模拟放牧采食对典型草原土壤中AM真菌分解枯落物的影响_赵心雨.pdf

第 卷第期 草地学报 年 月 ：模拟放牧采食对典型草原土壤中真菌分解枯落物的影响赵心雨，田丽华，赵学春，陈超，桂维阳（贵州大学动物科学学院，贵州 贵阳 ）摘要：丛枝菌根真菌（，）在陆地生态系统中分布广泛，不仅可以促进宿主植物生长发育，还会参与枯落物的降解，间接影响土壤碳库。本研究使用典型草原优势种羊草（）做枯落物，通过适宜孔径尼龙网分离 根外菌丝与土壤中其他微生物，探究植物功能群和刈割处理对 参与枯落物分解的影响。结果表明 通过提升土壤中葡糖苷酶和多酚氧化酶的活性加速对枯落物的降解。植物功能群的改变会影响枯落物分解，其中杂类草处理中枯落物分解率较高（年：；年：），禾草处理中的最低（年：；年：）；但并不会改变 对枯落物的分解作用。刈割在短时间内对枯落物的分解无显著影响。本研究发现 促进了枯落物分解，植物群落组成的改变也会显著影响枯落物的分解。关键词：菌根真菌；枯落物；水解酶；氧化酶；模拟采食中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（），（，）：（），（：，：），（：，：），：（）；收稿日期：；修回日期：基金项目：贵州大学引进人才研究项目（贵大人基合字 （）号）；贵州省科技计划项目（黔科合支撑 号）；贵州省科技计划项目（黔科合支撑 一般 号）；贵州省草地生态畜牧业人才基地（）资助作者简介：赵心雨（），女，汉族，陕西咸阳人，硕士研究生，主要从事草地微生态与植被修复研究，：；通信作者 ，：枯落物是天然草原碳库的主要组成部分之一，是草地生态系统物质和能量的重要来源。枯落物经矿化作用分解后或被植物吸收利用，或以 的形式返回至大气中，在维持草地生态系统碳平衡中起到关键作用。草地生态系统中的大部分碳库位于土壤中。典型草原中 的植物可以和丛枝菌根真菌（，）形成共生体，其中 菌丝是地下碳库的重要载体之一。大多数研究认为并不具有腐生能力，因此参第期赵心雨等：模拟放牧采食对典型草原土壤中真菌分解枯落物的影响与枯落物分解的过程主要通过影响其与土壤微生物之间的互作关系，改变土壤微生物对酶的分泌，调控枯落物的分解率。有研究发现，会通过分泌易分解有机质刺激土壤微生物活性，加快枯落物的分解。等研究发现，土壤中的 被隔离后，枯 落物 的分 解 减少，土壤 微 生 物的活 性下降。此外，还会与土壤微生物竞争养分，进而刺激或抑制微生物的活性。等发现，由于土壤中氮素的缺乏，豆科植物接种后，微生物活性受抑制，导致枯落物玉米（）的分解率降低。水解酶和氧化酶是土壤微生物降解复杂有机化合物的重要物质，可以反映土壤生化过程的大小和趋势。纤维素是植物残体进入土壤的碳水化合物的重要组分之一，是一种含碳量较高的化合物，结构相对简单，分解较快。纤维素二糖水解酶在参与纤维素的分解过程中可将纤维素分解为纤维二糖。葡糖苷酶的主要作用是参与分解纤维素类多糖的水解过程，裂解葡糖苷和多聚糖形成葡萄糖，其作用产物是土壤微生物重要的营养源。氧化酶中起主要作用的为多酚氧化酶，其可以促进腐殖质的形成，分解枯落物中的木质素，进一步将酚类物质氧化为醌。有研究发现，的生长会促进土壤酶的活性，例如葡糖苷酶、磷酸酶和脲酶等。然而，较少有研究系统调查 是否通过调控土壤酶活性影响枯落物的分解。植物功能群会影响土壤微生物的群落结构和功能。不同植物功能群的地上净初级生产力并不一致，这会改变植物对土壤微生物群落的碳分配，从而使微生物的活性受到干扰。植物群落结构的改变会影响土壤的固碳能力，还会影响土壤微生物碳源（根系分泌物）的多样性，植物与土壤微生物之间的相互关系以及土壤微环境的多样性等 。并且，很多研究均指出不同植物功能群对 的依赖性表现差异较大，其中禾草相比于禾草及固氮杂草对 的依赖性更大，更易于形成共生体。但植物功能群对 参与枯落物分解的影响却鲜有报道。植物的光合作用可以为地下部分输送大量碳源。因此，宿主植物光合作用的削弱，例如植物地上部分的刈割，会限制宿主植物为其共生的 的碳分配。因此，刈割会通过调控宿主植物共生的 来影响土壤微生物群落，进而降低枯落物的分解率。放牧是草地生态系统的主要土地利用方式之一，会对植物功能性其家畜采食作用中采食量的部分可以通过刈割处理代表，用于探究刈割对土壤微生物的影响，有助于我们预测草地生态系统中由放牧导致的土壤碳流转的变化。放牧过程中家畜采食过程会改变地上植被的丰富度和多样性，影响根际微生态环境 。前人对 参与枯落物的分解主要在温室和盆栽试验中进行，和土壤微生物之间的互作受控制试验的条件限制，难以展现其在野外原位环境中的真实性。本试验采用网袋法，使用两种不同孔径的尼龙网（隔离植物根系但允许菌丝通过、同时隔离植物根系和 菌丝），并通过测量枯落物的分解率、土壤酶活性，以阐明在典型草原中，放牧的采食作用（植物功能群和刈割处理）对参与枯落物分解过程的影响。本研究提出个假设：（）不同植物功能群处理中枯落物的分解率有差异；（）会通过影响土壤酶活性改变枯落物的分解；（）刈割会抑制枯落物分解。材料与方法 研究区概况研究区位于内蒙古多伦县中科院植物所十三里滩恢复草地生态系统试验示范基地（、海拔 ）。气候为温带内陆型季风气候，年降水量为 ，年均温为。研究区土壤为栗钙土，肥力低，结构疏松。植被类型为温带典型草原，主要植被：大针茅（）、羊草（）、糙 隐 子 草（）、冷蒿（）等。试验设计本研究采用随机区组试验设计，选取研究区地势开阔、平坦且植被均匀的位置设立试验。选择植物功能群和刈割两种利用方式模拟放牧中的采食作用（采食种类和采食量），其中植物功能群处理：禾草、禾草、杂类草和对照（），共水平。刈割处理：刈割和不刈割，共两水平，五个区组，共 个小区。小区面积：样方，间隔：。每种植物功能群处理仅保留本功能群植物，其余植物地上部分全部使用剪刀剪去，使地下部分凋萎死亡但不破坏土壤结构。试验于 年月日开始，每隔两周剔除一次，月日结束。刈割为每月一次（月），留茬，属于中度放牧强度。测定项目及方法 枯落物分解袋 年 月中旬，在研究草地学报第 卷区内用剪刀齐地面采集当地优势物种羊草。挑选植株长度在 ，片叶子的羊草立枯体，以保证材料质量的均匀度，切碎成 左右的小段备用。枯落物分解袋使用两种规格尼龙网制成，分别为 （完全隔离 菌丝和植物根系）和（仅隔离植物根系允许 菌丝通过）。分解袋长 、直径 （见图），袋内装原位土 和羊草立枯物，每种孔径各小区均有个重复，混合均匀后回填，填埋时间为每年月号，每年 月号取样。枯落物分解袋取出后，将袋内的剩余枯落物小心取出，经清洗后烘干称重。袋内的土壤用于测定土壤酶活和 菌丝密度。图凋落物分解袋示意图 菌丝密度测定方法菌丝密度的测定使用真空泵微孔抽滤法。取 风干土壤于烧杯中，加入去离子水和搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌 以使菌丝充分脱落，从而形成土壤悬浊液；将此悬浊液静置至无明显漩涡后过双层筛，上筛为 目，下筛为 目，过滤土壤悬浊液；再向烧杯中加水后重复过滤一次，保证烧杯中所有土壤全部转移至筛中；上筛中的杂质丢弃，下筛中的土用约 水冲洗至搅拌机中，搅拌，停止，再搅拌；搅拌后的悬浊液全部转移至 三角瓶中，用去离子水定容至 ，置于 摇床中剧烈摇晃后，静置 ；使用移液器在同一液面下 处吸取 悬浊液，转移至放有 滤膜的抽滤装置的过滤杯中，进行真空抽滤；抽滤后将滤膜转移至载玻片，滴数滴 曲利苯蓝溶液染色，盖上盖玻片后静置；重复“剧烈摇晃”和“抽滤”次，即每个土壤样品制片滤膜。使用“”倍数下用显微镜（，）观察并计数。使用网格交叉法估算菌丝长度，随机观察圆形滤膜上 个视野，每个视野的交叉点数为一根菌丝与十字交叉格横竖方向上的全部点数。菌丝密度计算公式：菌丝长度（）总交叉点数网格单元格长度滤膜上样块面积网格面积菌丝密度（）菌丝长度所称土的质量 土壤酶活性测定方法试剂配制：（）醋酸钠缓冲液：配制 的醋酸盐溶液（将 三水合乙酸钠溶解在 去离子水中），再使用 的盐酸将缓冲液调节 至 后保存在 冰箱，需在天内使用完毕。（）甲基伞型酮（）及酶底物（表）：配制 的底物和 ，提前一天配制，放置在冰箱保存，天内使用完毕。测量方法：（）称取 鲜土于 锥形瓶中，加入 的醋酸钠缓冲液，使用磁力搅拌器（搅拌子长度为 ）使土壤成均一悬浊液，后置于往复式摇床中震荡（）；（）用八通道移液器吸取 醋酸钠缓冲液于黑色 微孔板上，分别是空白对照，标准荧光，底物对照，依次加入 缓冲液、和 的底物；（）用八通道移液器吸取 土壤悬浊液于黑色 微孔板上，每一个土壤样品设置个重复，并设置样品对照和标准对照；吸取 的 的底物，加到 孔板对应的样品池里，样品对 照 加 缓 冲 液，标 准 对 照 加 的。（）点样结束后，立即 暗光培养，培养结束后添加 的氢氧化钠溶液终止反应；（）使用多功能酶标仪（，）在 激发光，透射光下测定荧光值（，），土壤酶活性计算过程如下：第期赵心雨等：模拟放牧采食对典型草原土壤中真菌分解枯落物的影响酶活性净荧光值缓冲液体积（）激发系数吸取悬浊液体积（）反应时间（）土壤重量（）净荧光值（样品荧光样品对照）（）猝灭系数底物对照激发系数标准荧光 猝灭系数标准对照样品对照标准荧光表土壤酶种类及其缩写和酶作用底物 ，土壤酶 缩写 酶底物 葡糖苷酶 甲基伞型酮吡喃葡萄糖苷 纤维素二糖水解酶 甲基伞型酮吡喃木糖 多酚氧化酶 ，左旋多巴胺 数据统计与分析采用 （，）对各指标进行三因素方差分析（）。结果显示刈割对各指标的影响均不显著，故将刈割处理合并为重复（附表），再使用双因素方差分析（）进行检验，多重比较方法使用 检验。使用一元线性回归分析（）菌丝密度与枯落物分解率的相关性。结果与分析 枯落物分解率和菌丝密度两年间，植物功能对枯落物分解率有显著影响，且变化趋势相似（图，：；：）。杂类草和 显著高于禾草处理，禾草处理最低。两年中，均促进了枯落物的分解（图，）。图 年（）和 年（）植物功能群处理（）和 处理（）对枯落物分解率的影响 （）（）（）（）注：不同字母表示植物功能处理中差异显著。表示在植物功能群处理内差异显著。；：；两年间，植物功能群对 菌丝密度有显著影响，但趋势并不一致（图，：；：）。年，杂类草和 较高，和 禾草处理较低；年，杂类草显著高于 和 禾草处理。年，菌丝密度在各功能群中均呈显著差异，说明尼龙网在所有处理中都显著阻隔了菌丝的生长（图，）。土壤酶活性两年间，葡糖苷酶在不同植物功能群中呈显著差异（图，：）。年，杂类草和 处理较高，和 禾草处理较低；年，禾草显著低于其余三种处理。年，仅对禾草中葡糖苷酶活性有显著影响（图，）。年中，纤维素二糖水解酶在不同植物功能群间呈显著差异，杂类草高于禾草和 处理，禾草处理呈最低值（图，）。两年间，多酚氧化酶在不同植物功能群中呈显著差异（图，：；：）。草地学报第 卷年，杂类草和 处理较高，显著高于和禾草处理；年，多酚氧化酶活性在杂类草和 处理中最高，禾草较低，最低为禾草处理。年，显著提高除禾草外其余处理中的多酚氧化酶活性（图，）；年，显著提升了所有处理的多酚氧化酶活性（图，）。图 年（）和 年（）植物功能群处理（）和 处理（）对 菌丝密度（）的影响 （）（）（）（）（）注：不同字母表示植物功能处理中差异显著。表示在植物功能群处理内差异显著。；：；图 年（）和 年（）植物功能群处理（）和 处理（）对土壤酶活的影响 （）（）（）（）注：不同字母表示植物功能处理中差异显著。表示在植物功能群处理内差异显著。；：；第期赵心雨等：模拟放牧采食对典型草原土壤中真菌分解枯落物的影响 菌丝密度与枯落物分解率的关系两年间，菌丝密度与枯落物分解率间均有显著的线性正相关关系（图，年：；年：）。图 年（）和 年（）枯落物分解率与 菌丝密度之间的关系 （）（）注：虚线表示 的置信区间 ：讨论本试验使用网袋法，通过适宜孔径的尼龙网可以成功隔离 菌丝，显著降低了 网袋内的 菌丝密度，通过比较枯落物分解率、土壤水解酶活性和氧化酶活性，在天然草地探究了植物功能群和刈割对 参与枯落物分解的影响，明确促进枯落物分解的可能原因。试验结果发现，和 两年中根外菌丝的生长均会加速枯落物的的分解，且不同功能群处理之间的差异显著，杂类草处理中的枯落物分解率