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不同水分状况下丛枝菌根真菌对植物密度效应的调节及机理

徐黎明  
【摘要】: -3/2自疏法则是反映种群动态的经典法则,它描述了植物个体生物量与密度之间的对数关系,表现为种群内的密度效应。其中自疏指数(密度调控指数)α的值为-3/2。但很多理论研究和实验数据对该值的大小及恒定性提出了质疑。密度效应的主要调控因素是邻体效应,即植物与植物间的相互作用。而邻体效应受到各种非生物因素如气候和生物因素如土壤微生物的影响。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)作为土壤微生物区系的最重要成员之一以及可与陆地80%以上的陆生植物形成共生体-菌根,其对邻体效应的调节正逐步被重视。本研究首先通过田间原位试验探究了不同水分下AMF分别对两个种群紫花苜蓿(Medicago sativa L.)和美丽胡枝子(Lespedeza formosa(Vog.)Koehne)密度效应的调节,而后通过根箱受控实验深入分析了包括AMF在内的根部系统对密度效应调节的机理即对邻体效应的调节。主要取得如下研究结果: 1原位试验下菌根真菌的侵染率及水分、AMF、密度处理对两个种群生长的影响 干旱(年降雨量为312mm)胁迫下,菌根侵染率降低,水分×AMF对美丽胡枝子的菌根真菌侵染率影响显著。AMF处理对紫花苜蓿和美丽胡枝子植株的地上部分、地下部分个体生物量影响差异不明显,而水分和密度处理差异均极显著。 2水分、AMF、密度处理对紫花苜蓿(M.sativa)生长及密度效应的影响 水分、AMF、密度处理对根冠比(R/S)影响差异显著,且“干旱-低AMF”处理的R/S最大,其中,D3(1000株/m~2)密度下的R/S高达0.68。干旱时,“高AMF”处理降低了R/S。湿润(年降雨量为1455mm)时,“高AMF”处理促进了低密度下个体生长,R/S下降,而加剧了高密度下个体间的竞争,R/S上升。 在干旱和湿润两个水分处理下,“高AMF”均加剧了高密度下个体间的竞争,个体生物量下降,生物量-密度(B-D)曲线下滑。但干旱处理时,“高AMF”使得个体生物量在较低密度(400株/m~2)下即出现明显下降,而湿润处理时,高AMF在相对较高密度(2200株/m~2)才导致个体生物量的明显下降。对初花期数据分析表明,干旱胁迫降低|α|,且“高AMF”时植株地下部分|α|降低,地上部分的|α|升高;“湿润-高AMF”处理的|α|最大,分别为,地上部分|α|:1.023,地下部分|α|:1.226。 3水分、AMF、密度处理对美丽胡枝子(L.formosa)生长及密度效应的影响 AMF对美丽胡枝子密度效应的调控在干旱和湿润下差异不显著。AMF对植株地上部分、地下部分个体生长均起促进作用(不显著),且对干旱下的地下部分生长促进较多。水分处理对R/S影响显著,且“干旱-高AMF”处理的R/S最大,其中,D3(500株/m~2)密度下的R/S高达0.63。水分、密度处理对株高影响显著。各因素对冠幅影响不显著。AMF的增加并未加剧干旱或湿润下美丽胡枝子种群内部的竞争从而导致B-D曲线更快下滑或产生交叉。干旱胁迫降低|α|,且“高AMF”时植株地下部分|α|升高,地上部分的|α|降低;“湿润-低AMF”处理的|α|最大,分别为:地上部分|α|:1.199,地下部分|α|:0.959。 4受控实验下水分、根系相互作用对紫花苜蓿(M.sativa)生长及邻体效应的影响 水分(年降雨量分别为,W1:312mm,W2:632mm,W3:920mm,W4:1455mm)、根系相互作用处理对目标植株地上部分、地下部分个体生物量、株高影响差异均极显著。 根部系统(AMF和根)对不同水分下邻体效应的调节不同。低水分(W1)下,允许AMF透过有利于目标植物生长,若此时根再透过,则加剧邻体对目标植物的竞争。其他高水分下,允许根透过有利于目标植物吸收营养,仅允许AMF透过则会加剧邻体与目标植物竞争,故,在低水分下,“根系全透过”的地上部分、地下部分RII(邻体效应指数)为最小,而其他高水分下,“水、离子、菌丝透过”的地上部分、地下部分RII为最小。 无论何种水分处理下,允许“根系全透过”时,R/S均为最高。在“无邻体”和“根系全透过”处理中,随水分增加,R/S均降低。 ~(15)N数据结果显示,氮素可以通过共用菌丝网络在目标植物与邻体间进行互相传递,预示着AMF可通过调节植物的营养吸收从而影响邻体效应。


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