AM真菌菌丝体网络在青藏高原高寒草地生态系统中的分布特征及其对植物种间关系的影响

As a terrestrial ecosystem peculiar to China, the Tibetan Plateau alpine meadow is characterized by its high latitude, low temperature and strong radiation. Currently, grassland degeneration in this area is becoming increasingly aggravating and has brought about such problems as the declining of fine grazing grass population and the spreading of poisonous weed population. As a symbiont between plant root system and mycorrhizal fungi, arbuscular mycorrhizae (AM) exists widely in soils and plays an important role in maintaining the stability of ecosystem. Since it mainly works through its fungi mycelium, it is very important to study the distribution characteristics and function of the fungi mycelium network in the Tibetan Plateau alpine meadow ecosystem. Based on the typical Tibetan Plateau alpine meadow, this study focuses on the diversity of AM fungi in extreme habitats and investigates the spatial distribution characteristics of mycelium network in the alpine meadow, its influence on the working mechanism of mineral elements like P and the plant interactions between poisonous weeds and fine grazing grasses. And the study will also discuss the interactions between mycelium network, the soil physical and chemical factors in alpine meadow and specific stress factors. On the basis, the results will show how AM fungi mycelium network responds and gives feedback to grassland degeneration in extreme habitats and how AM works to maintain the ecosystem stability in the soil of alpine meadow.

青藏高原高寒草地是我国特有的陆地生态系统类型，具有海拔高、温度低、辐射强等独特的极端生境特征。目前，该地区草地退化日趋严重，表现为优良牧草种群不断衰退、有毒杂草种群逐渐蔓延。丛枝菌根（AM）是广泛分布于土壤中的植物根系与菌根真菌形成的共生体，是维持生态系统稳定的重要组成部分，其作用机理是通过AM真菌菌丝体网络发挥作用，因而关注菌丝体网络在青藏高原高寒草地生态系统中的分布特征及其功能具有重要意义。本研究以青藏高原典型高寒草地为研究对象，探讨极端生境条件下AM真菌的多样性、菌丝体网络在高寒草地中的空间分布特征、对有毒杂草和优良牧草种间关系的影响及其对土壤中P等矿质元素运转机制的影响，分析菌丝体网络、高寒草地土壤理化因子、极端胁迫因子三者之间的互作效应。以期通过本研究，揭示AM真菌菌丝体网络在青藏高原极端生境条件下对草地退化的响应和反馈机制，以及丛枝菌根在维持高寒草地土壤生态系统稳定性中的作用。

本项目通过揭示地下AM真菌菌丝体网络的结构特征，开展其对青藏高原高寒草地生态系统中优良牧草和有毒植物种间竞争的调控机理研究，经过四年的实验，获得如下结果：1）青藏高原高寒草地东缘地区共有有毒植物种类27种。采集主要有毒植物的根际土壤开展AM真菌孢子的筛选，共计分离鉴定出土著AM真菌4属18种。2）采用滤膜湿筛技术，研究野外生境条件下AM真菌菌丝体网络的空间分布格局，获得野外菌丝体网络的空间分布特征。3）在温室条件下利用分室培养体系，开展AM真菌调节有毒植物与优良牧草种间竞争的实验研究，发现随着有毒植物种类的不同，AM真菌对种间竞争的调节效应不同。其中，AM真菌对黄帚橐吾具有抑制效应；而采用风毛菊和珠芽蓼开展实验，则发现AM真菌菌丝体网络对有毒植物的生长产生显著影响（P<0.05），而对优良牧草的生长影响不显著（P>0.05）。AM真菌降低优良牧草与风毛菊的种间竞争，促进风毛菊的生长，但却加剧了珠芽蓼和优良牧草之间的竞争。4）在低P条件下，AM真菌菌丝体网络促进有毒植物与优良牧草的种间竞争（P<0.05），而在高P条件下，AM真菌菌丝体网络降低了二者之间的竞争效应（P<0.05），分析原因可能为土壤营养元素的含量决定了AM真菌菌丝体网络的功能发挥。5）采用分室培养体系研究发现，高寒草地有毒植物根外菌丝体对优良牧草的侵染水平与优良牧草的生长之间存在显著的负相关性（P<0.05），抑制优良牧草生长，表明有毒植物的爆发机制之一可能为选择对其生长有益的土著AM真菌种类。6）高寒草地的退化加剧了有毒植物的滋生，同时，有毒植物的滋生又改变了根际土壤中土著AM真菌的密度和多样性，进而抑制其他牧草在其根围建植，为建立单一的有毒植物种群创造有利的生境条件。7）优良牧草对不同AM真菌的菌根依赖性存在差异。综上所述，AM真菌菌丝体网络通过对有毒植物生长效应的调控，进而对优良牧草和有毒植物的种间竞争产生调节作用，该调节作用同时受到土壤中营养元素含量的影响。