PSF 绝对强度（灭菌处理未显著影响湿地松的生长），表明其土壤微生物群落中病原菌与共生菌的互作可能处于动态平衡。湿地松PSF 绝对强度的方向随氮输入梯度呈现非线性转变：中氮输入诱导负反馈，而高氮输入转向中性反馈。土壤真菌群落中病原真菌的相对丰度是调节PSF 绝对强度的关键因素。在自然条件下，杉木PSF 的绝对强度为明显的负反馈，表明本土微生物抑制了其生长。低氮和中氮处理显著削弱负反馈，而高氮处理下则使负反馈增强。 （2）湿地松移植在本土与客土中时，在对照（CK）处理下，湿地松PSF的相对强度为中性，其方向不因低氮和中氮处理而改变，但高氮输入明显诱导了正反馈，这表明高氮可能通过增强土壤微生物的互惠功能来促进其生长。在CK处理下，杉木PSF 的相对强度同样为中性，而高氮处理也使其转为正反馈。但两者的驱动因素存在差异，湿地松PSF 的相对强度受养分化学计量比主导，与植物叶和根的N：P、叶的C：P 存在显著正相关关系。而杉木PSF 的相对强度与子囊菌门（正相关）、担子菌门（负相关）、伞菌纲（负相关）的丰度显著相关，体现了PSF 过程中真菌类群间的互作或权衡。 （3）真菌群落组成和HFA 对凋落物分解的影响随时间而变化。在这一过程中，整个真菌群落组成，尤其是散囊菌纲群落组成的差异驱动了HFA 效应（R2 =0.409，P < 0.001）。在后期分解阶段，向与凋落物袋直接接触的土壤表面添加可溶性碳（葡萄糖）后，HFA 效应增强了16.41%，这种效应主要与特定的真菌类群（即粪壳菌纲）有关（R2 = 0.271，P = 0.039）。尽管腐生真菌整体丰度与凋落物质量损失呈正相关，但其主场/客场差异对HFA 的贡献具有类群特异性，因此，未来研究需聚焦关键功能菌群（而非整体群落）的调控作用。此外，根系分泌物介导的碳激发效应通过真菌群落协同调控后期分解阶段的养分释放与HFA 效应，强调地下-地上互作在森林物质循环中的重要作用。本研究还强调了地下根系过程（如分泌物）是调控碳氮循环的关键驱动因子。因此，在未来的研究中，应考虑可溶性碳对分解的激发效应以及后期分解阶段的HFA 效应。综上所述，本研究揭示了亚热带人工针叶林中氮沉降通过调控土壤真菌群落和改变植物化学计量特征来调节PSF 方向。湿地松和杉木反馈的绝对强度和相对强度均对氮输入呈现非线性反应。此外，凋落物叶分解的HFA 效应受真菌群落和外源碳输入的协同调控，后期加入可溶性碳通过富集特定类群来提高分解效率。本研究为亚热带人工针叶林对外源养分添加的响应机制提供了一些新的认识，对人工林的可持续管理具有重要意义。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 123 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217244]  |
| 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 | 薛亚芳. 亚热带湿地松和杉木植物-土壤反馈研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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