外來植物紫莖澤蘭入侵的土壤微生物學機制.pdf

1、入侵植物與入侵地土壤微生物的互作關系是外來入侵植物與入侵地生境互作關系的重要內容,土壤微生物是影響外來植物入侵力和生態(tài)系統可入侵性的一個重要因素.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及與當地植物的競爭,這是外來植物入侵的一種新機制一土壤微生物學機制.因此,外來入侵植物對入侵地土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤微生物群落的影響不僅是入侵效應問題,更與外來植物的入侵機制聯系緊密.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,已對許多國家和地區(qū)造成了嚴重的經濟和生態(tài)損失.在綜述國內外外來植物的入侵機理和紫莖澤蘭種群擴張研究的基礎上,本研究從紫莖澤蘭與土壤微生物的互作關系出發(fā),通過野外取樣和溫室盆栽實驗,分別從紫莖澤蘭入侵對土壤生態(tài)的影響、紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢細菌的篩選鑒定及拮抗

3、性能評價、紫莖澤蘭浸提液對土壤微生物群落結構的影響和入侵地土壤微生物群落對紫莖澤蘭生長、與當地植物競爭的影響等方面研究了紫莖澤蘭入侵的土壤微生物學機制.主要結果如下: 1.紫莖澤蘭入侵對土壤生態(tài)的影響通過對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)和當地植物生長區(qū))的土壤微生物群落和土壤理化性質的比較,發(fā)現紫莖澤蘭入侵顯著改變了入侵地的土壤微生物群落結構,在重度入侵區(qū)土壤真菌、自生固氮菌、氨氧化細菌數量均較

4、高,分別是輕度入侵區(qū)對應菌數量的2.2倍、3.6倍和1.4倍,是未入侵區(qū)對應菌數量的5.8倍、8.8倍和3.3倍,是當地植物區(qū)對應菌數量的1.7倍、2.6倍和1.9倍.同時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)對應含量的3.6倍和2.1倍,是當地植物區(qū)對應含量的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的變化相關顯著,土壤微生物群落的變化可能導致了土壤養(yǎng)分水平的升高.結果表明隨著紫莖澤蘭的不斷入侵擴張,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. 2.紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢細菌的篩選鑒定及拮抗性能評價通過分離、篩選、鑒定紫莖澤蘭根際土壤中優(yōu)勢細菌及其拈抗性能測定發(fā)現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量最多,共占鑒定細菌總數的55.6﹪;這些優(yōu)勢細菌類群對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對番茄枯萎病菌的拮抗效果最為明顯,其代謝產物的抑菌率分別為85.5﹪和83.8﹪;優(yōu)勢細菌代謝液比菌體對病原菌的拮抗作用更強.結果表明紫莖澤蘭根際豐富的具有強拮抗性能的細菌類群可能是紫莖澤蘭不受土傳病害侵擾的原因;通過這種根際有益微生物的反饋作用,紫莖澤蘭直接或

7、間接的在與當地植物競爭中處于有利地位,從而有利于其排擠當地植物. 3.紫莖澤蘭浸提液對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構向重度入侵靠攏,但莖葉浸提液的作用效果小于根系.試驗同時測定了紫莖澤蘭根系和莖葉浸提液對已分離鑒定的8株紫莖澤蘭根際優(yōu)勢細菌生長的影響,發(fā)

8、現根系和I莖葉浸提液都顯著地促進了細菌的生長,且隨著浸提液濃度的增大促進作用增強.結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構,它們問可能存在營養(yǎng)關系或化學通信聯系. 4.入侵地土壤微生物群落對紫莖澤蘭生長、競爭的影響溫室盆栽試驗測定了被紫莖澤蘭改變了的土壤微生物群落對紫莖澤蘭生長、與當地植物競爭的影響,發(fā)現被紫莖澤蘭入侵改變了的土壤微生物群落抑制了當地植物的生長,卻增強了紫莖澤蘭的競爭能力.重度入侵地

9、土壤微生物群落對當地植物生長的抑制強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紫莖澤蘭的抑制強度則顯著地高于當地植物.當地植物區(qū)土壤微生物群落抑制了3種當地植物的生長,卻促進了紫莖澤蘭的生長.四種不同來源的土壤微生物群落都提高了紫莖澤蘭相對優(yōu)勢度,重度入侵地土壤微生物群落提高紫莖澤蘭相對優(yōu)勢度最為顯著,比未入侵區(qū)土壤微生物群落

10、對紫莖澤蘭相對優(yōu)勢度的影響平均高出24﹪.結果表明紫莖澤蘭入侵改變了的土壤微生物群落促進了紫莖澤蘭生長和競爭. 5.總結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、氨氧化細菌和真菌數量,也提高了土壤的有效磷、速效鉀、硝態(tài)氮、氨態(tài)氮含量;同時其根際存在豐富的具有拮抗性能的細菌類群,可能是紫莖澤蘭不受土傳病害侵擾的原因:其根系和莖葉浸提液可以改變土壤微生物群落,促進根際細菌的生長;通過這些途徑,紫莖澤蘭獲得了土壤微生物的