氮沉降背景下杨树人工林外生菌根真菌调控土壤氮淋溶的机制

Increased nitrogen deposition is among the top issues in global change, the resulting nitrogen leaching can influence plant productivity and ecological environment. Ectoycorrhizal fungi (EMF) plays crucial roles in soil nutrient cycles, but there is a lack of systematic understanding of the mechanisms involved in the nitrogen retention capability of the EMF to control soil nitrogen leaching. The proposed research is to be conducted in a poplar plantations with the additions of five gradients of nitrogen, to evaluate the variations of soil nitrogen leaching and EMF community structure after different levels of nitrogen additions based on field experiment. Then a pot controlled experiment will be conducted to analyze the transferability and dynamic distribution of nitrogen in soil-EMF-plant, and to explore the mechanism of EMF involved in nitrogen uptake and immobilization to regulate soil nitrogen leaching losses. The fruits of the research will be expected to benefit the research of soil nutrient cycling for plantation ecosystem under the background of global change.

土壤氮淋溶是过量氮沉降对森林生态系统产生的一系列问题之一，其已成为全球变化领域学者当前关注的热点。外生菌根真菌（Ectomycorrhizal fungi,EMF）在土壤氮素循环中发挥至关重要的作用，但EMF在调控土壤氮淋溶方面起到的作用和机制尚不清楚。本研究拟以杨树人工林EMF为研究对象，模拟不同氮沉降水平，通过野外定位控制实验结合室内培养实验，采用PVC土柱培养法，明确不同氮沉降水平对杨树人工林土壤氮淋溶的影响；通过EMF形态分类结合分子鉴定手段，探明不同氮沉降水平对杨树－EMF共生关系和EMF群落结构的影响；运用15N同位素示踪技术，揭示不同氮沉降水平下杨树EMF对土壤氮素吸收和固持作用，试图阐明氮沉降背景下杨树人工林EMF调控土壤氮淋溶损失的机制。以期为进一步研究氮沉降对杨树人工林土壤氮素循环过程的影响，以及氮沉降背景下杨树人工林生产力的维持提供理论依据。

氮沉降的持续增加导致了生态系统养分不平衡和土壤酸化等一系列影响，进而影响生态系统的结构和功能。植物－微生物共生体是影响土壤氮循环重要的生物因素，在维持土壤养分平衡中有重要作用。本项目重点围绕杨树人工林根际土壤微生物（菌根真菌）群落结构对不同氮沉降水平的响应，及其调控土壤氮淋溶损失的机制这一科学问题，通过野外定位控制实验及室内盆栽实验，采用了土柱培养法、外生菌根真菌形态分类结合分子鉴定手段，高通量测序，15N同位素示踪技术等技术。主要结论有以下几点：（1）随着施氮量的增加，杨树人工林土壤硝态氮含量显著增加，而土壤有效磷含量显著下降；土壤渗滤液全氮、硝态氮和铵态氮含量显著上升，在高氮（N4，300 kg N ha-1 yr-1）处理时达到最大值；（2）氮沉降显著降低14年杨树人工林根际土壤真菌多样性，并显著改变杨树人工林根际土壤微生物群落结构；土壤全碳和硝态氮调控了细菌群落结构，土壤pH、硝态氮、全氮是影响真菌群落格局的主要因素；氮添加显著增加了属水平植物病原菌的相对丰度；（3）随着施氮量的不断增加，外生菌根真菌侵染率整体呈下降的趋势。外生菌根真菌物种丰富度与氮添加之间存在负相关关系。氮添加显著改变外生菌根真菌群落组成和功能结构。中距离和长距离型外生菌根真菌下降，而近距离和接触型增加；土壤铵态氮含量是氮添加下控制外生菌根真菌菌丝类型的主要因素。本研究对深入了解氮沉降对杨树人工林土壤氮素循环过程影响具有重要理论意义，并为氮沉降背景下提高杨树人工林生产力提供理论依据。