基于高通量测序分析西藏北部高寒草甸不同深度土壤线虫群落分布特征

为了研究藏北高寒草甸土壤线虫多样性,于2017年8月,采用Illumina MiSeq测序技术,研究了西藏北部高寒草甸0—25 cm范围内不同深度土层的土壤线虫群落组成与结构特征。结果表明:5个不同深度共获得OTU 990个,隶属于3个纲,7个目,25个科,30个属,刺嘴纲Enoplea为共有优势土壤线虫群落;对样品进行Alpha多样性评价,计算Chao 1指数、Shannon指数和Ace指数,发现5—10 cm的土壤样品群落有较高的丰富度;属水平Heatmap图分析可知20—25、15—20、0—5、5—10、10—15 cm土壤线虫群落的组成相似性有一个递增的趋势。与不同深度藏北高山嵩草(盛长期)线虫群落结构相关性较大的土壤化学指标是K~+、含水率、有机质和Zn~(2+)。研究发现不同深度土壤线虫种类及丰度存在一定的差异,可为研究藏北高寒草地土壤线虫群落特点提供依据。     

藏北高寒草甸植物群落对土壤线虫群落功能结构的影响

2011年5-11月,对西藏北部高寒草甸3种典型植物群落下0-30cm范围内不同深度土层的土壤线虫群落进行调查,采用浅盆法分离线虫,土壤性质指标,如pH、含水量、电导率分别采用电位法、烘干法、电导率仪法进行测定,应用营养类群组成、c-p类群结构及营养结构特征指数,以及营养类群、c-p类群与土壤性质之间的关系等特征值分析高寒环境下土壤线虫群落的功能结构特征,以了解高寒环境下植被对土壤线虫群落功能结构的影响.调查共分离得到33038条土壤线虫,隶属于2纲6目51科93属;线虫个体密度平均为847条/100g干土;表聚性明显.研究结果表明,高寒草甸不同植物群落的土壤线虫群落营养类群组成及分布特征均存在一定差异,植食性线虫和食细菌性线虫是调查区域的主要营养类群,不同植物群落间植食性线虫和杂食/捕食性线虫的相对多度差异明显.c-p类群组成结构特征结果表明:3种植物群落的土壤线虫cp2类群均为优势类群,生活策略以r-对策为主;高山嵩草植物群落土壤中的线虫食物资源在3种植物群落中最丰富;藏北嵩草群落土壤线虫数量低的可能原因是线虫食物资源的减少限制了cp1、cp2类群的增殖.PPI值表明:委陵菜群落受扰动的影响程度大于其余两种植被类型,而MI、PPI/MI值及cp5类群数量的结果则表明:委陵菜群落的稳定性较高,受到的干扰在3种植物群落中最少.F/B及NCR值均说明了3种植物群落的土壤有机质分解均主要依靠细菌分解途径.相关性分析结果表明:杂食/捕食性线虫在枯草期明显受到土壤含水量的影响;食真菌性线虫与土壤pH之间的关系密切,在盛长期则明显受到土壤电导率的影响;食细菌性线虫仅在返青期与pH有相关性.不同植物群落下土壤线虫群落功能结构特征的分异显示出线虫指示环境因子影响土壤生态系统的潜力.     

气候暖湿化对高寒草甸土壤线虫群落的短期影响

20世纪80年代后期青藏高原进入暖湿时期, 为探明青藏高原东缘气候暖湿化对高寒草甸土壤线虫群落的影响, 2020年5月作者在四川西北阿坝藏族羌族自治州红原县境内设置了对照(CK)、增水50% (P50)、增温2℃ (T2)、增水50%增温2℃ (P50+T2) 4种处理。2022年9月, 对各处理样地的线虫群落组成、密度、多样性和营养类群, 以及植物群落盖度、物种数、土壤理化性质进行调查。采用单因素方差分析和t-检验比较不同处理对土壤线虫群落的影响, 并用冗余分析和相关性分析探索线虫群落与土壤理化性质和植物群落特征之间的关系。结果表明: (1)与对照相比, P50处理中线虫群落密度和多样性增加, 但不显著; T2处理中螺旋属(Helicotylenchus)、类双胃属(Diplogsteroides)等37个属消失, 群落密度、类群数和Shannon多样性显著降低, 优势度显著增加; P50+T2处理中0-10 cm和10-20 cm土层的线虫密度分别显著增加和降低; (2) P50处理使0-10 cm土层的食真菌线虫、植物寄生线虫和捕食-杂食线虫密度增加, 食细菌线虫密度下降; T2处理使0-10 cm土层各营养类群密度均下降, 但植物寄生线虫和捕食-杂食线虫下降幅度大于食细菌线虫和食真菌线虫, 使食细菌线虫和食真菌线虫的相对密度增加; P50+T2处理使0-10 cm土层食真菌线虫密度显著提高, 10-20 cm土层食细菌线虫和植物寄生线虫密度显著降低; (3)线虫群落密度和多样性均与土壤湿度和植物盖度呈正相关, 与硝态氮呈负相关。以上研究结果表明, 不同类群线虫对水热变化的响应存在差异, 增温对高寒草甸表层土壤线虫群落密度和多样性不利, 而增水及水热同步增加有利于提高线虫群落密度。     

高寒草甸连续围封与施肥对土壤微生物群落结构的影响

以放牧为对照,应用PLFA法分析研究了放牧、连续6年围封及围封内连续6年施肥后高寒草甸土壤微生物群落结构的变化.结果表明:围封和围封内施肥对不同土层各菌群和微生物总量均有显著影响,其对0 ～ 10 cm土层微生物的影响大于10～20 cm土层,不同土层的PLFA种类发生显著变化.围封和围封内施肥处理不同土层的革兰氏阴性菌(G-)含量均低于放牧;放牧0 ～10 cm土层中细菌、真菌、革兰氏阳性菌(G+)、微生物总量大干围封和围封内施肥处理,但其放线菌生物量均低于围封和围封内施肥处理;在10～20 cm土层中,各样地土壤中的G+无显著差异,围封土壤中的细菌、真菌、放线菌、微生物总量显著高于放牧,而围封内施肥后各菌群生物量及微生物总量明显下降.围封和围封内施肥不同土层的细菌/真菌均高于放牧;一般饱和脂肪酸/单烯不饱和脂肪酸(SAT/MONO)和革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G+/G－),围封处理均低于放牧,围封内施肥处理均高于放牧.连续围封和围封内施肥后降低了土壤微生物活性和土壤生态系统的稳定性.     

公路源重金属对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落的影响

为了解重金属对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落的影响,在邦杰塘草原利用公路源重金属含量差异,采用高通量测序技术,分析重金属对高寒草甸土壤线虫群落多样性及群落组成的影响。结果表明：在重金属含量较低样本中,土壤线虫群落Shannon指数、Ace指数、Chao指数比重金属含量较高样本均要小,且整体上Shannon指数、Ace指数、Chao指数与重金属含量较高样本差异显著（P<0.05）。重金属含量升高改变了高寒草甸土壤线虫纲水平和目水平的群落结构,使近自然状况下的色矛纲（Chromadorea）、小杆目（Rhabdtida）优势土壤线虫群落转变为一类未分类线虫纲（unclassified_p_Nematoda）、一类未分类线虫目（unclassified_p_Nematoda）的优势土壤线虫群落。重金属Cu、Pb、Zn、Cd与线虫门（Nematoda）和刺嘴纲（Enoplea）正相关,但与色矛纲（Chromadorea）负相关,且对土壤线虫Chao指数的变异解释比例依次减小。研究表明土壤重金属含量对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落多样性及组成产生很大影响,但仍需对高寒草甸区域进行系统的土壤线虫调查,并丰富土壤线虫生物信息数据库。     

短期围封对河北塞罕坝草甸草原植物功能多样性的影响

本研究以河北塞罕坝的草甸草原为对象,研究3年期的短期围封对植物群落物种和功能多样性的影响。结果表明: 相比于放牧,围封显著改变了土壤化学性质和植物群落组成,优势种由车前变为地榆。围封没有改变植物群落的物种多样性。围封样地中叶片和根系的功能丰富度分别是放牧样地的16.9(1.18 vs. 0.07)和1460.2(3.57 vs. <0.01)倍,叶片性状的功能分离度和根系性状的功能均匀度相比于放牧分别降低了7.7%(0.72 vs. 0.78)和12.3% (0.57 vs. 0.65)。围封和放牧样地中,物种β-多样性主要由周转成分贡献(74.9%和62.4%),而功能β-多样性主要由嵌套成分贡献(叶片:82.6%和70.6%;根系:73.9%和79.5%)。围封样地总体的物种和功能β-多样性由土壤性质和空间因子共同驱动(物种:R²=0.53;叶片:R²=0.47;根系:R²=0.29);放牧样地总体的物种和功能β-多样性主要由空间因子驱动(物种:R²=0.31;叶片:R²=0.36;根系:R²=0.40)。综上所述,围封对物种多样性与功能多样性的影响存在差异,物种的更替并不一定导致性状的更替。因此,在评估草地修复效果时,应综合考虑物种多样性和功能多样性。探讨不同维度的群落β-多样性及其组成部分,有助于我们更深入理解群落的构建机制。     

长期围封对疏勒河源区高寒草甸地表节肢动物多样性的影响

围封会促进退化高寒草甸植被和土壤环境恢复,长期围封也会导致生物多样性及其功能下降,影响高寒草甸生态系统的稳定,但这种影响会随着季节和生境条件变化而异。为了探究不同退化程度高寒草甸地表节肢动物群落变化对围封禁牧的响应,利用陷阱法调查了疏勒河源区沼泽化草甸、草甸和草原化草甸3种不同退化梯度高寒草甸围封禁牧和自由放牧处理下地表节肢动物群落结构变化。结果表明：围封禁牧对高寒草甸地表节肢动物群落组成及多样性的影响随生境条件不同而异。禁牧降低了沼泽化草甸地表节肢动物的物种丰富度,而提高了草甸和草原化草甸地表节肢动物的物种丰富度;围封禁牧对沼泽化草甸地表节肢动物群落结构影响较小,显著降低了草甸生境地表节肢动物活动密度、提高了地表节肢动物多样性和均匀度,相反,禁牧显著提高了草原化草甸生境地表节肢动物活动密度、降低其多样性和均匀度;豹蛛属1种是高寒草甸主要的地表节肢动物类群（相对多度为67.0%）,高寒草甸土壤水分有效性等生境条件不同影响了豹蛛属1种对围封禁牧的响应模式,进而影响了地表节肢动物群落结构变化。总之,高寒草甸退化程度影响了地表节肢动物多样性对禁牧和放牧的响应模式,沼泽化草甸适度放牧有利于提高地表节肢动物多样性及其功能。     

藏北古露高寒草地生态系统对短期围封的响应

过度放牧导致高寒草地生态系统退化,围封是生态保护和恢复的管理手段。以青藏高原那曲县古露镇过牧退化高寒草地为对象,系统分析了高寒草地生态系统的植被特征及土壤理化特性、土壤酶活性、土壤微生物生物量和群落结构对围封的响应。结果表明,短期围封后,(1)植被平均高度、盖度和地上生物量均有极显著增加(P0.01),而生物多样性指数则显著降低(P0.01);(2)土壤的水溶性有机碳含量、土壤物理结构(沙土与粉土的比例)及pH有显著变化(P0.05);(3)土壤酶活性没有明显改善;(4)土壤微生物生物量(细菌、放线菌、真菌)均呈显著增加(P0.05);(5)土壤中细菌的多样性有增加的趋势,其群落组成在门水平上也发生了变化;(6)Manteltest分析显示与土壤细菌群落结构的呈正相关性的环境因子主要为土壤有机碳含量(TOC)、总氮含量(TN)、碳磷比(C/P)与氮磷比(N/P)(P0.05)。这表明围栏封育有利于藏北草地植被、土壤理化特性的恢复,还能维持土壤微生物多样性,促进高寒草地生态系统的可持续发展。     

藏北高寒草甸土壤线虫群落经度地带性

为了解土壤线虫群落在藏北高原的经度格局,选取藏北高原高寒草甸为研究区,采用高通量测序技术检测和分析土壤线虫群落多样性、结构与功能特征随经度由西向东的变化规律,同时分析可能的环境因子。结果表明,随着经度由西向东,土壤有机质及氮、磷、钾等土壤养分含量有增多趋势,同时土壤重金属含量也逐渐增多。土壤线虫多样性(sobs, chao)也有一定的增多趋势。土壤线虫群落结构在采样区域靠近藏北高原中心城市区域(67 km范围内)较为相似,距离城市较远区域(67 km以外)则差异较大。土壤食物网有机质分解以细菌途径为主,并且PPI/MI和SI(结构指数)能较好的预测土壤线虫群落受干扰的状况。这些结果很好的证明了：藏北高寒草甸由西向东的水热条件变化调控了植物群落,进而通过植物生产影响土壤有机质及养分等土壤营养资源状况,而土壤营养资源状况则深刻影响土壤线虫群落多样性。此外,土壤线虫群落结构与功能除受到土壤营养资源状况的影响外,还主要受到距离藏北高原中心城市远近的影响,即人为干扰的强弱改变着土壤线虫群落结构与功能。藏北高原作为全球平均海拔最高的地区,对环境变化及干扰十分敏感,无论是气候变化还是人为干扰,甚至相对较弱的人为干扰,均能够对土壤线虫群落结构与功能产生影响。     

新疆高寒草原围封恢复过程植物、土壤与菌根真菌群落的响应特征

围栏封育作为退化草地恢复的关键措施。当前研究多聚焦于围封年限对植被和土壤性质的影响,而对丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)群落的动态响应及影响因素探讨尚不充分。以新疆巴音布鲁克高寒草原为研究对象,设置自由放牧、短期(3年)、中期(13年)、长期(40年)围封处理,结合野外调查与实验室Illumina MiSeq高通量测序技术,探究土壤-植物系统协同演变中AMF群落的变化及其驱动因素。结果表明,随围封年限增加,植物地上生物量及盖度持续上升,植物物种丰富度在中期围封达到峰值;土壤pH显著降低(自由放牧 vs长期围封,Δ=0.30),土壤养分先增后减,且在中期围封含量最高。长期围封土壤AMF菌丝密度和孢子密度分别为自由放牧的1.25倍和3.34倍。与自由放牧相比,围封虽未显著改变AMF群落alpha多样性,但显著改变AMF群落组成;长期围封使优势属Glomus相对丰度较自由放牧显著增加了117.17%,而Diversispora相对丰度显著降低了76.48%。相关性分析表明,AMF群落多样性受植物物种丰富度和土壤养分共同影响。冗余分析进一步揭示,土壤pH是驱动AMF群落组成的关键因子。层次分割则表明,土壤化学因子(pH、硝态氮、铵态氮)与植物物种丰富度协同作用,共同解释了55.80%的AMF群落组成变异。其中,土壤铵态氮和植物物种丰富度贡献最高,其次为土壤pH和硝态氮。综上,围栏封育通过驱动植被-土壤系统协同演变调控AMF群落组成,揭示了菌根共生体系在草地恢复中的关键影响因素,为理解退化草地生态系统恢复过程提供了新的理论视角和科学依据。     

藏北高寒草地植被的碳密度与碳贮量

采用实地调查与查阅文献相结合的方法估算藏北高寒草地植被碳密度和碳贮量。结果表明:1)藏北高寒草地总面积约39.059×106 hm²,植被地上平均碳密度12.158±4.7g·m^-2,植被地下平均碳密度84.458±20.38g·m^-2,植被地上部碳贮量5.171±0.95Tg,植被地下部碳贮量25.223±2.96Tg,植被总碳贮量为30.394±3.91Tg;2)不同草地组间植被碳密度和碳贮量差异显著。其中不同草地组间植被碳密度以丛生禾草组碳密度值最低,地上和地下碳密度分别为6.13±1.51g·m^-2和26.04±5.8g·m^-2,具灌木的半灌木组碳密度最高,地上和地下碳密度分别为31±3.4 g·m^-2和244.59±6.9g·m^-2;而不同草地组间,草地植被碳贮量以小莎草组最大,植被地上和地下碳贮量分别为2.24±0.32Tg和9.52±0.89Tg,半灌木组碳贮量最小,其地上和地下碳贮量分别为0.012 4±0.002Tg和0.098 1±0.002Tg。3)藏北高寒草地分布各县(区)碳密度和碳贮量的分布也存在显著差异。从碳密度来看,革吉县、札达县、噶尔县和措勤县碳密度较高,植被平均碳密度分别相当于藏北平均植被碳密度的1.76,1.47,1.11和1.06倍,从碳贮量来看,碳贮量集中分布于双湖特别区、札达、尼玛、日土、革吉和改则6县(区),六县(区)草地植被碳贮量为25.2±2.31Tg,占藏北总植被碳量的82.89%。     

放牧强度对草甸草原生产力和多样性的影响

采用比较样地法研究了不同放牧强度对羊草草甸草原群落多样性和生产力的影响。结果表明:α多样性指数随放牧强度的增加表现为先增加后降低的趋势,其值在轻度放牧区最大,支持了\"中度干扰理论\";β多样性指数随放牧强度的增加而变大;不同放牧强度的草地植物种类相似性变差、草地地上净初级生产力与Alatalo均匀度指数具有显著的线性相关性(P0.05);放牧和气候对草地地上净初级生产力均有较大的影响,但二者的互作效应不显著(P0.05);不放牧不能持续维持草地的健康状况,但健康的草地状况可以有效地缓冲放牧和气候干扰,并能够维持较高的草地生产力和生物多样性。     

不同放牧强度对赛罕乌拉草原蜘蛛多样性的影响

蜘蛛作为草原生态系统中的主要消费者, 对维系草原生物多样性和生态系统功能具有重大意义。放牧是人类利用草原最普遍的方式, 了解放牧对蜘蛛多样性的影响具有重要生态学意义。本研究调查了内蒙古赛罕乌拉草原上5个不同放牧强度样地中的蜘蛛多样性, 通过单因素方差分析(one-way analysis of variance)比较各样地中的蜘蛛多样性, 非度量多维标度分析(non-metric multidimensional scale, NMDS)和相似性分析(analysis of similarities, ANOSIM)比较各样地间的蜘蛛物种组成相似性, 再结合相关性分析探讨了植被高度对蜘蛛多样性的影响。结果表明: 重度放牧强度样地的蜘蛛多样性显著低于其他未放牧及轻度放牧样地; 具体到常见科上, 放牧强度对织网型的园蛛物种数和个体数影响显著, 而对游猎型的狼蛛、跳蛛却不明显; 织网型蜘蛛主要受植被结构影响, 而游猎型蜘蛛更可能受潜在猎物可得性的影响。NMDS分析表明不同放牧强度下, 蜘蛛类群的物种组成呈现明显的梯度变化, 放牧强度越低, 物种组成和未放牧样地越相近。相关性分析表明草原植被高度与蜘蛛多样性总体上呈正相关关系, 即植被高度越高, 蜘蛛多样性越高。其中依靠植物构建蛛网的园蛛科和在植物上层伏击猎物的蟹蛛科、逍遥蛛科等与植被高度显著相关。这说明植物资源及其空间异质性可能对草原蜘蛛多样性起着主导作用。因此, 降低放牧强度有助于保护草原蜘蛛群落的多样性, 特别有利于织网型蜘蛛。     

The contribution of grazing to plant diversity in alpine grassland and heath

Abstract Grazing on transplants of a grass, a forb and a tree was examined in low-diversity grassland and more diverse heath in Australia's Snowy Mountains. Transplants were surrounded by 2 mm mesh netting. In one grassland plot, grazers (probably soil invertebrates) attacked 40–90% of tree and forb seedlings but no grass seedlings. In heath, which had about half the grass cover of grassland, grazers consumed grasses but not trees or forbs. The results suggest that grazers can depress diversity in grassland by attacking species other than grass. In heath, they may promote diversity by attacking only grass and releasing other species from competition.     

高寒草甸放牧生态系统夏秋草场轮牧制度的模拟研究

利用ＧＭＡＭＥ１模拟高寒草甸放牧生态系统夏秋草场在临界放牧压力下的２７０种轮牧制度,并对其累积采食量进行比较分析。结果指出：在高寒草甸放牧生态系统中,最佳的轮牧小区数目为３或４个。证明了Ｍｏｒｌｅｙ规则：最佳轮牧小区数目应该小于１０。推荐２个高寒草甸地区最佳的轮牧模式供野外实验和放牧规划参考：（１）３个轮牧小区,每小区每次持续放牧２９ｄ,放牧压力为３０．１４ｋＪ／ｍ２·ｄ,累积牧草采食量最高为４２５０．４４３ｋＪ／ｍ２。（２）为保持牧草结构的稳定和各轮牧小区牧草生物量的均匀性,可以采用３个轮收小区,放牧持续时间７ｄ,放牧压力Ｉ（１４５）＝２８．８９１４ｋＪ／ｍ２·ｄ,累积采食量为４０７３．３４ｋＪ／ｍ２。     

高寒草地土壤温室气体排放对放牧的响应研究进展

高寒草地生态系统具有独特的地理环境和气候特征,对放牧干扰十分敏感,在全球温室气体通量中贡献突出,研究高寒草地放牧对土壤温室气体排放的影响机制具有重要意义。本文总结高寒草地温室气体源/汇特征、不同放牧方式对土壤微环境和微生物群落结构的影响,发现高寒草地主要是CO₂源、CH₄汇、N₂O源。放牧通过家畜选择性采食、践踏和排泄物返还等多重机制作用于地上植物、土壤结构、温度、湿度和养分,进而影响地下微生物及温室气体通量。本文旨在为高寒草地生态系统健康发展和管理及缓解全球气候变化提供科学依据,并对未来研究方向进行展望。     

牦牛暖季放牧对牧草消化率的影响

通过垂穗披碱草-星星草混播草地连续3个放牧季的牦牛放牧试验,对不同放牧强度下牧草的消化率进行了研究。结果表明：放牧强度对牦牛所食牧草中酸性洗涤纤维消化率的影响极显著（P〈0．01）,对粗纤维消化率的影响显著（P〈0．05）,而对所食牧草中的总能、粗蛋白、粗灰分和中性洗涤纤维的影响不显著（P〉0．05）;放牧时间对中性和酸性洗涤纤维的影响极显著（P〈0．01）,而对牧草总能、粗蛋白、粗纤维和粗灰分的影响不显著（P〉0．05）。尽管牦牛的采食量均随放牧强度的增加而减小,但牦牛对采食牧草各营养成分的消化率并未出现规律性变化。     

退化高寒草原土壤有机碳时空变化及其与土壤物理性质的关系

利用网格采样法研究了藏北退化高寒草原土壤有机碳变化及与土壤物理性质的关系.结果表明：0～10和11～20 cm土层有机碳含量、有机碳密度及其土层差异均为：轻度退化草地＞正常草地＞中度退化草地＞严重退化草地;有机碳含量、有机碳密度年变化速率则呈相反趋势,且表层土壤有机碳变幅均明显高于其下层土壤.正常草地、轻度退化草地0～10 cm土层有机碳年累积量为0.018和0.003 g·kg.^-1,分别为11～20 cm土层年累积量的6.0和2.0倍;中度、严重退化草地0～10 cm土层年损失量达0.150和0.231 g·kg^-1,分别为11～20 cm土层年损失量的2.3和2.2倍.中度、严重退化草地有机碳年损失总量为正常草地和轻度退化草地年累积总量的38倍,有机碳年损失总量达7.87×10⁵ t C,且具有较大的潜在退化态势.土壤有机碳与5.0～1.0、1.0～0.5和0.5～0.25 mm团聚体含量,土壤有机碳与土壤容重、土壤含水量间均呈极显著或显著正相关.