小叶锦鸡儿根际微生物群落功能多样性对环境变化的响应

利用Biolog技术对内蒙古草原灌丛优势种小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)根际土壤微生物群落功能多样性特征及其对大气CO2浓度、土壤氮水平和土壤水分3个环境因子变化的响应进行了研究。结果表明:(1)小叶锦鸡儿根际土壤微生物利用碳源总量在整个培养过程中呈逐渐增加的趋势。其利用比例较高的碳源类型为聚合物、糖类和氨基酸。(2)主成分分析表明,8个处理组的微生物群落功能多样性差异显著,其中与主成分1显著相关的碳源有14种,分别属于聚合物、糖类、氨基酸和羧酸。(3)加倍CO2浓度极显著提高平均颜色变化率(AWCD)以及丰富度指数和Shannon均匀度。(4)氮素添加使AWCD、丰富度指数和Shannon均匀度均极显著降低,其抑制效应在加倍CO2浓度时有所缓解。(5)加水处理对上述指标均有一定的促进作用,但是差异未达显著水平。(6)加倍CO2浓度和氮素添加联合处理下,小叶锦鸡儿根际微生物活性高于对照处理,说明加倍CO2浓度对微生物活性的促进效应强于添加氮素的抑制效应。(7)CO2和氮素对上述指标有交互作用。综上所述,小叶锦鸡儿根际土壤微生物群落的功能在很大程度上受到外界环境因子的影响,对环境变化较敏感的碳源类型为聚合物、糖类、氨基酸和羧酸,与利用比例较高的碳源类型基本一致。     

内蒙古草原3年生小叶锦鸡儿根瘤特征及其对环境变化的响应

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)是氮素匮缺的内蒙古草原的灌丛优势种, 研究其根瘤性状及其对不同环境因子的响应特征, 可以进一步了解草原生态系统共生固氮过程及其对全球变化的响应机制。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 利用开顶式生长室(Open-top chamber, OTC)控制实验模拟环境变化, 研究了3年生小叶锦鸡儿播种苗根瘤特征, 及其对氮素添加、干旱和加水和大气CO₂浓度升高的响应。结果表明: 1) 3年生小叶锦鸡儿明显有根瘤着生, 多着生于侧根。根瘤形状多样, 以浅黄色的梨状和球状根瘤为主(占根瘤总数的68%); 另有少数棕褐色棒状和纺锤状根瘤(占根瘤总数的30%); 还有极少数较大的Y状根瘤。2)添加氮素极显著地抑制根系和根瘤的生长发育: 根系有发白现象, 且着生在其上的几乎都是干瘪根瘤。这种抑制效应随着水分增加和CO₂浓度升高有所减缓。3)干旱抑制根系和根瘤生长, 而加水促进二者生长。与干旱和正常水分相比, 加水时根系更发达, 根瘤形态多样, 出现掌状和珊瑚状等大型根瘤。随着水分增加, 根瘤着生部位由主根渐向侧根再向须根发展。与正常水分相比, 减水时根瘤平均长度降低了50.4% (p<0.05); 在加水条件下根瘤生长状况最为良好, 单株根瘤数量和重量以及根瘤平均重量均显著增加。4) CO₂浓度升高对根瘤生长有促进作用, 但未达到显著。5)根瘤数量对环境因子的变化比根瘤大小更敏感; 氮素和水分对单株根瘤数量和重量具有交互作用; 对于水分和氮素相对缺乏的内蒙古草原, 水分是限制小叶锦鸡儿根瘤菌侵染根系形成根瘤的关键因子。