基于根属性变异研究华北山地林区外生菌根树种的养分获取与防御策略

Ectomycorrhizas (ECM) are symbionts formed between plant root and soil fungi, which are widely distributed among dominant tree species in temperate forests. Variation of root functional traits is closely linked with plant ecological strategies and ecosystem processes. However it is unclear how root trait variation affects the belowground ecological strategies of ECM tree species. In this project, we will select different ECM tree species that coexist in the same site conditions in mountain forest of North China and use root mesh-bag approach under both inorganic and organic nutrient addition treatments in situ. Our research objects are as follows: firstly, we will explore the effects of root trait variations on root growth and mycorrhizal colonization rates, which can benefit better understanding of different belowground resource acquisition strategies among ECM tree species; secondly, we will study the variation pattern of the structural and chemical defenses of roots across species, and the relationship between these defenses and soil pathogenic microorganisms, to reveal the belowground defensive strategies across tree species; finally, we will study the relationship between root traits and ECM fungal species composition and mycelial types, in order to better understand the belowground ecological strategy of different tree species from the perspective of mycorrhiza. This project will certainly provide important scientific bases to fully understanding of the mechanisms of species coexistence, and also provide a theoretical basis for forest management.

外生菌根（ectomycorrhizas，ECM）是植物根系与土壤真菌形成的互惠共生体，在温带森林优势树种中广泛分布。根功能属性的变异与植物生态策略及生态系统过程密切相关，而根属性的变异如何影响外生菌根树种的地下生态策略仍不太清楚。本项目拟选取华北山地林区相同立地条件下的不同ECM树种为研究对象，采用根袋法野外原位设置无机养分和有机养分添加处理，研究不同树种的根属性变异对根生长及其共生真菌侵染的影响，揭示不同ECM树种的地下资源获取策略；通过探讨根的结构性防御与化学防御指标在种间的变化规律及二者与土壤病原微生物的关系，揭示不同树种的地下防御策略；通过探讨根属性与ECM真菌的物种组成及菌丝类型的关系，从菌根的角度深入理解不同树种的地下生态策略。本研究对深入理解温带森林的物种共存机制具有重要意义，也为森林经营管理提供理论依据。

植物细根功能性状是影响植物生态策略与植物群落构建的主要驱动因素，然而，我们对不同土壤环境条件下植物生态策略与根功能属性的关系，以及在植物根系与土壤作用过程中发挥主要介导作用的土壤微生物群落变化仍不清楚。基于此，本项目以温带森林占据优势地位的外生菌根（ectomycorrhizas，ECM）树种为研究对象，通过设置不同养分添加处理来改变土壤环境条件，测定不同树种的根功能属性、菌根真菌侵染程度和菌丝类型、土壤特性、土壤微生物群落组成和多样性分布，目的是实现以下研究内容：（1）不同ECM树种的地下养分获取策略；（2）不同ECM树种的地下防御策略；（3）ECM 树种的根属性和土壤特性对土壤微生物群落组成及多样性的影响。研究结果表明：（1）细根树种（根直径较细、比根长较大）主要选择依赖根长度生长获取土壤养分，而粗根树种（根直径较粗、比根长较小）主要选择增加菌根真菌侵染来获取土壤养分；但是设置养分添加斑块后，不管是细根树种还是粗根树种，均呈现出优先选择增加根长度生长而非提高菌根真菌侵染来获取土壤养分，这符合植物的成本-收益理论，即在养分环境好的条件下植物会减少对菌根真菌的碳投资。（2）面对不良环境干扰时，细根树种主要选择化学防御（增加根总酚含量），而粗根树种主要选择结构性防御（增加根木栓层）。我们也发现根结构性防御属性较为保守基本不受环境条件的影响，而根化学防御属性应对环境变化的可塑性较高。（3）土壤特性和根属性对土壤细菌群落和真菌群落有不同程度的影响，表现为相比较根属性而言，土壤特性对细菌和真菌群落组成的影响占据主导地位，根属性对真菌群落的影响高于细菌群落。土壤特性中主要是土壤pH值、速效磷和钾、全氮能显著影响细菌和真菌群落的物种组成，而根属性中主要是根总酚含量显著影响细菌多样性分布。本项目的研究结论可为种苗繁育、提高林木存活率等森林经营和管理等过程提供支持，有助于深入理解树种特性与土壤菌群组成及不同类群菌群相互作用的关系。