土壤酸化背景下无患子生理特性的微生物学调控机制

作     者：夏丽娜 

作者单位：浙江农林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王艳红

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

主      题：土壤酸化 植物-土壤反馈 无患子 土壤真菌群落 根系功能性状 

摘      要：近几十年来,由于全球变化和人类活动的影响,土壤酸化已成为我国南方地区广泛存在的环境问题。植物-土壤反馈(plant-soil feedback,PSF)在植物个体及其种群应对土壤环境变化中发挥着重要作用,是森林生态学研究的热点领域。无患子(Sapindus saponaria)作为亚热带地区重要的经济树种,具有较强菌根依赖性,在弱酸土壤中也能良好生长。然而,关于土壤酸化影响下土壤微生物对无患子生长的调控机制研究较为缺乏。因此,本研究以无患子为研究对象,采用植物-土壤反馈研究的两阶段法进行盆栽试验,量化在不同土壤酸化水平下(pH5.5、pH4.5、pH3.0)接种不同土壤滤液(灭菌土壤滤液、活性土壤滤液和AM真菌土壤滤液)后无患子在形态、生长、光合特性、渗透调节物质积累、土壤酶活性及土壤真菌群落组成等方面的响应格局。本研究不仅在理论上丰富了无患子生长的调控机制,还在实践上为该树种在土壤酸化区的种植和管理提供理论指导。主要研究结果如下:(1)土壤酸化显著降低了无患子的碱性磷酸酶活性(ALP)、叶面积(LA)、总根长、根表面积、根平均直径、根体积、总干重、根冠比、叶绿素a含量(Chla)、叶绿素b含量(Chlb)、类胡萝卜素含量(Car)、净光合速率(P)、气孔导度(g)、胞间CO浓度(C)、蒸腾速率(T)、PSII最大光化学量子产量(F/F)、PSII实际光合量子产量(Y)、光化学猝灭系数(q )、游离脯氨酸含量(Pro)、可溶性糖含量(SS)和土壤酸性磷酸酶活性。相比于接种灭菌土壤滤液,接种活性土壤滤液和AM真菌土壤滤液显著提升了无患子的菌根侵染率、琥珀酸脱氢酶活性(SDH)、ALP、比叶面积(SLA)、叶绿素a/b(Chla/b)、F/F并降低了Chlb。同时,土壤酸化与接种不同土壤滤液的交互作用对无患子的菌根侵染率、SDH、ALP、LA、SLA、总根长、根冠比、Chla、Chlb、Chla/b、g、T、F/F、Pro、SS、可溶性蛋白含量以及土壤脲酶活性具有显著影响。(2)随着土壤酸化程度的加深,PSF效应值因接种不同土壤滤液而有所差异。接种活性土壤滤液使负的PSF效应值不断加剧,而接种AM真菌土壤滤液则使负的PSF效应值趋于正值。(3)相关性分析表明PSF效应值与根表面积、根平均直径、根体积、Chla、Chlb、P、F/F、Y、q 、SS及土壤酸性磷酸酶活性呈显著正相关,而与土壤真菌Shannon指数及病理营养型的相对丰度呈显著负相关。综上所述,土壤酸化对无患子根系功能性状、生物量积累、光合特性、渗透调节物质积累和土壤酸性磷酸酶活性具有抑制作用而接种活性土壤滤液和AM真菌土壤滤液则对无患子菌根侵染率、菌丝酶活性以及光合特性具有促进作用。随着土壤酸化的加剧,接种活性土壤滤液对无患子生长具有抑制作用而接种AM真菌土壤滤液则对无患子生长有一定促进作用,这与菌根效应的胁迫程度依赖性有关。同时,根系功能性状、光合特性、可溶性糖含量及土壤酸性磷酸酶活性有可能是PSF效应值变化的正驱动因子而土壤真菌多样性及病理营养型的相对丰度则是PSF效应值变化的负驱动因子。