放牧采食对丛枝菌根真菌菌丝网络中养分分配的影响

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can form mycorrhizal symbioses with 80% of plant species in grasslands, and play critical roles in nitrogen and phosphorus acquisition for their host plants. AMF produce a large number of mycorrhizal networks， and form mycorrhizal symbioses with multiple plant species simultaneously. Mycorrhizal networks can interconnect multiple plant hosts and species, and lead to reallocation of nutrients among plants，influencing competition between plants. China is rich in grassland resources and livestock grazing is the major way of grassland resources utilization. However, the effect of defoliation by livestock on nutrient allocation in mycorrhizal networks of AMF at grazing steppe is still poorly understood. The present project will investigate the effects of selective defoliation, defoliation intensity, and defoliation of upper-layer plants on nutrient allocation of mycorrhizal networks using isotopic tracer method, and explore the relationships between nutrient allocation and the dynamic of plant community productivity and species diversity in native grassland. The results will contribute to the maintaining mechanism of plant community productivity and biodiversity, enrich the ecological theory basis of grazing and grassland management, and provide scientific support for grassland management.

丛枝菌根真菌（AMF）能够与约80%的草地植物形成菌根共生体，帮助宿主植物吸收氮磷等养分。AMF在土壤中形成大量菌丝网络，同时与多种植物形成菌根共生体。菌丝网络将不同植物联系在一起，能够在不同植物间进行养分的再分配，影响物种间的竞争关系，从而作用于植物群落生产力和物种多样性。我国草地资源丰富，放牧是草地的主要利用方式之一。然而，放牧采食对草地生态系统土壤AMF菌丝网络养分分配的影响还研究得较少。本项目利用同位素示踪法研究放牧的选择性采食、采食强度和采食上层植物对天然草地土壤中菌丝网络养分分配的影响，结合植物群落变化，探索放牧干扰下菌丝网络的养分分配规律与植物群落生产力以及物种多样性的关系。该项目研究结果有助于解释放牧草地生产力和生物多样性的维持机制，丰富放牧管理的生态学理论基础，为我国草地的放牧管理提供科学依据。

（1）探究植物间互作的影响因子是生态学的重要研究内容。研究发现，接种AMF在不同混播比例下对白三叶和多年生黑麦草地上地下生物量均没有显著影响；种间和种内的根系互作均降低了白三叶的地上生物量，但增加了多年生黑麦草地上生物量。我们研究表明种间和种内的根系互作影响白三叶和多年生黑麦草的竞争力，有助于形成超产效应。.（2）放牧强度和地形对植被和土壤状况有着重要影响。然而，放牧强度和地形因素同时对植被和土壤状况及其与AMF菌丝丰富度的作用还知之甚少。我们研究发现在坡地，AMF菌丝密度随着放牧强度的增加呈线性下降趋势（1.5 – 9 sheep ha-1），但在平地，AMF菌丝密度随着放牧强度的增加呈单峰曲线变化，先升后降，且在中度放牧强度（4.5 sheep ha-1）条件下AMF菌丝密度最高。使用结构方程模型分析发现，坡地放牧主要通过改变土壤养分路径降低AMF菌丝密度，但在平地，放牧主要通过改变植物群落和土壤质地两条路径，非线性的影响AMF菌丝密度。我们的调查研究结果说明，草地生态系统中放牧强度对AMF丰富度的影响收到地形调控。.（3）在草地生态系统中AMF的丰富度较大，然而植物群落变化对其丰富度影响还研究得较少。研究结果表明，在对照和阔叶草样地AMF菌丝呼吸对总土壤呼吸的贡献小于10%，而在C3禾草样地AMF菌丝呼吸对总土壤呼吸的贡献达32%。不同植物功能群产生AMF菌丝的能力也存在显著差异，即AMF菌丝生产效率（AMF菌丝密度/宿主植物地上生产力）不同，其中C3禾草最低，阔叶草的AMF菌丝生产效率最高。此外，刈割对AMF菌丝呼吸无显著影响，但会降低C3和C4禾草AMF菌丝生产效率。本研究说明，AMF菌丝呼吸是光合作用碳从植物到大气的重要途径，放牧引起的植物群落组成的改变，会作用于AMF菌丝呼吸及菌丝生产效率，进一步影响AMF对土壤碳库的贡献。