外來植物紫莖澤蘭入侵的土壤微生物學(xué)機(jī)制.pdf

1、入侵植物與入侵地土壤微生物的互作關(guān)系是外來入侵植物與入侵地生境互作關(guān)系的重要內(nèi)容,土壤微生物是影響外來植物入侵力和生態(tài)系統(tǒng)可入侵性的一個(gè)重要因素.外來植物入侵可以引起土壤微生物群落及土壤生態(tài)過程發(fā)生改變,反過來這種改變可能有利于外來植物的生長(zhǎng)及與當(dāng)?shù)刂参锏母?jìng)爭(zhēng),這是外來植物入侵的一種新機(jī)制一土壤微生物學(xué)機(jī)制.因此,外來入侵植物對(duì)入侵地土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生物群落的影響不僅是入侵效應(yīng)問題,更與外來植物的入侵機(jī)制聯(lián)系緊密.紫莖澤蘭(Ager

2、atina adenophoro (Sprengel)R.King & H.Robinson(Synonym:Eupatoriumadenophorum))是一種典型的惡性入侵雜草,已對(duì)許多國(guó)家和地區(qū)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)損失.在綜述國(guó)內(nèi)外外來植物的入侵機(jī)理和紫莖澤蘭種群擴(kuò)張研究的基礎(chǔ)上,本研究從紫莖澤蘭與土壤微生物的互作關(guān)系出發(fā),通過野外取樣和溫室盆栽實(shí)驗(yàn),分別從紫莖澤蘭入侵對(duì)土壤生態(tài)的影響、紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的篩選鑒定及拮抗

3、性能評(píng)價(jià)、紫莖澤蘭浸提液對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響和入侵地土壤微生物群落對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)、與當(dāng)?shù)刂参锔?jìng)爭(zhēng)的影響等方面研究了紫莖澤蘭入侵的土壤微生物學(xué)機(jī)制.主要結(jié)果如下: 1.紫莖澤蘭入侵對(duì)土壤生態(tài)的影響通過對(duì)紫莖澤蘭入侵后不同演替階段中(重度入侵區(qū)、輕度入侵區(qū)、未入侵區(qū)和當(dāng)?shù)刂参锷L(zhǎng)區(qū))的土壤微生物群落和土壤理化性質(zhì)的比較,發(fā)現(xiàn)紫莖澤蘭入侵顯著改變了入侵地的土壤微生物群落結(jié)構(gòu),在重度入侵區(qū)土壤真菌、自生固氮菌、氨氧化細(xì)菌數(shù)量均較

4、高,分別是輕度入侵區(qū)對(duì)應(yīng)菌數(shù)量的2.2倍、3.6倍和1.4倍,是未入侵區(qū)對(duì)應(yīng)菌數(shù)量的5.8倍、8.8倍和3.3倍,是當(dāng)?shù)刂参飬^(qū)對(duì)應(yīng)菌數(shù)量的1.7倍、2.6倍和1.9倍.同時(shí)提高了土壤中植物可直接吸收的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)碳含量,其中土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量分別為32.5 mg.kg<'-1>和39.3mg.kg<'-1>,分別是未入侵區(qū)對(duì)應(yīng)含量的3.6倍和2.1倍,是當(dāng)?shù)刂参飬^(qū)對(duì)應(yīng)含量的2.3倍和1.4倍.土壤微生物各生

5、理功能類群的變化與土壤理化性質(zhì)的變化相關(guān)顯著,土壤微生物群落的變化可能導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分水平的升高.結(jié)果表明隨著紫莖澤蘭的不斷入侵?jǐn)U張,顯著改變了土壤微生物群落和土壤養(yǎng)分;重度入侵區(qū)叢枝菌根真菌和真菌/細(xì)菌比率顯著高于其它區(qū),這可能與紫莖澤蘭形成菌根真菌共生體有關(guān). 2.紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的篩選鑒定及拮抗性能評(píng)價(jià)通過分離、篩選、鑒定紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌及其拈抗性能測(cè)定發(fā)現(xiàn)紫莖澤蘭根際土壤中存著豐富的芽孢桿菌和假單胞菌

6、,其中枯草芽孢桿菌和巨大芽孢桿菌數(shù)量最多,共占鑒定細(xì)菌總數(shù)的55.6﹪;這些優(yōu)勢(shì)細(xì)菌類群對(duì)番茄枯萎病菌和青枯病菌有不同程度的拮抗作用,以枯草芽孢桿菌BS-5和蘇云金芽孢桿BT-1對(duì)番茄枯萎病菌的拮抗效果最為明顯,其代謝產(chǎn)物的抑菌率分別為85.5﹪和83.8﹪;優(yōu)勢(shì)細(xì)菌代謝液比菌體對(duì)病原菌的拮抗作用更強(qiáng).結(jié)果表明紫莖澤蘭根際豐富的具有強(qiáng)拮抗性能的細(xì)菌類群可能是紫莖澤蘭不受土傳病害侵?jǐn)_的原因;通過這種根際有益微生物的反饋?zhàn)饔?紫莖澤蘭直接或

7、間接的在與當(dāng)?shù)刂参锔?jìng)爭(zhēng)中處于有利地位,從而有利于其排擠當(dāng)?shù)刂参? 3.紫莖澤蘭浸提液對(duì)土壤微生物群落的影響利用紫莖澤蘭根系和莖葉浸提液培育入侵地土壤微生物群落,發(fā)現(xiàn)紫莖澤蘭根系浸提液和莖葉浸捉液分別處理輕度入侵土壤2周和3周后,土壤微生物群落發(fā)生顯著變化,且隨著浸提液濃度的增大微生物群落結(jié)構(gòu)向重度入侵靠攏,但莖葉浸提液的作用效果小于根系.試驗(yàn)同時(shí)測(cè)定了紫莖澤蘭根系和莖葉浸提液對(duì)已分離鑒定的8株紫莖澤蘭根際優(yōu)勢(shì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響,發(fā)

8、現(xiàn)根系和I莖葉浸提液都顯著地促進(jìn)了細(xì)菌的生長(zhǎng),且隨著浸提液濃度的增大促進(jìn)作用增強(qiáng).結(jié)果表明紫莖澤蘭可以通過莖葉淋溶物和根系分泌物改變土壤微生物的群落結(jié)構(gòu),它們問可能存在營(yíng)養(yǎng)關(guān)系或化學(xué)通信聯(lián)系. 4.入侵地土壤微生物群落對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)、競(jìng)爭(zhēng)的影響溫室盆栽試驗(yàn)測(cè)定了被紫莖澤蘭改變了的土壤微生物群落對(duì)紫莖澤蘭生長(zhǎng)、與當(dāng)?shù)刂参锔?jìng)爭(zhēng)的影響,發(fā)現(xiàn)被紫莖澤蘭入侵改變了的土壤微生物群落抑制了當(dāng)?shù)刂参锏纳L(zhǎng),卻增強(qiáng)了紫莖澤蘭的競(jìng)爭(zhēng)能力.重度入侵地

9、土壤微生物群落對(duì)當(dāng)?shù)刂参锷L(zhǎng)的抑制強(qiáng)度極顯著地高于紫莖澤蘭,滅菌處理使黑麥草生物量提高了23﹪,佩蘭提高了93﹪,紫花苜蓿提高了73﹪,而紫莖澤蘭僅提高了11﹪.與此相反,空白地土壤微生物對(duì)紫莖澤蘭的抑制強(qiáng)度則顯著地高于當(dāng)?shù)刂参?當(dāng)?shù)刂参飬^(qū)土壤微生物群落抑制了3種當(dāng)?shù)刂参锏纳L(zhǎng),卻促進(jìn)了紫莖澤蘭的生長(zhǎng).四種不同來源的土壤微生物群落都提高了紫莖澤蘭相對(duì)優(yōu)勢(shì)度,重度入侵地土壤微生物群落提高紫莖澤蘭相對(duì)優(yōu)勢(shì)度最為顯著,比未入侵區(qū)土壤微生物群落

10、對(duì)紫莖澤蘭相對(duì)優(yōu)勢(shì)度的影響平均高出24﹪.結(jié)果表明紫莖澤蘭入侵改變了的土壤微生物群落促進(jìn)了紫莖澤蘭生長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng). 5.總結(jié)紫莖澤蘭入侵改變了土壤微生物群落,提高土壤自生固氮菌、氨氧化細(xì)菌和真菌數(shù)量,也提高了土壤的有效磷、速效鉀、硝態(tài)氮、氨態(tài)氮含量;同時(shí)其根際存在豐富的具有拮抗性能的細(xì)菌類群,可能是紫莖澤蘭不受土傳病害侵?jǐn)_的原因:其根系和莖葉浸提液可以改變土壤微生物群落,促進(jìn)根際細(xì)菌的生長(zhǎng);通過這些途徑,紫莖澤蘭獲得了土壤微生物的