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氮沉降背景下毛竹根系磷获取策略及其驱动因素研究

氮沉降背景下毛竹根系磷获取策略及其驱动因素研究

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作者：季杭翔浙江农林大学

学位级别：硕士

亚热带地区普遍存在磷限制,同时该地区面临着严重的氮沉降,进一步加剧了土壤磷限制。为获取土壤磷,植物可以通过提高根系比表面积,增加根系分泌物活化土壤磷（根系策略）,也可以与菌根真菌形成共生关系,扩大根系的吸收磷的面积（菌根策... 详细信息

亚热带地区普遍存在磷限制,同时该地区面临着严重的氮沉降,进一步加剧了土壤磷限制。为获取土壤磷,植物可以通过提高根系比表面积,增加根系分泌物活化土壤磷（根系策略）,也可以与菌根真菌形成共生关系,扩大根系的吸收磷的面积（菌根策略）,然而目前氮沉降背景下磷获取策略如何权衡仍不清楚。毛竹林是我国亚热带地区重要森林资源,生产力高,具有独特的鞭根系统。基于此,本研究以毛竹林为研究对象,模拟不同水平的氮沉降(CK,0 kg N·hm-2·yr-1;LN,30 kg N·hm-2·yr-1;HN,60kg N·hm-2·yr-1),探究不同氮添加下毛竹篼根和鞭根根际土的理化性质、磷组分、根系策略和菌根策略的变化特征,揭示氮沉降背景下毛竹根系磷获取策略的组合模式及其调控机制。主要结果如下:（1）氮添加显著增加了篼根和鞭根的根际土有机碳、总氮、有效氮、铵态氮、硝态氮、微生物量碳、氮和磷的含量,显著降低了根际土p H、总磷、有效磷的含量。根际土壤4种生物有效性磷组分占土壤总磷的比重中盐酸磷所占比重均最大,其次是柠檬酸磷。（2）氮添加显著增加了篼根和鞭根的根平均直径、根组织密度、细根磷酸酶活性,显著降低了根系比根长、比根面积、叶片锰的含量。在氮有效性提高的情况下,植物根系倾向于对运输结构加大投资,牢固和强化养分输送系统,以保证对养分的高效吸收。同时细根通过酸性磷酸酶的分泌促进了对磷的吸收,增加了磷获取的途径。氮添加下叶片锰的含量显著降低,表明高氮抑制了根系有机酸的分泌。（3）氮添加显著增加了篼根和鞭根的根系侵染率和孢子密度,表明氮添加有利于真菌的产孢和根系定殖。相较于1龄和鞭根,3龄根系侵染率和孢子密度较高,表明1龄和鞭根更倾向于作为吸收根从土壤中获取养分,对菌根的依赖较低。香农指数与土壤p H呈显著正相关,与土壤TP含量呈显著负相关,表明氮沉降引发的土壤酸化是导致AM真菌群落多样性下降的重要因素,降低了AM真菌的多样性。（4）毛竹1龄细根具有最小的根长密度和最大的比根长,确保了其较高的养分和水分吸收效率,能够更有效地从土壤中获取磷。毛竹3龄细根性状与土壤p H显著相关,表明相较于形态性状,3龄细根的生理性状在根系磷获取策略中发挥了更加重要的作用,根系分泌的有机酸对土壤p H产生较大影响。在根系磷获取策略权衡方面,篼根更倾向于根系策略,通过根系性状的改变从土壤中获取磷,而鞭根更依赖于通过菌根策略,将更多的光合碳产物分配给菌丝促进其生长,使得AM真菌受根际土壤环境的影响程度降低。本研究以亚热带区域氮沉降增加为背景,探讨毛竹林根系磷获取策略对氮添加的响应机制。氮添加显著影响了根际土壤理化性质,加剧了土壤酸化和磷限制。同时通过调节根系形态生理性状、根系分泌物、AM真菌侵染等增加磷获取途径。篼根和鞭根的根系磷获取方式反映了根系策略和菌根策略的权衡。研究结果有助于明确氮沉降背景下亚热带森林植物根系对低磷胁迫的响应机制,为进一步探究地下根系养分获取策略的多样性和森林生态系统养分物质周转提供参考。

关键词：氮添加磷限制根系策略菌根策略磷获取策略

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滇中不同土壤磷素条件下植物群落磷素营养策略与输出特征

滇中不同土壤磷素条件下植物群落磷素营养策略与输出特征

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作者：成祥云南大学

学位级别：硕士

磷是生命系统的重要组成成分,其在生态系统中迁移转化是生态系统结构和功能的决定性因素之一。但土壤中磷素含量较少,是地球上生物生产力的限制性养分元素。生态系统内植物与土壤之间存在相互反馈,植物为了适应不同土壤磷素的条件形成... 详细信息

磷是生命系统的重要组成成分,其在生态系统中迁移转化是生态系统结构和功能的决定性因素之一。但土壤中磷素含量较少,是地球上生物生产力的限制性养分元素。生态系统内植物与土壤之间存在相互反馈,植物为了适应不同土壤磷素的条件形成不同的磷素营养策略,在磷素丰富的地区,植物和微生物将岩石母质中的磷转化为生物地球化学磷循环(获取策略)。相比之下,在磷素匮乏的地区,则建立紧缩的磷循环来维持植物对磷的需求(回收策略)。不同磷素条件的土壤与植物群落磷素策略之间的联系研究较少,本研究选择滇中不同磷素条件的植物群落,对其获取和回收磷的指标的量化分析,探讨高磷区、中磷区和低磷区植物群落的磷素营养策略,分析群落生态水文过程,研究不同土壤磷素条件下群落地表径流的磷素流失状况,为滇中富磷区面源污染防控提供数据支持。研究结果如下:(1)本研究所选滇中三个项目区土壤全磷含量存在显著差异,土壤全磷含量呈现:高磷区(8268.90 mg·kg-1)>中磷区(3227.78 mg·kg-1)>低磷区(208.62mg·kg-1)。土壤活性磷(H20-P,、NaHCO3-Pi和 NaHCO3-Po)含量占总磷比例4.84%～11.70%之间,高磷区活性磷含量显著高于中磷区和低磷区。中等活性磷含量(NaOH-P)中磷区所占比例较大,非活性的磷(HC1-P+residual-P)低磷区所占比例高于高磷区和中磷区。从高磷区到低磷区,总有机碳与有机磷的比值(C:Porganic)从22增加到178。相应地,有机质、总氮、各种形态磷含量也呈递减变化。(2)在不同的土壤磷素条件下,影响植物群落和多样性的主导因素不同。从低磷区到高磷区,土壤总磷对于群落结构的相关性逐渐减低,高磷区土壤总氮和土壤有机质是影响群落结构和多样性的决定因素。暖性针叶林和半湿润常绿阔叶林群落随着土壤磷素背景值的上升多样性指数增大,荒草坡则在中磷区多样性指数最高。(3)在高磷区,植物叶片中磷的含量随着土壤浓度的上升而上升,凋落物也呈类似的趋势;在低磷区植物从叶片到凋落物磷含量下降程度大于高磷区。虽然不同土壤磷浓度存在很大的差异,但是细根磷浓度随土壤磷素下降的程度并不突出。(4)细根生物量随着土壤磷素含量的下降而增加(除荒草坡外),根际土壤酸性磷素酶也呈现这样的趋势(除荒草坡)。微生物磷随着土壤磷素含量上升而增加,但最高值在中磷区。低磷区微生物对磷的固定占有效磷来源(磷矿物的溶解和有机磷的矿)的比例79.93%,高于高磷区51.01%和中磷区59.37%,表明微生物在土壤磷素匮乏条件下提高了对磷的固定速率,有利于维持土壤磷素的有效性,也表明磷素营养策略中磷素回收强度随着土壤磷素的下降不断增加。(5)通过对磷素策略指标进行量化分析,除荒草坡外,其他群落磷素回收指标,随土壤磷素含量上升而下降,磷素获取指标则相反,暖性针叶林和半湿润常绿阔叶林群落符合磷素营养策略,但荒草坡不符合。除荒草坡外,其他植物群落随着回收指标的上升植物群落对磷的利用效率上升。(6)高磷区群落结构较低磷区复杂,地表径流量呈现:低磷区>高磷区。在相同地区,群落结构越复杂,地表径流越少,呈现:荒草坡>暖性针叶林>半湿润常绿阔叶林。地表径流中磷素各形态总量或浓度,高磷区都大于低磷区,且在溶解态磷中无机磷占主导地位。

关键词：磷素营养策略磷回收策略磷获取策略地表径流磷素形态

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