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土壤微生物在植物群落构建、植物入侵等生态过程中发挥着重要作用,植物-土壤微生物的相互作用已逐渐成为入侵生物学研究的热点问题。

然而,土壤微生物是否促进外来植物入侵、植物入侵如何影响土壤微生物等问题目前尚存在争论。

其原因有:现有多数研究是基于少数物种的研究,且多数研究注重于考察植物生长阶段对土壤微生物的作用,忽视了植物凋落物降解过程对土壤微生物的影响。

土壤微生物的重要性

土壤微生物作为土壤生物群落结构的重要组成部分,不仅在植物群落组成、生态系统稳定等过程中发挥着重要作用以,而且在宿主植物获取营养物质、提高防御能力、增加抗旱性等方面也产生了重要影响。

土壤微生物类群繁多,且不同类群对植物生长和生态系统功能具有不同的调控作用。在微生物的众多类群中,真菌群落发挥着极为重要的作用。

土壤真菌群落驱动着生物地球化学循环等许多重要的生态系统功能:

(1)真菌介导着壤中氮的动态变化。

例如在氮富集的土壤环境中,菌根真菌可以降低植物对氮富集的生长响应。但如果出现其他资源(如磷)抑制植物生长,则菌根真菌可增加植物对氮营养的摄取,以促进植物生长。

(2)真菌在碳含量变化过程中发挥着重要作用,尤其是外生菌根真菌(Ectomycorrhizalfungi)和丛枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizalfungi)。

当壤中缺乏有机碳时,外生菌根真菌通过增加有机氮的获取,降低分解者呼吸速率,从而增加土壤碳储量。丛枝菌根真菌则通过加速土壤中的碳循环,稳定土壤中碳含量。

(3)真菌可与植物根际形成共生关系,进而在塑造植物生产力、群落动态方面发挥着关键作用!由于某些特定真菌可定植于植物根系。

因此自植物在陆地环境中存活以来,就与微生物之间形成共生组织。

该共生组织可提高植物的抗旱能力、促进植物养分的吸收、减少病原菌危害、协助宿主植物在生长发育过程中应对生物和非生物因素的胁迫及气候变化。

有鉴于此探明植物根际真菌群落的多样性和组成,被认为是陆地生态学研究的一个重要目标。

植物生长阶段对土壤微生物的影响

植物在生长过程中对土壤微生物群落产生重要影响。

如逐渐发达的根系为微生物提供良好的生存环境,且植物生长过程中产生的根际次级代谢物,可改变土壤理化性质,从而间接影响微生物群落,因此由植物生长导致的土壤微环境的改变,均对土壤微生物群落产生重要影响。

探讨植物生长阶段如何影响微生物群落,其必不可少的因素便是植物功能性状。近年来随着对植物功能性状的进一步研究,人们开始探究植物功能性状与微生物群落之间的相关性。

植物功能性状指植物个体水平上,易于测量的形态、结构、生理、生化和物候等特征。植物性状是长期进化过程中,植物适应不同环境的结果。

功能性状可能直接或间接影响植物的整体适应性和相应的生态系统特性,同时也是植物体资源获取、产物分配及应对变化气候的直观体现。

有研究根据植物功能性状可测量的难易程度,对其进行了区分,主要分为软性状(Softtraits)和硬性状(Hardtraits),“软性状”指植物容易测量、便于描述的特性。

如叶片形态性状、生长型等。“硬性状”指是那些直接影响植物功能,但在实验时间内难以测量或耗时的性状。

两者相比,软形状应用较为广泛。

软性状通常作为生态系统的预测因子,如比叶面积(SLA)通常是入侵物种相对生长速率(RGR)的一个强有力的预测因子。

凋落物分解与土壤微生物的相关性

凋落物分解是陆地生态系统中碳循环的关键,是生态系统生物地球化学循环的核心组成部分,也是地上、地下生物群落与生态系统之间的重要联系,影响着生态系统初级生产力。

不同物种的凋落物其分解速率往往存在差异性,将其称之为物种特异性分解。

分解速率控制着养分循环和能量流动,从而调节大气碳排放、土壤有机质组成等。影响凋落物降解速率的因素很多,凋落物组成、凋落物化学特性、土壤动物、气候都有可能是凋落物降解过程的影响因子。

具体影响过程如下:

1.凋落物的组成:

自然状态下的凋落物一般包含植物叶片、植物茎等。先前有关研究指出,植物叶片含量较高的凋落物,其降解速率更快。

如入侵植物落物的降解速率要高于本土植物,是由于入侵植物的调落物,往往植物叶片含量更高。

2.凋落物化学特性:

含有较高化学成分的凋落物(如叶片氮含量),其降解速率高于其他物种。同样,也有研究表明,具有较高营养浓度的入侵植物,其降解速率高于本土植物。

3.壤动物:

壤动物在调节凋落物分解、养分转化和初级生产中起着至关重要的作用。土壤动物通过直接粉碎降解材料,提高降解速率。

4.气候条件:

气候是预测大规模分解模式的重要因素。一些研究探讨了气候的差异如何影响分解过程。以东欧针叶林为例,温度和湿度的增加都会增加凋落物分解速率。

早在年,科学家Elton提出生物入侵的概念:

指非本物种经过人为或者其它方式进入新的生境,对当地物种、生态环境造成严重威胁的一种现象。

如今生物入侵不只是一个地区、一个国家的问题,它已经遍布全球,成为全球性生态学问题之一。在众多入侵生物中,入侵植物逐渐成为生态学领域研究的热点问题。

尤其近年来随着我国经济的飞速发展,国际贸易活动不断增加,各国、各地区之间的合作更加频繁,人类活动的增加导致植物入侵问题愈演愈烈。

据统计,目前我国入侵植物多达94科,属,其中以豆科(Fabaceae)、禾本科(Poaceae)菊科(Asteraceae)居多。

且种世界恶性入侵物种名录中,我国已占据27种其中分布最为广泛且危害较为严重的有:喜早莲子草(Alternantheraphiloxeroides)紫茎泽兰(AgeratinaAdenophora)等。



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