常绿阔叶林外生和丛枝菌根树种细根形态和构型性状对氮添加的可塑性响应

以中亚热带常绿阔叶林外生菌根树种罗浮栲和丛枝菌根树种木荷为研究对象,采用根袋法进行野外原位氮添加试验,研究了细根形态性状(比根长、比表面积、组织密度、平均根直径)和构型性状(分枝数、分枝比、根长增长速率、根尖密度、分枝密度),分析不同菌根树种细根形态和构型性状对氮沉降的响应.结果表明:随序级增加,外生和丛枝菌根树种细根...     

丛枝菌根真菌与氮添加对不同根形态基因型水稻氮吸收的影响

植物主要依赖自身根系从土壤中获取矿质养分; 具有不同根形态的植物对于养分的吸收能力存在差异。丛枝菌根真菌(AMF)能与陆地植物根系形成共生关系, 帮助植物吸收矿质养分。但是, AMF对于植物根系养分吸收的促进效应是否会受根形态的影响还鲜有研究。该研究选取4种不同根形态基因型水稻(根毛缺陷突变体rhl1、侧根缺陷突变体iaa11、不定根缺失突变体arl1和野生型Kas)为研究对象, 设置2种施氮水平处理(低氮: 20 mg·kg^-1氨氮; 高氮: 100 mg·kg^-1氨氮), 利用稳定同位素¹⁵N示踪标记技术, 探究AMF和氮添加对不同根形态植物氮吸收的影响。研究结果发现, 相比低氮处理, 高氮处理下, rhl1、Kas、iaa11与arl1的茎叶¹⁵N浓度分别提高了60%、72%、128%与118%, 说明氮添加显著促进了水稻氮吸收, 且iaa11与arl1对氮添加的响应更强烈。在低氮水平下, AMF对rhl1、Kas、iaa11与arl1氮吸收的平均效应值分别为17%、31%、42%、51%, 表明AMF对于植物氮吸收的促进效应受根形态影响, iaa11与arl1对AMF的响应明显高于Kas与rhl1; 相较于低氮水平, 高氮水平下AMF对于不同根形态水稻氮吸收的促进效应都会显著降低, 表明氮添加削弱了AMF对植物氮吸收的促进效应。该研究阐明了4种不同根形态基因型水稻氮养分吸收存在显著差异, 其中氮吸收能力较弱的基因型水稻对AMF的响应更强, 该结果补充了植物与AMF在养分吸收上存在功能互补的控制实验证据。     

丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用

作为植物需求量最大的营养元素,氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。丛枝菌根真菌能与地球上80%以上的陆生植物形成菌根共生体,帮助宿主植物吸收土壤中的P、N等矿质养分。目前,丛枝菌根真菌与氮素循环相关研究侧重于真菌对氮素的吸收形态以及共生体中氮的传输代谢机制,却忽略了丛枝菌根真菌在固氮过程、矿化与吸收过程、硝化过程、反硝化过程以及氮素淋洗过程等土壤氮素循环过程中所起到的潜在作用,并且越来越多的证据也表明丛枝菌根真菌是影响土壤氮素循环过程的重要因子。总结了丛枝菌根真菌可利用的氮素形态及真菌的氮代谢转运相关基因的研究现状;重点分析了丛枝菌根真菌在调控土壤氮素循环过程中的潜在作用以及在生态系统中的重要生态学意义,同时提出了丛枝菌根真菌在土壤氮素循环过程中一些需要深入研究的问题。     

亚高山森林类型转换对土壤丛枝菌根真菌多样性的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)在森林植物养分吸收和土壤养分转化过程中具有十分重要的作用,其群落结构对森林植被更新和演替敏感响应。为了解亚高山森林转换对AMF多样性的影响,以川西亚高山岷江冷杉(Abies faxoniana)采伐后形成的次生林和粗枝云杉(Picea asperate)人工林为对象,采用高通量测序法研究了2种森林土壤有机层(半分解层和分解层)和矿质层AMF组成和多样性的特征。结果表明:2种森林共有923个真菌OTUs,分属于9科10属36种,以球囊霉属(Glomus)为AMF优势类群,且2种森林分解层AMF丰富度和多样性均大于其他土壤层次。森林转换改变了土壤中AMF的丰富度和多样性。与次生林相比,人工林土壤中球囊霉属AMF相对丰度增加,多孢囊霉属和无梗囊霉属AMF的相对丰度降低,且AMF的Shannon指数、Ace指数和Chao指数均降低;非度量多维度(NMDS)分析显示,森林转换显著影响AMF的β多样性;冗余分析(RDA)表明,土壤p H和全磷含量是影响AMF多样性和相对丰度的主要因子。这些结果表明,森林转换会改变亚高山...     

外生菌根菌与森林树木的相互关系

生态系统的每个过程都伴随着各种微生物的活动,其中最重要的功能群之一是菌根真菌(菌根菌)。一般认为,菌根菌是自然界多数植物生存最基本的组成部分,陆地上约90％以上的高等植物都具有菌根菌。这些菌类的菌丝体与植物根系结合形成菌根,使植物生长成为可能,使不同种类植物的根系联在一起。根据菌根菌入侵植物根系的方式及菌根的形态特征,菌根可分为外生菌根、内生菌根和内外生菌根3组共7种类型。外生菌根主要出现在松科、桦木科、壳斗科等树种的森林生态系统中,在根系表面形成菌丝鞘,部分菌丝进入根系皮层细胞间隙形成哈氏网表面。菌根菌剂在森林经营中得到广泛地应用。外生菌根菌对森林树木的作用可归纳为：1)促进造林或育苗成活与生长;2)提高森林生态系统中植物的多样性、稳定性和生产力;3)对森林生态系统的综合效应,主要表现在增加植物一土壤联结,改善土壤结构,促进土壤微生物,增强植物器官的功能;4)抗拮植物根部病害病原菌等。树木与菌根菌相互关系研究主要包括：1)菌根共生的机理;2)菌根菌在退化森林生态系统恢复与改造中的作用;3)菌根菌的分布格局与森林生态系统服务功能的关系;4)菌根菌对森林生态系统的综合效应,如菌根菌与森林植物群落结构、物种多样性以及森林系统稳定性和生产力的研究。     

丛枝菌根真菌和根瘤菌对白三叶氮同化的影响

为揭示丛枝菌根真菌(AMF)和根瘤菌在白三叶氮(N)同化中的作用,该研究对白三叶进行单一或联合接种隐类球囊霉(Paraglomus occultum)和三叶草根瘤菌(Rhizobium trifolii),分析其对白三叶的生长、光合作用、叶片N和氨基酸含量以及N同化相关酶活性的影响。结果表明:(1)单一接种AMF或根瘤菌以及联合接种AMF和根瘤菌均显著增加了白三叶的株高、匍匐茎长度、叶片数、地上部生物量、总生物量、叶绿素b和总叶绿素含量、稳态光量子效率和叶片N含量,这种增强效应是联合接种>单一AMF>单一根瘤菌>未接种处理。(2)联合接种AMF和根瘤菌显著增加了白三叶叶片中丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和组氨酸的含量,显著提升了叶片N同化相关酶如硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶、谷氨酸脱氢酶、天冬酰胺合成酶和天冬氨酸转氨酶的活性,显著促进AMF对白三叶根系的侵染。综上认为,联合接种AMF和根瘤菌通过激活N同化相关酶活性有效促进N同化,产生更多氨基酸,进一步促进白三叶植株生长; 联合接种AMF和根瘤菌具有协同作用,有效促进了白三叶的N同化。     

丛枝菌根网络对不同喀斯特适生植物生长及氮摄取的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)能够通过菌丝体在不同的植物个体间形成公用菌根网(Common mycorrhizal networks,CMN)。针对喀斯特生境中不同植物个体间通过CMN调控营养分配和生物性状的问题,本研究选择了喀斯特生境3种不同的适生植物作为研究对象,模拟自然环境构建微生态系。试验设置同位素供体室和受体室,供体隔室种植香樟并进行同位素~(15)N标记,受体隔室种植不同生长型植物香樟、构树和鬼针草;利用20μm(M~+)和0.45μm尼龙网(M~-)对受体隔室进行处理,同位素~(15)N标记供体植物香樟根系,测定受体植物幼苗叶片δ~(15)N值、植株氮摄取量、生物量以及生长性状指标。试验结果表明:(1)M~+处理的3种受体植物叶片δ~(15)N值分别显著高于M~-处理;同时M~+处理显著提高了香樟幼苗地上、地下部分及植株总氮摄取量,构树和鬼针草的氮摄取量在不同处理间差异未达到显著水平。(2)M~+处理显著提高了香樟地上、地下和总生物量,但对构树没有显著影响;M~+处理下香樟幼苗株高、地径及叶面积和鬼针草幼苗株高、地径分别显著高于M~-处理,但构树在M~+和M~-处理间没有显著差异。(3)M~+处理的香樟幼苗根系平均直径、根长,根表面积和根体积分别显著高于M~-处理,但M~+处理的构树幼苗则显著降低。研究表明,微生态系中丛枝菌根网CMN非平衡性地影响了不同植物个体的氮摄取及植物生长性状,CMN更有利于提高与供体植株为同一物种的受体香樟叶片δ~(15)N、植株N摄取量以及促进其生物量积累和苗木根系生长。     

丛枝菌根真菌对豆科作物生长和生物固氮及磷素吸收的影响

本研究以大豆为材料,采用盆栽和田间试验,探讨丛枝菌根真菌(AMF)对豆科作物生长的影响.盆栽试验设置了接种(+AMF)和不接种(-AMF)丛枝菌根真菌处理,田间试验设置了 AMF菌丝非限制与限制处理.盆栽试验结果表明:接种AMF显著提高了大豆地上部生物量(16.5％)和大豆根瘤数(131.4％),地上部磷含量、磷吸收量...     

丛枝菌根共生体中碳、氮代谢及其相互关系

丛枝菌根共生体(arbuscular mycorrhiza, AM)是丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)与宿主植物之间形成的互惠共生形式.共生体中的碳、氮交换和代谢影响着宿主植物和共生真菌之间的营养平衡和资源重新分配,在物质和能量循环中发挥着重要作用.宿主植物光合固定的碳输送到真菌内,并且分解和释放真菌所需的生命物质和能量,包括促进孢子萌发、菌丝生长和提高氮等营养元素的吸收;而菌根真菌利用宿主植物提供的碳骨架和能量,发生氮的转化和运输,最终传递给宿主植物供其利用.本文综述了丛枝菌根共生体中碳、氮传输和代谢的主要模式,碳、氮的交互影响和调控机制,以促进丛枝菌根在可持续农业和生态系统中的应用.     

中国森林生态系统氮循环特征与生产力间的相互关系

为了更好地了解森林生态系统净初级生产力(NPP)与氮循环之间的关系,本文对中国主要森林生态系统类型中净初级生产力(NPP)、枯落物氮、植被年氮积累量和土壤氮矿化速率之间的关系进行了研究分析.结果表明,我国森林生态系统净初级生产力与枯落物氮、植被年氮积累量和土壤氮矿化速率之间均存在比较显著的相关关系.其中相关性最显著的是净初级生产力与氮矿化速率之间的相关关系(R₂=0.7,n=37),其次是净初级生产力与植被年氮积累量之间的相关关系(R₂=0.60,n=37).     

氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响研究进展

近年来,高速的城市化和工业化建设导致全球大气氮沉降量逐年递增,其中热带亚热带地区氮沉降量显著高于全球平均水平,而大部分热带亚热带森林土壤趋近氮饱和状态,氮沉降增加将持续向土壤输入外源活性氮,极易导致土壤氮过剩,进而破环整个森林生态系统氮循环的平衡。我国热带亚热带地区经济发展快速,氮沉降增加导致的土壤养分失衡和林地退化等生态问题日益凸显,森林土壤氮循环对大气氮沉降的响应及适应机制已引起了学术界的广泛关注。研究表明氮循环各环节均由特定的功能微生物驱动完成,明确氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环功能微生物及其介导的关键过程的影响,对评价未来氮沉降增加背景下全球森林土壤氮循环的响应及驱动机制有重要作用,可为促进我国热带亚热带地区森林修复、生态环境的改善与提升提供科学支撑。鉴于此,本文综述了热带亚热带森林土壤氮循环主要过程（如固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化等）及其功能微生物群落丰度、活性、组成等对氮沉降增加的响应,同时分析了这些功能微生物的群落特征与主要环境因子（如NH₄⁺、NO₃^-、有机碳、pH、含水量等）的关联性。在此基础上探讨了氮沉降增加下功能微生物对热带亚热带森林土壤氮循环的调控作用,重点探讨了功能微生物如何通过改变丰度与群落组成而影响氮循环过程,并对目前研究中存在的主要问题与未来研究重点进行了简要剖析。     

New perspectives on forest soil carbon and nitrogen cycling processes: Roles of arbuscular mycorrhizal versus ectomycorrhizal tree species

Nearly all tree species develop symbiotic relationships with either arbuscular mycorrhizal (AM) or ectomycorrhizal (EM) fungi to acquire nutrients from soils, and hence influence soil carbon (C) and nitrogen (N) cycles in terrestrial ecosystems. It is crucial to understand the differences in soil C and N cycles between AM and EM forests and the underlying mechanisms. In this review, we first compared the differences in the soil C and N cycles between AM and EM forests, and synthesized the underlying mechanisms from perspectives of the inputs, stabilization, and outputs of soil C and N in forest ecosystems. We also compared the responses of soil C and N cycles between AM and EM forests to global changes. In this field, one major research priority is comparing the structure and function (including the soil C and N cycles) between AM and EM forest ecosystems to provide theoretical basis and solid data for improving forest productivity and ecosystem services. The second research focus is deepening the understanding of the effects of interactions between aboveground litter and belowground mycorrhiza and free-living microbes on soil C and N cycles to reveal the potential underlying mechanisms in forests with different mycorrhizal symbioses. Third, the research methodology and new techniques need refining and applying to explicitly focus on scaling up the fine-scale measurements to better expound and predict the C and N cycles in forest ecosystems. Finally, more studies on the stability of soil organic matter among different mycorrhizal forests are needed to precisely assess responses of the structure and function of forest ecosystems to global changes.     

亚热带不同林分土壤矿质氮库及氮矿化速率的季节动态

以亚热带地区天然林、格氏栲人工林和杉木人工林为对象,采取PVC管原位培养连续取样法,对不同林分土壤净氨化速率、净硝化速率及净氮矿化速率进行为期一年(2014年9月—2015年8月)的研究,分析林分类型和季节动态对土壤矿质氮库和净氮矿化速率的影响.结果表明: 硝态氮是该地区土壤矿质氮库的主要存在形式,天然林和杉木人工林土壤硝态氮含量分别占总土壤矿质氮库的55.1%～87.5%和56.1%～79.1%,林分间土壤铵态氮含量差异不显著,硝态氮含量差异显著,其中格氏栲人工林土壤硝态氮含量显著低于天然林和杉木人工林.土壤硝态氮库和矿质氮库在不同月份间差异显著,在植物非生长季节(10月至次年2月)较大,在植物生长季节(3—9月)较小.各林分全年土壤净硝化速率均较低,净氨化速率是净氮矿化速率的主要存在形式,林分类型对土壤净氨化速率有显著影响,其中杉木人工林显著低于天然林和格氏栲人工林.月份对土壤净氨化速率有显著影响,各林分土壤净氨化速率变化规律不一致,但均在11月和2月达到一年中的最低值.重复测量方差分析显示,林分类型和季节动态对土壤矿质氮库及氮矿化速率均有显著影响.温度和水分是影响土壤矿质库及氮矿化速率的重要因素,凋落物对土壤氮矿化速率的影响主要是通过质量控制而非数量控制.     

氮磷添加对亚热带常绿阔叶林土壤氮素矿化的影响

设计了2种处理(即氮添加,100 kg N·hm-2·a-1;氮磷添加,100 kgN·hm-2·a-1+50kgP·hm-2·a-1),研究了氮磷添加对亚热带北部常绿阔叶林土壤无机氮和氮素矿化的影响.结果表明,不同处理0 ～ 10 cm和10 ～ 20 cm土层无机氮(铵态氮+硝态氮)含量年平均值分别为:对照7.27和6.80 mg·kg-1、氮添加13.94和8.92 mg·kg-1、氮磷添加11.20和7.13 mg·kg-1,其中铵态氮分别占90.66％和91.15％、65.78％和72.85％、84.64％和85.08％.不同处理0～10 cm和10 ～20 cm土层的净氨化、净硝化和净氮矿化速率具有相似的季节性变化规律,即夏季氮素净转化速率最高,冬季氮素净转化速率最低,春季和秋季氮素净转化速率有一定差异,但不显著.研究表明,养分添加使土壤年平均净氮矿化速率下降,氮添加使土壤硝化速率下降,氨化速率上升;而氮磷添加使硝化速率上升,氨化速率下降.养分添加对森林生态系统的氮动态影响效应尚需长期定位观测.     

Partitioning of soil phosphorus among arbuscular and ectomycorrhizal trees in tropical and subtropical forests

Partitioning of soil phosphorus (P) pools has been proposed as a key mechanism maintaining plant diversity, but experimental support is lacking. Here, we provided different chemical forms of P to 15 tree species with contrasting root symbiotic relationships to investigate plant P acquisition in both tropical and subtropical forests. Both ectomycorrhizal (ECM) and arbuscular mycorrhizal (AM) trees responded positively to addition of inorganic P, but strikingly, ECM trees acquired more P from a complex organic form (phytic acid). Most ECM tree species and all AM tree species also showed some capacity to take up simple organic P (monophosphate). Mycorrhizal colonisation was negatively correlated with soil extractable P concentration, suggesting that mycorrhizal fungi may regulate organic P acquisition among tree species. Our results support the hypothesis that ECM and AM plants partition soil P sources, which may play an ecologically important role in promoting species coexistence in tropical and subtropical forests.     

Rapid nitrogen transfer from ectomycorrhizal pines to adjacent ectomycorrhizal and arbuscular mycorrhizal plants in a California oak woodland

Nitrogen transfer among plants in a California oak woodland was examined in a pulse-labeling study using 15N. The study was designed to examine N movement among plants that were mycorrhizal with ectomycorrhizas (EM), arbuscular mycorrhizas (AM), or both. Isotopically enriched N (K15NO3-) was applied to gray pine (Pinus sabiniana) foliage (donor) and traced to neighboring gray pine, blue oak (Quercus douglasii), buckbrush (Ceanothus cuneatus) and herbaceous annuals (Cynosurus echinatus, Torilis arvensis and Trifolium hirtum). After 2 wk, needles of 15N-treated pines and foliage from nearby annuals were similarly enriched, but little 15N had appeared in nontreated (receiver) pine needles, oak leaves or buckbrush foliage. After 4 wk foliar and root samples from pine, oak, buckbrush and annuals were significantly 15N-enriched, regardless of the type of mycorrhizal association. The rate of transfer during the first and second 2-wk periods was similar, and suggests that 15N could continue to be mobilized over longer times.     

植被类型与坡位对喀斯特土壤氮转化速率的影响

土壤氮素转化对于植物氮素营养具有重要作用,尤其是对于受氮素限制的喀斯特退化生态系统。选取植被恢复过程中4种典型喀斯特植被类型(草丛、灌丛、次生林、原生林)和3个坡位(上、中、下坡位)表层土壤(0—15cm)为对象,利用室内培养的方法,研究不同植被类型和坡位下土壤氮素养分与氮转化速率(氮净矿化率、净硝化率和净氨化率)的特征及其影响因素。结果表明,植被类型对土壤硝态氮含量、无机氮含量、氮净矿化率、净硝化率和净氨化率均有显著影响(P0.01),即随着植被的正向演替(草丛—灌丛—次生林—原生林),土壤硝态氮含量、无机氮含量、土壤氮净矿化速率和净硝化速率整体上呈增加趋势,而坡位以及坡位与植被类型的交互作用对上述土壤氮素指标无显著影响(P0.05)。冗余分析结果表明凋落物氮含量、凋落物C∶N比和硝态氮含量对土壤氮转化速率有显著影响,其中凋落物氮含量是影响土壤氮转化速率的主要因子(F=35.634,P=0.002)。可见,尽管坡位影响喀斯特水土再分配过程,但植被类型决定的凋落物质量(如凋落物氮含量等)对喀斯特土壤氮素转化速率的作用更为重要。因此,在喀斯特退化生态系统植被恢复初期,应注重植被群落的优化配置(如引入豆科植物)和土壤质量的改善(如降低土壤C∶N),促进土壤氮素转化及氮素的有效供给。     

四种温带森林土壤氮矿化与硝化时空格局

利用PVC管原位培养连续取样法测定了东北地区4种具有代表性的森林生态系统(硬阔叶林、蒙古栎林、红松林、落叶松林)土壤氮素矿化、硝化的时间动态及氮矿化的空间分布格局.结果表明:4种森林土壤氮素矿化存在明显的时空变异.蒙古栎和红松林土壤在6月份表现出强烈的氮矿化和硝化作用,而硬阔叶林及落叶松林7月份氮素矿化强烈.4种森林生态系统上层土壤的氮净矿(硝)化率显著高于下层土壤.4种林型土壤的硝化过程在氮矿化过程中占有重要地位,其NO-3-N在无机氮中的比例分别为:79.9%～91.1%(硬阔叶林)、50.7%～80.5%(蒙古栎林)、54.1%～92.0%(红松林)、63.7%～86.5%(落叶松林).生态系统构成决定了土壤氮素的矿化能力.阔叶林和针阔混交林生态系统矿化率大于纯针叶林生态系统.硬阔叶林、红松林、蒙古栎林、落叶松林的平均净矿化率分别为:(0.58±0.01) mg · kg-1 · d-1、(0.47±0.19) mg · kg-1 · d-1、(0.39±0.11) mg · kg-1 · d-1和(0.23±0.06) mg · kg-1 · d-1.4种林型氮素矿化作用与地下5 cm温度呈正相关,并受土壤表层 (0～10 cm)水分显著影响.土壤微生物量氮与土壤氮矿化呈显著正相关.