高寒条件下根际环境对极小种群大理白前竞争能力的影响

摘要

大理白前(Cynanchum forrestii Schltr)是中国无危极小种群野生植物,研究高寒环境下大理白前-根际土壤系统的化学计量特征及其元素吸收,有助于解析极小种群的生存策略及其对环境的适应能力。以川西九龙县高寒草甸中的大理白前为对象,研究了其种群特征、光合色素特性、植物体和土壤的化学元素、根际土/非根际土的养分和细菌多样性。结果表明:与非根际土相比,根际土P、C/P和N/P较高而C/N较低,有机质(SOM)、全磷(TP)、全氮(TN)、速效氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)增加;大理白前根际土P与茎的N、C/P、N/P呈正相关,而与P、C/N呈负相关。高通量测序表明,根际土/非根际土的优势细菌包括6个类群。根际土的变形菌门、芽单胞菌门相对丰度较高,而酸杆菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门的相对丰度较低,拟杆菌门相对丰度降低了45.53%,变形菌门相对丰度增加了32.89%。RDA分析结果显示,变形菌门相对丰度与土壤C、N、P呈正相关。在高寒草甸中,大理白前株丛呈均匀分布,平均株高(27 cm)高于群落其他植物的平均水平,地上生物量占比高达41.24%,种群密度和生态位宽度较大;随着株高增加,叶面积增大,光合色素含量和Chla/Chlb先增加后下降,但比叶质量变化不大;根茎叶对土壤元素均具有富集作用,其中对Ca、Mn、Na、K、P富集能力和对P、Ca、K转移能力较强。叶的C/N、C/P和N/P高于根、茎,各器官的N/P均小于14,表明养分主要分配到根、茎且受N限制。上述结果表明,大理白前富集有益的土壤微生物以改善根际土壤养分状况,提高植物体对Ca、Mn、Na、K、P等元素的吸收和转移能力,增强抗冻和抗辐射能力,并借助株高和叶面积的优势,弥补了光合色素含量较低的缺陷,从而提高了大理白前在高寒环境中的种间竞争能力和适合度,但却加剧种内竞争,导致其株丛呈均匀分布。推测种内竞争激烈是大理白前局限分布的原因之一。