①课题来源于广东省科学技术厅;课题背景:桉树 (Eucalyptus)是桃金娘科 (Myrtaceae)桉属 (Eucalyptus)、伞房属 (Corymbia)和杯果木属(Angophora)树种的统称,遗传资源非常丰富是世界三大速生树种之一。自1890年引入中国,桉树人工林面积不断扩大。目前,我国桉树人工林总面积达546万ha,提供全国25%木材产量,为国民经济的发展做出了突出的贡献。但是,随着连栽代数的增加,桉树人工林出现生产力下降、存活性降低及病虫害频发等诸多问题,使人工林经济效益及其可持续发展受到严重影响。因此,人工林生产力维持技术及对人工林地力衰退问题的研究一直是林学领域研究的热点问题。
②研究目的与意义:本研究选取不同代次连栽桉树人工林作为研究对象,从不同代林分土壤质量入手,比较由于连栽导致的林内土壤质量的变化特征;继而从不同代人工林土壤浸提物入手,通过对土壤浸提物的分离、验证,结合土壤理化性质、酶活性及微生物群落变化特征,综合阐述随代次增加,土壤质量演变规律。同时,筛选出可能引起苗木退化或林地土壤微生物群落发生变化的化感物质,理清随代次增加,土壤化感物质含量变化规律同土壤质量变化特征的关系,为进一步提升桉树木材产量提供理论依据和数据支持。
③主要论点于论据:多代连栽模式引起桉树人工林土壤功能多样性、真菌群落多样性及丰富度的显著下降。与第Ⅰ、Ⅱ代人工林相比,第Ⅲ、Ⅳ代人工林具有较低的微生物网络复杂性、稳健性。多代连栽模式显著增加了酸杆菌门、粘球菌目、革菌目相对丰度,而显著降低了土壤子囊菌门、糙孢孔目、弗兰克氏菌目和纤线菌目等优势菌群的相对丰度,进而引起微生物功能的显著差异。同时,不同代次间根际土壤中相对丰度存在差异显著的代谢产物有18种,非根际土壤有16种。棕榈酸的绝对含量在第Ⅲ、Ⅳ代人工林根际土壤和非根际土壤中均显著高于第Ⅰ、Ⅱ代人工林。盆栽试验证实,低浓度棕榈酸(6-12 mg/kg soil)显著提高了土壤氮、磷、钾循环相关酶活和细菌数量,而高浓度棕榈酸(24-60 mg/kg soil)则表现为相反趋势,并显著增加真菌与细菌数量比,这表明棕榈酸可能是引起桉树人工林土壤质量下降的自毒物质之一。
④创见与创新:本研究在测定比较多代连栽(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代)桉树人工林土壤传统指标(土壤理化性质、酶活性、微生物生物量)的同时,对各代桉树人工林土壤细菌v4-v5 16S rRNA和真菌内部转录间隔(ITS)基因区域进行高通量测序,全面科学的反映多代连栽对桉树人工林土壤质量产生的影响。同时,以往对于林业连栽障碍的研究多集中于化感物质对苗木生理指标的直接影响,而忽略了化感物质通过对土壤质量产生的短期或者长期累积效应,进而使人工林产生连栽障碍的过程。因此,本研究通过高通量代谢组分析,探讨了桉树多代连栽体系表层土壤及根系土壤中代谢物差异,筛选出棕榈酸可能是引起连栽障碍的特异性化感物质之一,并通过盆栽试验验证了其对土壤生化性质的调节作用。
⑤社会经济效益:通过本项目的实施我们明晰了传统多代连栽经营模式对土壤养分状况及微生物群落结构存在的负面影响,探明了多代连栽模式下林地土壤及根际土壤代谢产物的浓度变化规律,理清了土壤化感物质含量变化规律同土壤质量变化特征的关系,结合各方面因素对最佳连栽代次的选择提出建设性的意见和建议。因此,对该成果的转化、应用和推广,可为桉树经营者制定科学的经营管理方案提供理论依据和科学指导,以提升桉树人工林生产力,进而增加经济收入。存在问题:随着微生物测序成本的降低,下一步研究应该将扩增子测序与宏基因组测序相结合,进而更加准确且全面的反映不同人工林经营措施下土壤微生物群落结构及功能变化。桉树人工林连栽系统下,土壤中检测到的差异性代谢产物众多。但由于条件限制,任有大量未被检测到或者未被定量的代谢产物存在于土壤环境中,影响着植物及土壤微生物的生长。因此,对人工林连栽系统下特异性代谢物的鉴定及其功能探索研究仍任重道远。
⑥历年获奖情况:依托该项目研究内容,荣获广西科学技术进步奖二等奖一项。 |