Ann. For. Sci. 65 (2008) 304
DOI: 10.1051/forest:2008007

The role of ectomycorrhizal fungi in alleviating pine decline in semiarid sandy soil of northern China: an experimental approach

Jiao-jun Zhu¹, Feng-qin Li¹, Mei-ling Xu^{1, 2}, Hong-zhang Kang^{1, 3, 4} and Xiang-yun Wu<sup>5

1</sup>  Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
²  Linyi Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau, Linyi 276000, China
³  Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
⁴  Current institution: College of Agriculture & Biology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China
⁵  University of Engineering & Technology, Liaoning Province, Fuxin 123000, China

(Received 8 April 2007; revised version 19 September 2007; accepted 12 November 2007; published online 17 April 2008)

Abstract - The decline of Mongolian pine (Pinus sylvestris var. mongolica) trees on sandy land in northern China has caused serious ecological concerns. Mongolian pine is an ectomycorrhizal fungus (ECM)-dependent species. Three ECM species (Boletus sp., Lactarius deliciosus and L.sp.) were collected from Mongolian pine plantation stands to test their beneficial effects on Mongolian pine seedlings and their responses to environmental factors such as pH, drought stress and temperature. The results indicated that ECM inoculation significantly increased the rate of ECM colonization and the length of seedling shoots. The three ECM could grow in a pH range from 4 to 7, but did not grow under heavy drought stress (-1.53 MPa). High temperatures (over 37 °C) caused death of ECM. When related to soil pH, soil water content and temperature in the Mongolian pine plantations, water conditions and temperature were unfavorable for ECM growth in surface soil, but suitable in deeper soil. Therefore, it was concluded that the failure of natural regeneration in Mongolian pine plantations might be influenced by the lack of ECM in the surface soil because of high temperatures causing ECM death. Moreover, the majority of the root area is distributed in deeper soil, which alleviates the stresses on ECM development and arrests pine decline; this is beneficial for tree growth.

Résumé - Le rôle des champignons ectomycorrhiziens dans la réduction du dépérissement du pin sur sols sableux semi-arides du nord de la Chine : une approche expérimentale. Le dépérissement du Pin de Mongolie (Pinus sylvestris var. mongolica) sur les terres sableuses du nord de la Chine a causé de graves inquiétudes écologiques. Le Pin de Mongolie est une espèce dépendante de champignons ectomycorrhiziens (ECM). Trois espèces de champignons ectomycorrhiziens ont été récoltés (Boletus sp., Lactaria delicious et L. sp.) dans des plantations de Pin de Mongolie pour tester leur effet bénéfique sur des semis de Pin de Mongolie et leur réponse aux facteurs environnementaux tels que pH, stress hydrique et température. Les résultats indiquent que l'inoculation d' ECM accroît significativement le taux de colonisation d' ECM et la longueur des pousses des semis. Les trois ECM peuvent croître avec une gamme de pH allant de 4 à 7, mais ne peuvent pas se développer sous un stress hydrique important (-1,53 MPa). Des températures élevées (au dessus de 37 °C) causent la mort de ECM. Relativement au pH du sol, la teneur en eau du sol et la température dans les plantations de Pin de Mongolie, les conditions hydriques et la température étaient défavorables pour la croissance d' ECM à la surface du sol, mais étaient appropriées dans un sol plus profond. Par conséquent, il a été conclu que l'échec de la régénération naturelle dans les plantations de Pin de Mongolie aurait pu être influencé par un manque d' ECM en surface du sol car les températures élevées causent la mort des ECM. En outre, la majorité de la surface racinaire est répartie dans la profondeur du sol, ce qui réduit les contraintes au développement des ECM et arrête le dépérissement des pins, et est favorable à la croissance de l'arbre.

Key words: Pinus sylvestris var. mongolica / decline / extreme temperature / drought stress / ectomycorrhizal fungi (ECM)

Mots clés : Pinus sylvestris var. mongolica / dépérissement / température extrême / stress hydrique / champignon ectomycorrhizien (ECM)

Corresponding author: jiaojunzhu@iae.ac.cn zrms29@yahoo.com

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