蒙古沙冬青根围AM和DSE真菌与土壤因子的相关性研究

于2012年6月对银川、沙坡头、民勤3个样地的蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)根围采集5个土层(0~10、10~20、20~30、30~40、40~50cm)的土样和根样,研究了蒙古沙冬青根际AM和DSE真菌空间分布以及土壤因子的生态作用,以阐明沙冬青与土壤真菌的共生关系,为利用共生真菌资源促进沙冬青生长和荒漠植被恢复提供依据。结果表明:(1)沙冬青根系能被AM和DSE真菌高度侵染,共生程度和生态分布具有明显空间异质性。(2)沙坡头样地AM真菌总定殖率最高,民勤DSE定殖率最高,但不同样地菌丝、泡囊、丛枝和定殖强度无显著差异;同一样地不同土层AM真菌总定殖率和DSE定殖率无显著差异。(3)相关性分析表明,AM真菌总定殖率与土壤速效P显著正相关;泡囊定殖率与有机质显著正相关,与速效P极显著正相关;定殖强度与总球囊霉素(TEG)显著正相关,与碱解N和速效K极显著正相关;DSE定殖率与易提取球囊霉素(EEG)极显著正相关,与碱解N显著正相关。(4)通径分析表明,土壤有机质、EEG和速效K是通过直接作用影响AM真菌总定殖率和DSE定殖率。     

荒漠沙蒿根围AM真菌和DSE的空间分布

2009年7月在内蒙古黑城子北、多伦县城东和正蓝旗元上都遗址3个样地分别从0-10 cm、10-20 cm、20-30cm、30-40 cm和40-50 cm 5个土层采集沙蒿(Artemisia sphaerocephala)根围土壤和根样,系统研究了沙蒿根围AM真菌和DSE(Dark septate endophytes)的空间分布及与土壤因子的相关性。结果表明,沙蒿根系能被AM真菌高度侵染形成典型的I-型(Intermediate type)丛枝菌根,并发育形成泡囊和丛枝结构, 并与DSE形成良好的共生关系,样地生态条件和采样深度对AM真菌分布和活动有显著影响。黑城子样地孢子密度最高,元上都样地泡囊定殖率最高,不同样地间丛枝、菌丝、总定殖率和DSE定殖率无显著差异。孢子密度峰值出现在0-10cm表层土,并随土壤剖面深度增加而降低;泡囊定殖率峰值出现在10-20cm土层;AM真菌其他结构定殖率及DSE定殖率在各土层间差异不显著或变化无规律。孢子密度与AM真菌不同结构定殖率无显著相关性,与各土壤因子极显著正相关。泡囊定殖率与脲酶和碱性磷酸酶极显著负相关,与酸性磷酸酶显著负相关。菌丝定殖率、总定殖率及DSE定殖率与各土壤因子均无显著相关性。土壤碱解N和有机C与脲酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶极显著正相关;土壤速效P与碱性磷酸酶极显著正相关,与脲酶显著正相关。对沙蒿根系AM真菌和DSE真菌分布和定殖规律的研究,可进一步明确AM真菌和DSE的生态功能,为利用菌根生物技术促进荒漠植被恢复和生态重建提供依据。     

新疆沙冬青AM和DSE真菌的空间分布

2012年6月从新疆阿图什市选取康苏、膘尔托阔依(阳)、膘尔托阔依(阴)和上阿图什4个样地,采集新疆沙冬青(Ammopiptanthus nanus)根围0—10、10—20、20—30、30—40和40—50cm5个土层土壤样品,研究了新疆沙冬青AM和DSE真菌定殖规律以及土壤因子的生态作用。结果表明,AM和DSE真菌平均总定殖率分别为83.2%和53.22%,说明AM和DSE真菌能与新疆沙冬青根系形成良好共生关系。AM和DSE真菌具有明显空间异质性,AM总定殖率最大值在20—30cm土层,样地间表现为康苏=上阿图什膘尔托阔依(阳)膘尔托阔依(阴);DSE土层间无规律性变化,样地间为膘尔托阔依(阳)膘尔托阔依(阴)康苏上阿图什。相关性分析表明,AM菌丝、泡囊和总定殖率与DSE定殖率极显著负相关,AM定殖强度与DSE菌丝和总定殖率显著负相关,丛枝定殖率与DSE菌丝和总定殖率极显著正相关,说明两者间存在生态位竞争。土壤速效P、总球囊霉素和酸性磷酸酶与AM总定殖率极显著正相关,pH与AM总定殖率显著负相关;脲酶与DSE极显著正相关,pH和碱解N与DSE显著负相关。     

沙坡头地区沙冬青AM真菌的时空分布

2007年5月、8月和10月分别从宁夏沙坡头地区豆科植物沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)根围分0-10cm,10-20cm,20-30cm,30-40cm和40-50cm5个土层采集土壤样品。研究了AM真菌时空分布及与土壤因子的相关性,在分离的3属12种AM真菌中,球囊霉属(Glomus)6种,无梗囊霉属(Acaulospora)4种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)2种,3属12种AM真菌在3个时期均有分布。AM真菌定殖率与孢子密度有明显的时空分布规律,并与土壤因子关系密切。孢子密度和泡囊定殖率在8月份最高,丛枝、菌丝和总定殖率10月份最高。土壤采样深度对孢子密度和定殖率有显著影响,AM真菌最高定殖率和最大孢子密度均出现在0-30cm浅土层。孢子密度与土壤有机质、碱解N极显著正相关,与pH显著正相关;菌丝、总定殖率与pH、碱解N和速效P极显著正相关。在评估荒漠生态系统和沙冬青形成菌根的能力时,AM真菌孢子密度、菌根不同结构的定殖程度是十分有用的指标。     

沙冬青与伴生植物深色有隔内生真菌定殖规律及其与土壤因子的相关性

为了探明荒漠环境深色有隔内生真菌(dark septate endophytes, DSE)生态分布和定殖状况, 于2013年7月从宁夏银川、沙坡头和甘肃民勤地区采集沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)及其伴生植物根围0-10、10-20、20-30、30-40、40-50 cm共5个土层土壤样品和根样, 研究了DSE空间定殖规律及其与土壤因子的相关关系。结果表明: 沙冬青和伴生植物根系能被DSE侵染, DSE分布和定殖具有明显的空间异质性, 并与土壤因子密切相关。沙冬青DSE微菌核结构紧凑, 呈团块状, 而伴生植物DSE微菌核零散分布。同一样地, 沙冬青DSE菌丝定殖率、定殖强度和总定殖率较伴生植物高, 而沙冬青和伴生植物微菌核定殖率无显著差异。不同样地, 沙冬青和伴生植物微菌核定殖率无显著差异, 沙冬青DSE菌丝定殖率、定殖强度和总定殖率为沙坡头>银川>民勤; 伴生植物DSE菌丝定殖率、定殖强度和总定殖率为银川>民勤>沙坡头。通径分析和主成分分析表明, 土壤有机质、总球囊霉素、磷酸酶和速效钾是西北荒漠环境中DSE定殖的主要影响因子。     

西北荒漠带细枝岩黄耆AM真菌与DSE真菌时空分布研究

为探明细枝岩黄耆Hedysarum scoparium根系丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizae,AM）和深色有隔内生真菌（dark septate endophytes,DSE）定殖特征及其生态地理分布,充分理解菌根共生体在植物生长和植被恢复中的功能,本研究连续3年采集我国西北荒漠带不同样地细枝岩黄耆0-30cm土层土壤样品和根样,不同样地细枝岩黄耆均能被AM和DSE侵染,形成AM典型结构菌丝、泡囊和丛枝,DSE典型结构深色有隔菌丝和微菌核。细枝岩黄耆根系AM真菌定殖高于DSE定殖,但极端干旱条件下DSE定殖优于AM真菌定殖。AM真菌定殖率不同年际间表现为2016年最高,同一年份不同样地,除乌海、沙坡头样地,菌丝定殖率自东向西呈降低趋势。DSE真菌定殖率,在同一样地不同年份：乌海样地2016年定殖率显著高于2015年和2017年,在同一年份不同样地：2015年沙坡头样地DSE菌丝定殖率、总定殖率显著高于其他样地,而2016、2017年鄂尔多斯样地最高。NMDS分析结果显示,AM和DSE真菌定殖不同年际间差异显著。相关性分析表明,AM真菌定殖率与DSE定殖率显著正相关;土壤温度与AM定殖显著负相关;有机碳、速效磷、磷酸酶、湿度与AM定殖显著正相关;DSE菌丝定殖率、定殖强度仅与酸性磷酸酶正相关。本研究比较分析西北荒漠带不同样地AM和DSE定殖与土壤因子的相关性,有助于充分理解菌根共生体在植物生长和植被恢复中的功能和意义。     

西北旱区甘草深色有隔内生真菌物种多样性及空间分布

为探明西北旱区甘草Glycyrrhiza uralensis根系深色有隔内生真菌（dark septate endophytes,DSE）生态分布和定殖状况,于2018年7月分别从甘肃安西、民勤和宁夏沙坡头地区采集甘草不同灌丛范围0-10cm和20-30cm土壤和根系样品,系统研究不同样地甘草灌丛内外DSE生态分布及其与土壤因子的相关性。结果表明,不同样地甘草均能被DSE高度侵染,形成典型深色有隔菌丝和微菌核结构。不同样地DSE定殖率差异显著,安西DSE总定殖率（43.34%）显著低于民勤（90%）和沙坡头（88.34%）样地。相关性分析表明,DSE定殖率主要与土壤速效磷、有机碳和碱性磷酸酶显著相关。共分离鉴定11属13种DSE,即Acrocalymma vagum、Alternaria longissima、Alternaria chlamydospora、Alternaria chlamydosporigena、Paraphoma chrysanthemicola、Darksidea alpha、Niesslia aemula、Tricharina ochroleuca、Acremonium nepalense、Fusarium solani、Preussia sp.、Leptosphaeria oraemaris和Ulocladium sp.。其中Acrocalymma vagum是甘草根系DSE优势菌种,为民勤和沙坡头共有种,而安西样地DSE物种多样性最高,共7种。主成分分析表明,安西DSE物种组成在0-10cm和20-30cm不同灌丛范围存在显著差异;单因素方差分析显示,安西和沙坡头DSE菌丝定殖率在距主干0-10cm显著高于20-30cm,说明荒漠环境灌丛覆盖对DSE真菌群落存在显著影响。方差分解结果表明,DSE定殖受样地空间分布、灌丛覆盖和土壤因子共同影响（74.91%）,而DSE种类组成更多依赖于样地异质性（84.46%）和土壤养分（87.82%）的作用。研究不同荒漠环境DSE定殖和群落组成差异,有助于充分理解DSE在旱区植物生长和植被恢复中的功能和意义。     

荒漠植物油蒿根围AM真菌的时空分布

 2006年5、8和10月分别从陕西榆林沙生植物园样地油蒿(Artemisia ordosica)根围分0～10、10～20、20～30、30～40和40～50 cm 5个土层采集土壤样品, 系统研究了AM真菌的时空分布。结果表明, AM真菌孢子密度和丛枝定殖率随时间呈递减趋势; 泡囊定殖率随时间变化先降后升, 在10月出现最高值; 菌丝定殖率随时间变化先升后降, 8月出现最高值; AM真菌孢子密度和定殖率的最大值分别出现在5月的0～10和20～30 cm土层。实验站中土壤因子对AM真菌时空分布有显著影响, 土壤速效N、速效P和有机质与孢子密度呈极显著正相关, 土壤速效K与菌丝定殖率呈极显著正相关, 和总定殖率成显著正相关。     

毛乌素沙地克隆植物沙鞭生长对AM真菌生态分布的影响

从毛乌素沙地沙鞭群落间隔空地沙鞭根状茎延伸方向设置样地,2007年5月、7月和10月在0-10、10-20、20-30、30-40和40-50 cm共5个土层分别采集土壤样品,研究了AM真菌时空分布及沙鞭侵入间隔空地前后对AM真菌分布的影响。结果表明,沙鞭能与AM真菌形成良好共生关系,菌根结构为中间型(I-型),AM真菌定殖率和孢子密度有明显的时空分布规律,并与土壤因子密切相关。随采样时间后延AM真菌定殖率先增后降,最大值出现在7月份;孢子密度先降后增,最大值出现在10月份。土壤采样深度对AM真菌定殖和孢子密度有显著影响,AM真菌最高定殖率和最大孢子密度均出现在0-20 cm浅土层。孢子密度仅与泡囊定殖率显著正相关。土壤速效N与菌丝和总定殖率极显著负相关;土壤温度与泡囊、丛枝、菌丝和总定殖率显著和极显著正相关,与孢子密度显著负相关;土壤湿度与丛枝、菌丝和总定殖率显著正相关,与孢子密度显著负相关。克隆植物沙鞭的生长对土壤AM真菌活动和分布有很大影响,沙鞭入侵前后样地中AM真菌孢子密度和定殖率变化显著。     

西北沙区梭梭根系深色有隔内生真菌等微生物时空分布及对根际土壤环境的响应

为揭示西北沙区不同时空尺度梭梭Haloxylon ammodendron根系深色有隔内生真菌（dark septate endophyte,DSE）分布规律及其环境驱动机制,分别于2019年7月、9月和12月在安西极旱荒漠国家级自然保护区和民勤连古城国家级自然保护区采集根系和土壤样品,根据真菌形态学特征、组织化学等方法,研究了梭梭根系DSE真菌定殖规律、定殖特征及其与土壤环境因子间的相互关系。结果表明,DSE真菌在自然生境梭梭根系广泛定殖,形成具有时空异质性的典型暗色有隔菌丝和微菌核结构。梭梭根系DSE真菌定殖受季节和空间分布影响,其中总定殖率在生长旺季7月最高（85.6%）,且菌丝隔间距显著大于9、12月;安西样地菌丝定殖率（71.5%）和总定殖率（85.6%）显著高于民勤样地（40.7%,60.0%）,但民勤样地微菌核直径显著高于安西样地。相关性分析表明,DSE定殖率及形态特征受土壤理化性质影响,温度、有效磷是影响DSE真菌定殖率的主要土壤因子,湿度和碱解氮是影响DSE真菌定殖形态的主要土壤因子。相比空白土壤,梭梭根际革兰氏阳性细菌含量、土壤脲酶活性以及安西样地有效磷含量均更高,预示其对荒漠土壤具有改善作用。本研究对梭梭DSE真菌时空分布和影响因素的系统性调查有助于为荒漠化治理和生态恢复提供依据。     

入侵植物加拿大一枝黄花根际解钾菌多样性及解钾活性

入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)具有较强的钾(K)富集能力, 这可能和其对土壤微生物群落的改变有关。根际解钾菌能够将植物难以利用的矿物态钾转化为植物可以利用的可溶性钾, 而加拿大一枝黄花如何影响根际解钾菌多样性和解钾活性尚未明了。该研究以浙江省杭州湾湿地围垦区内自然生长的加拿大一枝黄花和其伴生本地植物白茅(Imperata cylindrica)为研究对象, 比较了加拿大一枝黄花和白茅体内及土壤中的钾含量水平, 钾供给水平对生物量积累的影响, 以及根际解钾菌的数量、多样性和解钾活性的差异。结果表明, 加拿大一枝黄花茎、叶中的钾含量均显著高于白茅, 分别是白茅的1.59和7.33倍; 加拿大一枝黄花和白茅的土壤全钾含量差异不显著, 速效钾含量在0-10 cm土层中差异显著、在10-20 cm土层中差异不显著。随着钾供应水平提高, 加拿大一枝黄花和白茅的生物量均显著增加。利用解钾培养基计数培养后发现, 加拿大一枝黄花根际解钾菌的数量是白茅的3.51倍。分离培养后将出现解钾圈的菌株进行鉴定, 利用解钾液体培养实验测定其解钾量, 发现从加拿大一枝黄花根际土中分离得到的15个解钾菌株中, 有9个具有高效解钾能力, 其处理液中K ⁺含量较空白对照高出85.11%-192.54%, 其中菌株H2-20解钾能力最强, 解钾量为10.657 mg·L ^-1。加拿大一枝黄花根际解钾菌解钾作用显著高于白茅。经16S rDNA鉴定发现, 加拿大一枝黄花15个根际解钾菌株分属11个属, 其中有6个属已经被报道证实具有明显解钾能力。这些结果表明加拿大一枝黄花根际解钾菌数量较为丰富, 且大多具有较高解钾活性, 可能对其钾富集具有重要贡献。     

Dynamics of water usage in Haloxylon ammodendron in the southern edge of the Gurbantünggüt Desert

植物的水分来源是荒漠地区植物水分关系研究的重要方面, 有助于理解荒漠植物对干旱环境的适应。为了研究古尔班通古特沙漠主要建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)生长季的水分利用动态, 以及其对发生在不同时期相似量级降水脉冲的响应, 利用稳定性同位素技术测量了梭梭小枝木质部水、降水、0-300 cm不同土层的土壤水和地下水的δ ¹⁸O值。水源依据深度划分为4个: 浅层土壤水(0-40 cm), 中层土壤水(40-100 cm), 深层土壤水(100-300 cm)和地下水。然后, 应用IsoSource模型计算了梭梭对潜在水源的利用比例。结果表明: 4月份, 梭梭主要利用浅层土壤水, 利用比例为62%-95%; 5-9月份梭梭主要利用地下水, 利用比例为68%-100%。梭梭对不同时期发生的两场相似量级的降水具有不同程度的响应。5月22日, 6.7 mm降水后第1天, 梭梭对土壤水的吸收达到最大值, 由降水前的9.8%增长为降水后的40.4%, 同时降低了对地下水的吸收, 由降水前的83%-98%下降为42%-81%。8月31日7 mm降水后, 梭梭对土壤水的吸收没有增加, 仍然保持对地下水的高比例利用, 达71%-98%。低的土壤含水量可能抑制了表层根系的活性, 导致梭梭对降水不敏感。由冬季融雪和春季降水补给的浅层土壤水和地下水是梭梭种群可利用的两个重要水源。梭梭的水分利用动态反映了其对干旱环境的适应。     

Responses of soil moisture to precipitation pattern change in semiarid grasslands in Nei Mongol,China

Aims Under global climate change, precipitation patterns were predicted to change with larger seasonal and annual variations and more extreme events in the semiarid regions of northern China. Water availability is one of the key limited factors in semiarid grasslands. Changes in precipitation patterns will inevitably affect ecosystem structure and function through soil water condition. Our objective was to investigate the response of soil water content to changes of precipitation pattern, especially its pulse response to precipitation events.
Methods Two semiarid steppe sites (Duolun and Xilinhot) in Nei Mongol were chosen and meteorological stations were installed to monitor precipitation and soil volumetric water content (VWC) at five soil depths (0-10 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 50 cm) from 2006 to 2013. The pulse response of VWC at 0-10 cm to an individual precipitation event was simulated by an exponential equation.
Important findings Significant seasonal and inter-annual variations of VWC were observed at the Duolun and Xilinhot sites. VWC at 50 cm soil layer in Xilinhot showed an obvious increase during the early spring due to the influences of snow melting. Mean surface (0-10 cm soil layer) VWC was significantly correlated with annual precipitation across eight years, but VWC in the deeper soil layers (10-50 cm) were not impacted by precipitation. We also found that the precipitation event larger than 2 mm could induce a significant increase in surface (0-10 cm soil layer) VWC, and could be regarded as an effective precipitation in this region. The maximum increment of surface VWC after the events and lasting time (T_lasting) were determined by the event size, while showed negatively linear correlations with the initial soil water content before the events. Vegetation development (leaf area index) did not show significant impacts on the responses of surface soil moisture to precipitation pulses. The infiltration depth of rain water was also determined by rain size and pre-event soil moisture. In average, soil water can infiltrate 1.06 cm and 0.79 cm deeper in Duolun and Xilinhot with 1 mm more precipitation, respectively. Therefore, our results suggest that the event size and pre-event soil moisture were the most important factors affecting response patterns of soil moisture to rain events in semiarid ecosystems.     

Nitrogen-fixing bacteria alleviates competition between arbuscular mycorrhizal fungi and Solidago canadensis for nutrients under nitrogen limitation

丛枝菌根真菌(AMF)能与大多数陆生植物的根系形成共生体, 有助于宿主植物吸收养分。但营养胁迫下, 根系微生物对AMF与宿主植物间关系的影响少见报道。该研究假设: 在营养极度匮乏(如氮胁迫)环境下, AMF与宿主植物可能产生营养竞争, 而固氮菌的介入能够缓解两者对营养的竞争关系。为了验证这一假设, 该文探究了加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)生长受限的氮浓度, 并在氮受限条件下检验了AMF、加拿大一枝黄花及固氮菌三者间的关系。结果表明: 低氮处理明显抑制了加拿大一枝黄花的地上生物量和总生物量, 尤其以0.025 mmol·L^-1 N的氨态氮对加拿大一枝黄花的负影响更甚。在此氮浓度下, 单独添加AMF总体上都进一步抑制了加拿大一枝黄花的生长, 而固氮菌的添加在一定程度上提高了氮受限条件下AMF对宿主的根部侵染率及宿主植物生物量。这表明固氮菌能够缓和氮受限条件下AMF和加拿大一枝黄花间的营养竞争关系。研究结果加深了对外来植物在极度营养胁迫环境下与多种微生物互作的入侵机制的理解。     

Short-term effects of a winter wildfire on diversity and intensity of soil microbial function in the subalpine grassland of western Sichuan,China

为可持续管理川西亚高山草地生态系统, 全面地了解火后土壤微生物功能的多样性和强度的变化及其恢复状况, 基于2010年“12·5”冬草场的火烧事件, 以川西亚高山草地为研究对象, 对比了火烧和未火烧区域0-20 cm土层土壤中7种酶(β-葡糖苷酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、蛋白酶和过氧化氢酶)的活性变化, 分析了土壤微生物功能多样性及其强度对火处理的响应。结果发现, 7种酶的潜在活性在0-5 cm土层中皆有所增加, 但对火处理、土层深度和两者交互作用的响应有所差异; 其中, 碱性磷酸酶在指示该区域火后微生物功能多样性和强度短期内的变化时具有较好的灵敏性和指示性。火在一定程度上促进了表土层微生物功能的发挥, 但是土壤微生物功能多样性及其强度对火和土层深度(0-20 cm)的响应并不显著。因此, 为能更好地揭示干扰行为对微生物生物多样性的影响机制, 未来应加强土壤微生物群落功能稳定性的研究。