放牧草地磷和丛枝菌根真菌在植物与土壤中的作用过程和响应

The aboveground and belowground components of ecosystem have become one of the hottest researches in ecology and grassland science. Traditoinally, it is used to be only focused on effects of eithor aboveground or belowground component on ecosystem structure and function. The effects of combination of both aboveground and belowground on grassland ecosystem are still poorly understood. On the basis of previous work, we will conduct the experiments on feedbacks, relating to components of both aboveground (grazing) and belowground (soil available phosphorus and AMF), including grassland plant community structure and biodiversity, soil nutrition, microorganism community, carbon and nitrogen dynamics, CO2/CH4 emission flux; and process contains root morphological and physiological change, mycorrhizal growth response and AMF network function. The researches will be approached by pot experiment and field test with isotope labeling, compartment net of 30μm mesh, in situ histochemical visualization of phosphatase methods. This combined aboveground-belowground research project is novel and few studies invetigate it in the Inner Mongolian steppe. It will provide an important explanation on aboveground-belowground interaction mechanism and implications for adaptive management of steppe ecosystems.

地上和地下共同作用是当前生态学与草地学研究的热点。目前有关研究主要集中于地上或地下单一作用对草地生态系统结构和功能影响，地上和地下共同作用对草地生态系统结构和功能影响鲜有报道。本课题在前期研究基础上，将地上（放牧）和地下（土壤磷和AMF）综合考虑，采用室内和野外原位试验相结合，利用隔网分室研究法、同位素标记法、原位显色法等技术，以季节放牧、AMF和磷肥施用为实验因素，研究放牧草地的综合响应，包括植物群落结构和多样性、土壤化学性质、土壤微生物区系、土壤微生物碳氮、草地CO2和CH4的排放通量等变化；探究地上（放牧）和地下（AMF和土壤磷）对草原植物群落结构和多样性的作用过程，包括草原植物根系形态和生理变化、菌根生长反应和菌丝网络作用等。本项目选题新颖，研究内容处于本领域前沿，研究结果对阐明地上（放牧）和地下（磷和AMF）的作用机制具有重要科学意义，为草地生态系统适应性管理提供理论依据。

内蒙古草原约80%的陆地植物能够被丛枝菌根真菌（AMF）所侵染。AMF与植物形成共生体系，AMF协助植物吸收氮、磷等土壤营养物质，植物给AMF提供光合作用产物。家畜通过放牧采食和粪尿排泄影响植物的光合作用和土壤养分供给，可能导致AMF功能的改变。AMF的功能可以通过植物的菌根依耐性反应。前人研究表明AMF能够通过影响幼苗建植而作用于群落的植被更新，从而影响植物群落结构。本项目通过模拟放牧对采食（通过刈割模拟）和粪尿输入（通过氮磷添加模拟）等放牧作用机制下主要植物的菌根依耐性和其幼苗建植与AMF的关系进行了系统研究。研究表明：.（1）五种植物的菌根依赖性由大到小分别是：冷蒿 > 二裂叶委陵菜 > 扁蓿豆 >菊叶委陵菜 > 针茅。该研究结果表明，在以冷蒿为优势种的植物群落，AMF能够增加优势种的竞争力而降低了次优势种、偶见种和稀有种的竞争力，继而可能导致冷蒿草地植物群落多样性的降低。.（2）在较低或较高磷添加水平下，AMF抑制冷蒿幼苗的建植，仅在2mg/kg P添加水平时促进冷蒿幼苗的建植，原因是在较低或较高磷水平下AMF抑制了冷蒿幼苗对氮磷的吸收，而仅在2mg/kg P 添加水平下促进其氮磷吸收。.（3）随着氮添加水平的增加，AMF对羊草和克氏针茅幼苗生长的促进作用高于冷蒿。在不同氮水平下，AMF均促进了羊草幼苗（C3禾草类）的建植。在大于0.5 g N m-2 yr-1添加水平下，AMF促进了针茅幼苗（C3禾草类）的建植，然而，冷蒿幼苗（阔叶草类）的建植受到抑制。此研究结果可能在一定程度上能够解释氮添加后植物群落中禾草的优势度大于阔叶草类。.（4）成株植物的刈割强度增加后，AMF与成株建立的菌丝网络能够提高冷蒿幼苗的建植，降低针茅幼苗的建植。在各刈割强度下，AMF与成株建立的菌丝网络均能提高羊草幼苗的建植。该研究结果说明，在以针茅为优势种的植物群落，放牧采食可能增加阔叶草类的更新，增加植物多样性。.综上所述，家畜放牧能够通过采用和粪尿输入影响AMF的功能，从而作用于主要植物种的更新，并且对优势种和次优势种的作用不一致，继而可能会影响放牧草地植物群落结构。