MixSIAR和IsoSource模型对比分析天山北坡不同灌木的夏季水分来源

本研究旨在为量化植物水分来源选取模型时提供一定参考。结合氢氧稳定同位素技术量化植物水分来源的常用方法主要有MixSIAR模型和IsoSource模型,不同模型的量化结果各不相同,存在差异,择优选取模型对减少结果的不确定性具有重要意义。本文以天山北坡山前灌木带两种优势树种黑果栒子(Cotoneaster melanocarpus)和异果小檗(Berberis heteropoda)为研究对象,分别于2019年和2021年7—9月测定了植物木质部水和潜在环境水源的稳定氢氧同位素组成,运用MixSIAR和IsoSource模型分别量化植物水分来源,对比分析两种模型的计算结果,根据均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和参数R对模型量化结果进行评价。结果表明:(1)两种模型对植物主要潜在水源的量化结果存在差异,造成差异的原因与两种模型的计算原理不同有关。(2)两模型量化得到植物主要潜在水源一致的前提下,IsoSource模型量化的结果数值大于MixSIAR模型。(3)通过RMSE与参数R的结果均表明本研究中IsoSource模型对植物水源量化结果的准确性高于MixSIAR模型,可能与异果小檗和黑果栒子水源差异较大有关,MixSIAR模型可能在量化植物水源相似度较高的情况精确度更高。

天山林区4种主要灌木夏季水分来源差异

天山林区群落结构相对简单、木本植物种类较少,但天山林区灌木群落中主要木本植物间的水分竞争模式尚不明确,水分利用动态缺乏定量分析。运用稳定同位素技术,对天山林区灌木群落4种主要灌木的茎杆水分及各潜在水源的氢氧稳定同位素组成进行测定,运用IsoSource模型定量分析4种灌木在夏季对各潜在水源的相对利用比例,探讨天山林区灌木群落主要灌木树种水分来源差异及动态变化。结果发现:7月,当浅层土壤含水量充足时,密刺蔷薇、黑果栒子和金丝桃叶绣线菊均大幅度吸收利用浅层土壤水,相对利用比例高于89.3%,异果小檗则相反,即吸收利用各潜在水源(浅层土壤水30.7%、中层土壤水29.4%、深层土壤水25.7%、溪水14.2%,下同);8月,当浅层土壤含水量降低时,密刺蔷薇转移至60—100 cm深层土壤水和溪水,相对利用比例分别为64.8%和27%,黑果栒子和金丝桃叶绣线菊以相似比例吸收利用各潜在水源(33.8%和36.8%、30.9%和29.7%、23.5%和22.3%、11.8%和11.2%),异果小檗则表现出可能吸收利用80—100 cm以下更稳定的深层土壤水;9月,当浅层土壤含水量升高时,4种灌木均大量吸收利用浅层土壤水,相对利用比例高于72.2%。这表明,天山林区灌木群落主要树种可通过可塑性转换水分来源来应对环境水分变异,在时间和空间上有效分割灌丛水源从而减缓对水分资源的竞争压力,从而通过在水分资源利用上的生态位分化促进物种间的共存。

菌根真菌对酸铝胁迫的响应

酸性环境中活性铝浓度升高可能抑制菌根真菌生长,为探讨酸性条件下菌根真菌对活性铝的响应机制,以拟青霉(Simplicillium sp.,Si)、细长孢霉(Mortierella elongate,Me)、木霉菌(Trichoderma spp.,Tr)、瓶头霉(Phialocephala,Ph)和葡萄状穗霉(Stachybotrys chartarum,Sc)5种菌根真菌为供试材料,采用PDA液体培养基单种纯培养以pH值为5.5设定3个Al3+浓度梯度,分别为对照(0 mmol·L^-1)、低铝(0.2 mmol·L^-1)和高铝(1.0 mmol·L^-1),研究酸性条件下不同活性铝浓度对菌根真菌的生物量、有机酸分泌以及N、P、K含量等的影响。结果表明:(1)除拟青霉(Si)外,其他菌株均不同程度受活性铝浓度影响,Si生物量随活性铝浓度增加而增加,低铝时比对照增加了238%(P<0.05),而细长孢霉(Me)、木霉菌(Tr)、瓶头霉(Ph)和葡萄状穗霉(Sc)生物量均降低,其中,Ph和Sc分别比对照降低了38.1%和72.5%(P<0.05)。(2)5种菌根真菌分泌有机酸存在显著性差异,Si、Me、Tr和Sc的H+分泌量在高铝浓度时均低于对照,对Si产生显著性差异(P<0.05);仅Me分泌草酸,对照的分泌量是高铝时的1.12倍。(3)5种菌根真菌N、P、K含量随不同活性铝浓度胁迫存在显著性差异,Si和Sc的P、K含量随活性铝浓度增加而显著增加(P<0.05);Me和Ph的N含量随活性铝浓度增加而显著降低(P<0.05),Me的P、K含量分别在低铝和高铝时达到峰值,Tr和Ph的N、P、K含量在低铝时达到峰值而在高铝时受到抑制。(4)Si、Me和Tr受酸铝影响不显著,属耐酸铝型菌株,Ph和Sc属酸铝敏感型菌株。本工作可为天山雪岭云杉森林更新与幼苗存活问题研究的深入开展提供基础依据。

铝胁迫及酸度对天山雪岭云杉菌根真菌生长的影响

天山雪岭云杉(Picea schrenkiana)森林林下土壤呈酸性,酸性条件(pH<5.5)易引起土壤中活性铝浓度的增加,进而抑制菌根真菌和植物的生长.本文以从天山雪岭云杉根部分离得到的拟青霉(Simplicillium sp.,Si)、细长孢霉(Mortierella elongate,Me)、木霉菌(Trichoderma spp.,Tr)、瓶头霉(Phialocephala,Ph)和葡萄状穗霉(Stachybotrys chartarum,Sc)5种共生菌根真菌为供试材料,在p H值条件为6.5和5.5下设定6个Al^3+浓度梯度(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mmol·L^-1),另单独设置5个p H值条件(4.5、5.0、5.5、6.0、6.5),利用PDA固体培养基培养菌株,测定其生长指标,比较活性铝浓度和p H值对菌根真菌生长的影响.结果表明:(1)高铝(1.0 mmol·L^-1)处理后,仅Tr菌落直径比对照增加了11.4%,Me和Ph受活性铝影响不明显,Si和Sc菌落直径显著低于对照(P<0.05);(2)低pH值(4.5)未对Tr和Me菌落直径产生显著影响,却对Ph、Si和Sc产生抑制作用,显著低于对照(P<0.05);(3)5种菌株在高铝和低pH值条件下表现出不同的抗酸铝特性.在低pH值和高铝影响下,Tr菌落直径达到最大,Ph和Me菌落直径分别比对照增加了14.1%和2.3%,而Si和Sc分别比对照减少了5.0%和5.3%.因此,Tr、Me和Ph具有较强的抗铝能力,属耐铝型,Si和Sc具有较差的抗铝能力,属铝敏感型.Tr于酸铝胁迫下生长速度最快,菌落直径最大,应是能快速缓解铝毒的最具潜力菌株.

天山林区雪岭云杉和异果小檗夏季水分来源

天山雪岭云杉针叶林内乔灌木水分利用模式尚不明确,水分利用动态缺乏定量分析。本研究对雪岭云杉和伴生灌木异果小檗茎杆木质部水及各潜在水源的氢氧稳定同位素组成进行测定,运用IsoSource模型定量分析两树种夏季对各潜在水源的相对利用比例。结果表明:7月,土壤含水量充足时,雪岭云杉和异果小檗主要吸收利用60 cm以上土壤水,相对利用比例分别为73.8%和63.2%。8月,土壤含水量相对较低时,雪岭云杉水分来源保持稳定,对60 cm以上土壤水的相对利用比例为69.5%;异果小檗则转换至利用更深层的水源,对0~20 cm浅层土壤水的相对利用比例降至14.3%,主要吸收利用中层(20~60 cm)和深层(60~100 cm)土壤水,相对利用比例为67.7%。9月,随着0~20 cm浅层土壤含水量升高,两树种恢复对浅层土壤水的吸收利用,相对利用比例达95.0%。综上,雪岭云杉表现出典型的浅根系特征,其吸收利用的水源主要来自浅层土壤水;异果小檗则能够在0~100 cm的土壤各层吸收利用水分,同时随土壤含水量的变化灵活转换其水源,从而应对环境水分变异。