施肥和放牧下高寒草甸植物群落与菌根真菌互作机制研究

土壤是地上和地下生态系统的联系纽带和桥梁，至今被许多科学家认为是一个没有打开的黑箱。其中，生物多样性与生态系统功能及其稳定性之间的关系是当今生命科学领域的研究热点。前期的研究发现，施肥和放牧导致植物生物量增加，群落多样性和密度下降，植物个体光竞争增强，植株个体增大，那么，植物根际AMF的多样性如何响应施肥和放牧的变化？地下生物类群的变化能否记录和反映地上生态系统的结构特征与功能群特征。地下生物功能群及生物多样性是否存在时空分布上的差异？与地上植物物种及其群落特征如何偶联？本项目利用高寒草甸生态系统定位研究站，通过分析施肥和放牧条件下土壤AMF的多样性的时、空动态，人工控制实验验证AMF对植物的作用，探讨AMF响应施肥和放牧的变化规律，揭示地上植物群落组成与地下生态系统土壤界面过程相互作用的机理，为高寒草甸生态系统的合理利用和退化草地恢复措施提供科学依据和技术支撑。

丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza, AM）真菌是一类分布极其广泛的植物根系共生微生物，它们通过与绝大多数陆生植物形成基于碳（C）、氮（N）、磷（P）物质交换的互惠共生体，驱使和影响了植物群落组成、营养循环、生态系统生产力和稳定性等许多生态系统过程，是地上地下生态系统相互联系的重要节点。放牧及土壤N、P肥力的变化能显著改变植物群落及植物-AM真菌的共生关系，但AM真菌群落是如何响应这些资源的变化？与植物群落的响应有何异同？是什么生态学过程驱动了这两种共生群落的变化？这些问题迄今为止仍未得到科学的回答。为了回答上述问题，本研究通过在青藏高原高寒草甸生态系统中设立长期遮阴及施肥处理样地，系统研究了光及土壤N、P有效性的变化对植物及AM真菌群落的影响规律，并通过群落谱系分析技术揭示了驱动两种群落变化的主要生态学过程。另外，黄帚橐吾（Ligularia virgaurea）为菊科橐吾属多年生草本植物，是高寒草甸常见的一种毒杂草。在干扰较大的退化草场中，形成明显的优势种群，被认为是草地植被退化程度的指示物种。近年来，该物种在高寒草甸过度放牧生境中的大量扩散已经造成严重的经济损失与生态问题。我们在甘南藏族自治州玛曲县的定位站的研究结果表明，地上及地下资源有效性对植物和AM真菌群落均有重要的调控作用，降低光有效性以及增加土壤N、P有效性会造成植物和AM真菌共生程度的下降、群落结构的改变以及物种多样性的丧失，进而影响生态系统的可持续性。此外，虽然调控植物和AM真菌群落构建的关键生态学过程各异，但由低光和/或高土壤N、P肥力引起的两种群落变化均与越来越强的竞争排斥过程相关联。另外，黄帚橐吾的扩散不但改变了自身及其根系中AM真菌群落的物种组成，而且改变了驱动AM真菌群落装配的主要生态过程；施肥与遮阴两者均可弱化黄帚橐吾与AM真菌的共生关系，但二者却有着不同的效应强度，这说明黄帚橐吾的扩散程度、土壤肥力与光照强度可能通过调控黄帚橐吾与AM真菌间的共生关系，间接地参与了黄帚橐吾种群的形成。黄帚橐吾的种群扩散与AM真菌群落装配的关系，阐述了光照强度与土壤肥力对黄帚橐吾与AM真菌共生关系的影响机制。上述结果为高寒草甸生态系统中AM真菌多样性形成的机制、从菌根真菌群落与植物群落如何响应施肥、光强和放牧强度的变化提供理论依据。