不同海拔梯度下保育植物和化感植物对高寒草甸土壤微生物群落的影响

Soil microbes are very important in soil ecosystem, they are part of the energy and material flux of ecosystem and have important impact on plant growth and competition as well as ecosystem’s stability. This research will choose the alpine meadow ecosystems at different altitude gradient as the main object, which are located at the south of Gansu province and have been enduring severe degradation. Through the combination of field investigation, soil ecology and molecular biology methods, this research will compare the difference of soil microbial community’s structure and soil characteristics between the rhizospheres of nurse plant Potentilla fruticose and allelopathic plant Ligularia virgaure, and compare the difference of plant species diversity and functional trait beneath them. This research will explore the impact of plant on the structure and functioning of soil microbial community under different environmental severity conditions from different aspects, and analyze and explain the inner connections between plant and soil microbial community thereby. Finally, this research will explore how impacts of plant on soil microbial community are regulated by soil characteristics and environmental severity, reveal the role of soil microbial community in ecological restoration and provide theoretical and technical supports on utilizing grassland resource scientifically.

土壤微生物是土壤生态系统中极其重要和最为活跃的生物因子，参与生态系统中能量流和物质流，对植物生长、竞争以及生态系统稳定性有着重要影响。本研究选取甘肃省甘南高寒草甸为研究基地，以不同海拔梯度的高寒草甸生态系统为研究对象，运用野外样方调查、土壤生态学和分子生物学等技术手段，把土壤微生物群落的动态变化作为研究的切入点，通过比较保育植物金露梅和化感植物黄帚橐吾根围的土壤微生物群落结构与功能以及土壤性质的差异，冠层下植物物种多样性和功能特性的差异，从多层面探讨不同环境胁迫条件下植物对土壤微生物群落结构与功能的影响，深入分析植物与土壤微生物群落之间的内在联系，阐明地上部分和地下部分的相互关系，探索植物对土壤微生物群落的作用受土壤性质和环境胁迫调控的机制，为揭示土壤微生物在生态恢复中的作用机理以及科学地利用草场资源提供理论依据和技术支撑。

植物间存在的保育作用和化感作用一直是生态学家重点关注的问题，保育植物通过改善局部环境提高了邻域物种的适合度，而化感植物所释放出的化感物质能够影响邻近物种的分布和生存。本项目研究了青藏高原典型保育植物金露梅和化感植物黄帚橐吾根围土壤微生物群落和土壤理化性质的差异，探讨了土壤理化性质如何调控植物与土壤微生物群落间的相互作用，揭示了保育植物和化感植物对其他植物的萌发、存活以及生长的影响及差异。研究结果表明：1）金露梅与黄帚橐吾的存在对冠层下土壤细菌群落的物种丰富度和多样性未产生显著的影响，然而黄帚橐吾的存在显著增加了土壤真菌群落物种丰富度。黄帚橐吾和金露梅对细菌的群落结构产生了显著的影响，导致了具有不同功能特性的细菌类群的偏好性分布，但是对真菌群落结构未产生显著影响。2）金露梅和黄帚橐吾对土壤理化性质，土壤酶活性以及微生物碳氮的影响存在较大差异；金露梅的存在显著降低了土壤的含水量和pH值，但是显著增加了土壤的碳氮比；黄帚橐吾的存在显著增加了土壤的总氮、有机质以及铵态氮的含量；金露梅的存在显著降低了土壤脲酶的含量，而黄帚橐吾显著增加了土壤蔗糖酶、蛋白酶和脲酶的含量；此外金露梅的存在显著增加了微生物生物量碳的含量，而黄帚橐吾显著增加了土壤微生物生物量氮的含量；3）金露梅和黄帚橐吾对其他植物种子萌发，存活和生长的影响存在显著的差异且与土壤微生物群落存在紧密关联；金露梅显著地增加了种子的萌发率以及存活率，但是对生物量并未产生显著的影响；黄帚橐吾显著地降低了种子的萌发率，但是对存活率和生物量并未产生显著的影响；而土壤微生物对种子萌发率，存活率和生物量均有不同程度的促进作用。我们的研究揭示了保育植物和化感植物对植物群落影响的差异及其内在机理，为全面评估保育植物和化感植物对邻近其他物种的影响提供了实验证据，对探索植物种群相互作用过程中土壤微生物群落的参与机制具有一定的指导意义。从而为我们进一步探究物种间相互作用的模式及物种多样性维持的机制提供了理论依据，并为高寒草甸地区的生态恢复与管理提供了科学支撑。