橡胶—大叶千斤拔复合生态系统根系分泌物特征及其对土壤磷素转化的调控机制

The relationship between root and soil in agroforestry ecosystem has become a hot topic in ecology recently. As one of sustainable land-use patterns, rubber-based (Hevea brasiliensis) agroforestry ecosystem can not only improve the environmental conditions of rubber planting area but increase farmers' income. However, characteristics of root exudates and their effects on soil phosphorus (P) bioavailability in a rubber agroforestry ecosystem have not yet been reported. In this project, root exudates characteristics and P (organic and inorganic) fractionation were investigated using in situ collection and laboratory analysis in a Hevea-Flemingia agroforestry ecosystem in Xishuangbanna, Southwestern China. Our objectives were to reveal the seasonal and interannual variability of root exudates such as organic acids, sugars and amino acids, and further clarify their regulatory mechanisms on soil P transformations in a Hevea-Flemingia agroforestry ecosystem. The study would help researchers to deepen their understanding of rhizosphere ecology. More importantly, it may offset P deficiency conditions of rubber monocultures and provide practical guidance for constructing environmentally-friendly rubber agroforestry ecosystem in tropical mountain regions of China.

农林复合生态系统内“根系-土壤”关系已经成为生态学研究的热点问题之一。胶林复合生态系统作为一种可持续的土地利用方式，不仅可以较好的改善植胶区域生态环境，同时有助于增加农户收入。然而，基于胶林复合生态系统内根系分泌物特征及其对土壤磷素生物有效性的作用机制目前尚不清楚。本项目以云南西双版纳建立的橡胶—大叶千斤拔复合生态系统作为研究对象，采用野外原位收集和室内分析相结合的方法，开展根系分泌物特征和土壤磷形态及有效性方面的研究。旨在揭示橡胶—大叶千斤拔复合生态系统中根系分泌物（主要为有机酸、糖类和氨基酸）的季节和年际变化特征；进而阐明不同时期的根系分泌物变化对土壤磷素转化的调控机制。研究结果不仅可以丰富目前根际生态学研究内容，而且有助于解决当前橡胶纯林所面临的磷素匮乏的实际问题，为合理构建环境友好型生态胶园提供理论支持。

胶林复合生态系统作为一种可持续的土地利用方式，不仅可以较好的改善植胶区域生态环境，同时有助于增加农户收入。然而，基于胶林复合生态系统内土壤磷素（P）生物有效性（含根际）循环过程及微生物多样性的时空变化目前尚不清楚。本项目探讨了西双版纳橡胶—大叶千斤拔（豆科植物）复合生态系统的碳储量分配、土壤磷素及根际调节过程以及土壤微生物的季节变化与驱动因素。结果表明：1）地上生物量平均存储了约 68% 的总生物碳储量（TBC），而胶乳净初级生产力（NPPlatex）可贡献约 18% 的总净初级生产力（NPPtotal）。土壤碳（SOC）储量较为稳定。橡胶林的碳储量在 54 年左右达到顶峰。2）多数P组分在不同的土壤深度呈现明显的季节变化，其中雾凉季最高。幼林间作（YI）增加了resin-Pi浓度，但降低了0-30 cm NaHCO3可提取P、HCl-Pi和residual-Po。成熟林间作（MI）对各种P组分几乎无影响。两种间作条件下residual-Po均累积在土壤最深层。各种P组分（除NaOH0.1-Pi）均随着年龄的增长而下降。YI在一定程度上降低了总P储量，但MI恰好相反。3）由于YI的大叶千斤拔具有更高的生物量和氮磷含量，所以其P周转率通常比MI更为明显。豆科植物能够通过降低根际pH值和增加有机酸浓度和磷酸酶活性对整个根际土壤磷循环产生影响。然而这种效应却主要体现在YI增加土壤磷的有效性上，且干湿季差异明显。4）Acidobacteria、Proteobacteria、Actinobacteria及Chloroflexi是胶林复合系统中最为主要的细菌类群，而Kitasatospora、Streptomyces、Nitrospira、Bacillus及Pseudomonas是其中的关键属。管理方式、林龄和季节显著影响了细菌群落的组成和结构特征，其中林龄影响效果最为显著，但三者交互作用甚微。与同龄橡胶纯林相比，YI虽然降低了土壤细菌丰度，但是维持了群落多样性，特别在0-5和5-30 cm两个土壤层次上表现更为突出；而MI不仅保持了细菌丰度，同时也提高了多样性水平。土壤pH，有效磷和可溶性有机氮是细菌群落结构的主要驱动因素。本项目的研究结果有助于解决当前橡胶纯林所面临的磷素匮乏的实际问题，为合理构建环境友好型生态胶园提供理论支持。