模拟增温对青海湖鸟岛土壤微生物的影响

【背景】土壤微生物对其生存的微环境变化极为敏感,鸟岛作为湖滨湿地,对气候变化具有敏感性,但目前关于青海湖鸟岛的土壤微生物鲜有研究。【目的】探究气候变暖后青海湖鸟岛土壤微生物群落特征的变化。【方法】利用开顶箱模拟增温,通过高通量测序方法了解温度升高后土壤细菌及真菌的群落结构以及多样性的变化情况。【结果】温度的升高并未改变青海湖鸟岛土壤微生物的优势菌群,细菌优势菌群为变形菌门和酸杆菌门;真菌优势菌门为子囊菌门,优势菌纲为座囊菌纲。但增温改变了土壤微生物的群落结构,显著升高了拟杆菌门、蓝细菌门、Patescibacteria及球囊菌纲的相对丰度,显著降低了锤舌菌纲的相对丰度。土壤微生物群落的多样性指数也发生了变化,温度上升后微生物的ACE指数及Chao1指数均降低,细菌的Simpson指数及真菌的Shannon指数降低。【结论】青海湖鸟岛土壤微生物对温度升高的响应明显,增温改变了土壤细菌拟杆菌门、蓝细菌门、Patescibacteria的相对丰度及真菌的球囊菌纲、锤舌菌纲的相对丰度,降低了土壤微生物的多样性。     

宝天曼落叶阔叶林土壤细菌多样性

土壤微生物在森林生态系统中起着重要作用。高通量测序方法的出现为进一步认识土壤微生物提供了契机。本文利用Illumina Miseq高通量测序技术对宝天曼森林土壤的细菌多样性进行了初步研究。结果显示: 在31个采样点内, 随着采样点增加, 检测出不同分类水平的土壤细菌类群也在增多, 当采样点达到31个时, 检测出的土壤细菌类群达到45门163纲319目495科785属和42,632个OTU; 31个土壤样品中所检测出的细菌类群平均有34.2门114.7纲215.2目323.7科446.6属5,924.7个OTU, 其中门、纲、目分类水平上的优势类群(所占比例)分别为变形菌门(Proteobacteria)(38.30%)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria)(18.08%)、根瘤菌目(Rhizobiales)(10.62%)。这些初步研究结果表明在一定程度上宝天曼森林土壤有较高的细菌多样性水平, 为进一步认识森林土壤细菌多样性与植物多样性关系等奠定了基础。     

Changes in soil microbial community structure and function following degradation in a temperate grassland

温带草原退化后土壤微生物群落结构和功能的变化 草原退化是草原生产力维持面临的一个重大挑战,这一过程显著影响着草原生态系统的能量流动和土壤养分变化过程,进而直接或间接地影响着土壤微生物。我们的研究目的首先是调查不同草原退化程度(即未退化、中度退化和严重退化)如何影响着内蒙古温带草原的土壤微生物组成、多样性和功能,其次是阐明哪些生物和非生物因素导致了这些变化。我们的研究主要通过高通量测序技术分析土壤微生物的群落组成,并且采用FAPROTAX工具和FUNGuild工具分别预测细菌群落和真菌群落的功能。研究发现：草原退化显著降低了土壤细菌的多样性,但对真菌多样性影响不大。地下生物量、土壤有机碳和总氮与细菌的多样性变化呈显著正相关关系。草原退化显著增加了绿弯菌门的相对丰度(由2.48%提高到8.40%),降低了厚壁菌门的相对丰度(由3.62%降低到1.08%)。其次,草原退化也显著增加了球囊菌门的相对丰度(从0.17%提高到1.53%),降低了担子菌门的相对丰度(从19.30%降低到4.83%)。致病菌的相对丰度在草原退化过程中显著下降。此外,草原退化对土壤细菌群落的功能有显著的影响,尤其是与土壤碳氮循环相关的土壤细菌群落。我们的结果表明,土壤细菌群落对草原退化的响应比真菌群落更敏感。     

十字花科作物根肿病对根际土壤微生物群落的影响

为探究根肿病对十字花科作物根际土壤微生物多样性的影响,以罹病大白菜和健康株根际土壤为研究对象,采用高通量测序技术对2组样本的细菌16S rDNA和真菌ITS基因进行序列测定,分析了样本间的微生物群落结构和组成差异,同时测定根际土壤理化性质,探讨根肿病、土壤微生物群落、土壤环境因子三者的相关性。研究表明:1)患病植株根际土壤pH和总磷、总钾、碱解氮、速效钾含量显著低于正常植株根际土,而交换性钙含量明显增加。2)根肿病的发生降低了根际土壤中细菌种群的丰富度和多样性程度,但对根际土壤中的真菌α-多样性无明显影响。3)变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等是所测土壤样本的主要优势细菌种群,其中患病植株根际土壤中拟杆菌门丰度显著高于健康植株根际土壤,放线菌门丰度则显著降低(P0.05)。优势细菌纲为γ-变形菌纲、拟杆菌纲、α-变形菌纲、放线菌纲、酸杆菌纲等,2组土壤样本间多种优势细菌纲相对丰度差异显著。4)根际土壤优势真菌类群为子囊菌门、被孢霉门、担子菌门和壶菌门,其相对丰度在患病和健康株根际土壤样本中均有明显差异。主要真菌纲为散囊菌纲、被孢霉纲、锤舌菌纲等,并且土壤样本间的多种优势真菌纲相对丰度存在显著性差异。5)主坐标分析结果表明病株根际土壤与健康株根际土壤细菌和真菌群落结构差异明显,冗余分析结果显示速效钾和交换性钙是根际土壤微生物群落变化的主要影响因素。研究结果为揭示根肿病发生的根际微生态机制以及研发根肿病综合防控技术提供理论支撑。     

三叶鬼针草与不同本地植物竞争对土壤 微生物和土壤养分的影响

入侵植物三叶鬼针草(Bidens pilosa)对我国农牧业生产造成了重大的损失。本文主要研究三叶鬼针草入侵与不同本地植物竞争对土壤微生物群落结构和土壤养分的影响。利用磷脂脂肪酸方法(phospholipid fatty acids, PLFAs)测定土壤微生物群落组成, 同时测定土壤养分和酶活性, 并利用Canoco4.5软件分析了土壤微生物、土壤养分和土壤酶活性的相关性。结果表明: (1)三叶鬼针草对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、丛枝菌根真菌等土壤微生物具有较强的聚集能力, 且其根际土壤聚集的微生物类群与本地植物种类密切相关。(2)三叶鬼针草入侵显著增加了入侵地土壤的有机碳含量, 降低了铵态氮的含量; 土壤中的速效钾、速效磷和硝态氮的含量则与本地植物种类密切相关。(3)相关性分析表明, 16:00和16:1 ω5c对铵态氮的含量影响较大, 而三叶鬼针草入侵地16:00和16:1 ω5c的含量显著高于裸土对照, 进而推测这一状况导致了铵态氮含量的降低。(4) 15:1 anteiso A和18:1 ω5c与速效钾的含量呈显著正相关, 而其含量在狗尾草(Setaria viridis)中显著高于其他处理, 三叶鬼针草与狗尾草混种处理中土壤中速效钾的含量高于其他处理。以上结果说明, 三叶鬼针草通过改变土壤微生物群落结构影响了土壤酶活性和土壤养分, 且这种改变与入侵地本地植物种类有关。     

广东省本地油茶和引种油茶根际土壤微生物群落特征

【背景】近年来,油茶低效林面积较大,根际土壤微生物影响林木抗性和生长,对林业可持续发展具有重要意义。【目的】了解广东省本地油茶和引种油茶根际土壤微生物群落特征。【方法】利用高通量测序分析油茶根际土壤微生物群落组成。【结果】油茶根际土壤细菌有26门77纲201目377科593属676种,真菌有14门50纲121目266科502属631种。油茶根际土壤中的优势细菌为酸杆菌门和变形菌门,优势真菌为子囊菌门和担子菌门。两种油茶根际土壤微生物组成差异显著,本地油茶根际土壤的细菌多样性显著高于引种油茶。在门水平上,脱硫杆菌门细菌和罗兹菌门、被孢霉门真菌的相对丰度在两种油茶间差异显著,Amorphotheca在本地油茶根际土壤中特异性富集。两种油茶根际土壤细菌碳代谢相对丰度差异显著,真菌以腐生营养型为主,其次为病理营养型和共生营养型。本地油茶根际土壤中显著富集土壤腐生菌,而共生营养型真菌(尤其是丛枝菌根真菌)相对丰度(6.43%)显著低于引种油茶中(21.83%)。此外,有机质和养分含量是影响油茶根际土壤微生物群落的关键因子。【结论】本地油茶和引种油茶根际土壤微生物群落组成和结构差异显著,Amorp...     

甘肃小陇山油松与柴胡栽培土壤细菌群落特征

土壤细菌能够有效促进土壤中物质循环和能量流动,其群落组成、数量及多样性能够反映土壤质量状况。研究不同植被对土壤细菌群落结构和多样性的影响,有助于深入了解土壤健康状况,对实现植被管理和土地可持续利用具有重要意义。以甘肃小陇山移栽至耕地(耕地前期种植柴胡)后生长4年的人工油松苗(Pinus tabulaeformis Carr)土地和长期种植柴胡(Bupleurum chinense)土地的表层土壤(0—30 cm)为对象,采用Illumina Miseq高通量测序技术对2种人工植被下土壤细菌群落进行测定,分析了土壤细菌的Alpha多样性、群落组成和丰富度,并研究土壤化学性质对细菌群落结构的影响。结果表明:1)两种不同植被的土壤细菌群落丰度和多样性无明显差异,但油松地土壤细菌群落均匀度明显小于柴胡地土壤。2)所测土壤样品中共检测到细菌的37个门,84个纲,168个目;其中,主要的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),酸杆菌门(Acidobacteria),绿弯菌门(Chloroflexi),浮霉菌门(Planctomycetes),放线菌门(Actinobacteria),且油松地土壤中的变形菌门(Proteobacteria)的丰富度显著低于柴胡地土壤(P 0. 05),绿弯菌门(Chloroflexi)丰富度却显著高于柴胡地(P 0. 05);主要的优势菌纲为酸杆菌纲(Acidobacteria),β-变形菌纲(Betaproteobacteria),放线菌纲(Actinobacteria),变形菌纲(Alphaproteobacteria)和芽单胞菌纲(Gemmatimonadetes),但各优势菌纲的丰度在两个植被土壤之间差异不显著(P0.05)。3)变形菌门(Proteobacteria)丰富度与土壤的碱解氮含量呈显著负相关(P0.05),酸杆菌门(Acidobacteria)丰富度与全氮含量显著负相关(P0.01);通过RDA分析发现,碱解氮和全氮是影响细菌群落结构的最主要因子。可见,油松和柴胡植被土壤细菌群落结构及多样性差异不大,但油松地土壤细菌群落的物种分配较柴胡地集中,且优势细菌门中的变形菌门和绿弯菌门在两者之间的差异显著,同时,碱解氮和全氮含量是影响2种植被土壤细菌群落的主要因子。这些结论为了解小陇山不同植被土壤微生物群落组成及多样性提供理论,也为当地进行人工油松苗的种植、经营及土壤管理提供参考。     

青藏高原4类典型水化学特征湖泊的细菌多样性差异及影响因素

青藏高原分布着我国最密集的极端环境湖泊群, 湖泊类型和水化学特征多样, 而不同类型湖泊的细菌群落组成与多样性差异的系统研究相对较少。本文以青藏高原4类典型水化学特征湖泊(即氯化物型、MgSO₄亚型、Na₂SO₄亚型、碳酸盐型)为研究对象, 借助Illumina测序16S rRNA基因(V₃‒V₄区)分析细菌多样性、群落组成差异及其优势属与环境因素的制约关系。结果表明: MgSO₄亚型与氯化物型湖泊多属于超盐环境, 而大多数Na₂SO₄亚型与碳酸盐型湖泊属于咸水、微咸水或淡水环境。4类湖泊获得分类地位明确的细菌共计45门81纲1,148属(52,031个OTUs), 细菌Shannon指数为碳酸盐型(5.27 ± 0.57) > Na₂SO₄亚型(4.96 ± 0.51) > 氯化物型(4.12 ± 0.80) > MgSO₄亚型(3.64 ± 1.04)。优势细菌门是变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门。变形菌门的相对多度总体较高, 优势纲是γ-、α-和β-变形菌纲; 厚壁菌门多分布于MgSO₄亚型和氯化物型湖泊, 优势纲是芽孢杆菌纲; 拟杆菌门主要分布于碳酸盐型和Na₂SO₄亚型湖泊, 优势纲是黄杆菌纲。全部氯化物型和少数MgSO₄亚型湖泊的细菌组成相似, 优势属是假单胞菌属(Pseudomonas)、乳球菌属(Lactococcus)和不动杆菌属(Acinetobacter), 其聚集分布与总盐度、主要离子(Mg²⁺、Cl^-、Na⁺与K⁺)和温度相关; MgSO₄亚型湖泊独有的常见属是芽孢杆菌属(Bacillus)、气单胞菌属(Aeromonas)、大洋芽孢杆菌属(Oceanobacillus)等, 其聚集分布与SO₄ ^2-浓度正相关; Na₂SO₄亚型与碳酸盐型湖泊的细菌组成相似, 优势属是水弯曲菌属(Aquiflexum)、海仙菌属(Haliea)与苍黄杆菌属(Luteolibacter), 其聚集分布与HCO₃ ^-浓度、pH值和海拔高度呈显著正相关。与世界上其他湖泊组/群相比, 青藏高原湖泊具有独特的细菌优势属和常见属, 不同类型湖泊的细菌群落组成存在显著差异, 可能与水化学类型或地理位置有关。     

连作对地黄根际土壤细菌群落多样性的影响

采用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术研究地黄连作下根际土壤细菌群落的动态变化.结果表明:地黄根际土壤细菌群落的香农多样性指数、丰富度指数和相似性指数均为对照(CK)1年2年,地黄连作下细菌优势种群的比例显著下降,种植1年土壤中厚壁菌门的芽孢杆菌纲在整个细菌群落中处于主导地位,而种植2年土壤中变形菌门ε-变形菌纲处于主导地位.地黄连作使其根际土壤细菌种类大量减少,群落结构趋于简单.连作后细菌群落多样性水平的变化导致根际土壤微生物群落功能的失调,可能是引发连作障碍的原因之一.     

退耕还湿后土壤细菌群落结构和生物量变化过程

土壤细菌对湿地生态系统功能和健康维持起着重要作用。以菜子湖原始湿地、不同退耕年限湿地(3a、7a、11a和21a)和仍耕作油菜地土壤为研究对象,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)、高通量测序和磷脂脂肪酸(PLFAs)方法分析土壤细菌群落组成和生物量,探讨它们在退耕还湿后的变化过程及其影响因素。结果表明,退耕还湿后土壤变形菌门(α-变形菌纲、β-变形菌纲和δ-变形菌纲)、酸杆菌门(酸杆菌纲和全噬菌纲)、Nitrospinae(Nitrospinia纲)和硝化螺旋菌门(硝化螺旋菌纲)相对丰度先增高后降低;这些参与氮循环的土壤细菌对退耕后湿地生态恢复过程中土壤氮素提升起着重要作用。与农业生产活动密切关联的厚壁菌门(芽孢杆菌纲和梭菌纲)和放线菌门(放线菌纲)相对丰度逐渐降低。湿地土壤细菌多样性在退耕初期(3—7a)上升达到最大,退耕中后期逐渐降低。表层土壤各类群细菌生物量逐渐升高,亚表层土壤各类群细菌生物量则先降后升再降。水分条件和容重是与研究区土壤细菌群落结构和多样性密切相关的土壤因子,而全氮是与土壤细菌生物量密切相关的土壤因子。研究从生态过程视角解析了土壤细菌群落较详...     

Short-term responses of winter soil respiration to snow removal in a Picea asperata forest of western Sichuan

Aims Seasonal snow cover is one of the most important factors that control winter soil respiration in the cold biomes. The warming-induced decreases in snowpack could affect winter soil respiration of subalpine forests. The aim of this study was to explore the effects of snow removal on winter soil respiration in a Picea asperata forest.Methods A snow removal experiment was conducted in a P. asperata forest stand in western Sichuan during the winter of 2015/2016. The snow removal treatment was implemented using wooden roof method. Soil temperatures, snow depth and soil respiration rate were simultaneously measured in plots of snow removal and controls during the experimental period.Important findings Compared to the control, snow removal increased the fluctuations of soil temperatures. The average daily temperature of the soil surface and that at 5 cm depth were 1.12 °C and 0.34 °C lower, respectively, and the numbers of freeze-thaw cycles of the soil surface and that at 5 cm depth were increased by 39 and 12, respectively, in plots of snow removal than in the controls. The average rate of winter soil respiration and CO₂ efflux were 0.52 μmol·m^-2·s^-1 and 88.44 g·m^-2, respectively. On average, snow removal reduced soil respiration rate by 21.02% and CO₂ efflux by 25.99%, respectively. More importantly, the snow effect mainly occurred in the early winter. The winter soil respiration rate had a significant exponential relationship with soil temperature. However, snow removal significantly reduced temperature sensitivity of the winter soil respiration. Our results suggest that seasonal snow reduction associated with climate change could inhibit winter soil respiration in the subalpine forests of western Sichuan, with significant implications for the carbon dynamics of the subalpine forests.     

冬季升温对高山生态系统碳氮循环过程的影响

全球温度升高是目前面临的重要环境问题,但存在明显的季节差异性,即冬季升温幅度显著高于夏季的季节非对称性趋势,这在高纬度和高海拔地区更加显著。冬季升温会直接影响积雪覆盖与冰冻层厚度,并引起冻融交替循环的增加,而冬季植物处于休眠状态,这会直接影响土壤中有效氮的吸收与损失,引起土壤有效氮可利用性的变化。然而,关于冬季增温对后续生长季节植物活动、土壤碳氮循环过程的影响等方面的研究仍存在诸多不确定。综述了冬季升温对积雪覆盖与冻融交替循环改变对高山生态系统物质循环的影响,以及冬季升温对土壤碳氮循环、微生物与酶活性的影响,并由此引起的植物物候期、群落结构、生产与养分循环与凋落物分解等生理、生态过程方面的研究进展。在未来的研究中,应针对不同生态系统特点选择合适的冬季增温方式,加强非极地苔原地区关于冬季升温的研究,注重关注冬季升温对植物-土壤微生物之间反馈作用的影响,重点关注冬季升温对生态系统的延滞效应。     

气候因子通过土壤微生物生物量氮促进青藏高原高寒草地地上生态系统功能

近年来, 在人类活动和气候变化的影响下, 物种多样性丧失趋势不断加剧, 对生态系统功能带来严重后果。目前, 关于生态系统功能的研究, 忽略了土壤和微生物碳氮养分循环过程对地上生态系统功能(AEF)的重要驱动作用, 而土壤碳氮要素和微生物的任何变化都有可能改变地下群落对生态系统功能的维持作用。该研究旨在探究高寒草地AEF的主要控制因子, 以及其关键要素对AEF的作用机理。2015年7-8月, 对青藏高原地区115个样点进行了草地群落和土壤属性等要素样带调查; 综合植物地上生物量, 叶片碳、氮和磷含量等参数计算AEF值, 分析地下土壤有机碳含量、全氮含量、生物量等关键要素对AEF值的影响。结合取样点年降水量和年平均气温, 深入探讨影响AEF的主要控制因子和作用机理。结果表明降水对AEF有较大影响, 而气温影响相对较低。年降水量、土壤微生物生物量碳含量和干旱指数对AEF值的相对重要性贡献较高(重要值分别为21.1%、10.9%和10.1%), 控制青藏高原高寒草地AEF值的关键是土壤因子。在气候因子对土壤养分和微生物的作用下, 土壤微生物生物量氮含量在调控高寒草地AEF值方面发挥重要作用。     

甲烷及三氯乙烯驯化对垃圾填埋场覆盖土细菌群落结构的影响

对典型垃圾填埋覆盖土进行CH₄原位富集和三氯乙烯(TCE)驯化,研究了其生物氧化能力和微生物群落结构变化.覆盖土CH₄氧化速率为0.20～0.87 μmol·g^-1 soil·h^-1,TCE降解速率为0.009～0.013 mg·L^-1·h^-1,其中山东垃圾填埋场覆盖土土样甲烷氧化活性高于广东、上海和重庆地区土样.通过Illumina MiSeq测序技术分析了α多样性和驯化前后微生物菌群结构变化规律.结果表明: 在所有被注释的操作分类单元聚类结果中,细菌OTUs分配为39个门,85个纲,562个属,富集驯化后变形杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和酸杆菌门仍为各土样的优势菌群,所占比例之和高于77.4%;γ-变形杆菌纲、β--变形杆菌纲、α-变形杆菌纲、放线菌纲和酸杆菌纲所占比例之和高于26.5%.嗜甲基菌属、厌氧绳菌属、节杆菌属和假单胞菌属经TCE驯化后,其相对丰度呈增加趋势.表明在覆盖土氯代烃生物降解过程中,除了被广泛认可的甲烷氧化菌异养共代谢机制以外,还存在非甲烷共代谢机制和氯代烃自养降解机制.     

Winter climate change affects growing‐season soil microbial biomass and activity in northern hardwood forests

Understanding the responses of terrestrial ecosystems to global change remains a major challenge of ecological research. We exploited a natural elevation gradient in a northern hardwood forest to determine how reductions in snow accumulation, expected with climate change, directly affect dynamics of soil winter frost, and indirectly soil microbial biomass and activity during the growing season. Soils from lower elevation plots, which accumulated less snow and experienced more soil temperature variability during the winter (and likely more freeze/thaw events), had less extractable inorganic nitrogen (N), lower rates of microbial N production via potential net N mineralization and nitrification, and higher potential microbial respiration during the growing season. Potential nitrate production rates during the growing season were particularly sensitive to changes in winter snow pack accumulation and winter soil temperature variability, especially in spring. Effects of elevation and winter conditions on N transformation rates differed from those on potential microbial respiration, suggesting that N‐related processes might respond differently to winter climate change in northern hardwood forests than C‐related processes.     

草原群落退化演替过程中微斑块土壤碳氮的空间异质动态

微斑块变化是草原退化过程中的活跃成分。分析了呼伦贝尔克氏针茅草原逆行演替过程中微斑块土壤全碳、全氮和碱解氮含量的空间异质性,提出了"养分聚集效应"的概念。研究结果表明:随着群落退化演替的加剧,土壤全碳、全氮和碱解氮的含量均表现为演替前期演替后期演替中期(P0.05)。从土壤全碳、全氮和碱解氮的变异系数和变异函数综合分析来看,10 cm×10 cm微尺度上,草原退化演替过程中土壤全碳、全氮和碱解氮的空间异质性具有明显的不一致性;全碳的空间异质性表现为演替中期演替前期演替后期,全氮表现为演替后期演替前期演替中期,碱解氮表现为演替中期演替后期演替前期。草原退化过程中土壤养分在微斑块上的富积和迁移表现出尺度依赖性和变异性。     

内蒙古典型草原放牧压力评价及土壤N储量响应

放牧是草原生态系统的重要干扰,是草原氮循环的重要影响因素。为了揭示放牧对土壤N储量的影响,在内蒙古典型草原,基于单位草原面积草原载畜量和单位草原生产力,建立了放牧压力评价模型,并利用1990—2011年以县为单位统计的放牧牲畜数据和2001—2011每年合成的MODIS-NDVI_(max)影像数据评估了放牧压力的空间分布。基于2011年野外调查的95个样点和2010年调查的41个样点数据,对处于低放牧压力(LG),中放牧压力(MG)和高放牧压力(HG)的样点数据进行了统计分析。结果表明:放牧压力对土壤容重(BD),土壤全碳(TC)含量和土壤全氮(TN)含量具有显著影响,特别在土壤表层(0—10cm),土壤容重、TC含量和TN含量在LG,MG和HG之间存在显著差异。TC含量和TN含量随放牧压力增加而降低,BD随放牧压力增加而增加;黏粒含量(CC)在3个放牧压力梯度上不存在显著差异;土壤N储量表现出和TN含量相似的变化特征,随土壤深度增加而降低,随放牧压力增加而减少,在0—50cm范围内,土壤N储量在LG、MG和HG之间存在显著差异(2011,P0.05;2010,P0.1)。重度放牧是草原生态系统氮损失的主要因素之一,降低放牧压力有助于降低草原氮损失和恢复植被生产力。     

青藏高原高寒草地退化对土壤及微生物化学计量特征的影响

草地是我国陆地生态系统的重要组成部分, 具有重要的生产和生态功能。过去几十年来, 受气候变化和过度放牧等因素影响, 我国90%的天然草地发生不同程度退化。草地退化打破了土壤养分平衡, 影响草地生态系统的结构和功能。该研究以青藏高原高寒草地为研究对象, 基于三江源区多点采样和整个青藏高原高寒草地的meta分析相结合的手段, 解析了表层0-10 cm土壤和微生物碳氮磷含量及其化学计量特征随不同草地退化程度(未退化、中度和重度退化)的变化规律。结果显示, 草地退化整体上降低土壤有机碳、总氮和总磷含量及其化学计量比。土壤微生物碳氮含量随着退化程度的加剧而下降, 微生物磷含量不受退化的影响。微生物碳氮磷化学计量比沿退化梯度没有显著的变化规律, 且土壤和微生物元素化学计量比之间未呈现显著相关关系。以上结果表明, 草地退化致使土壤养分化学计量关系发生显著改变, 微生物群落自身却能维持一定的养分平衡。在长时间尺度上, 基于养分平衡的土壤质量提升技术可有效地促进退化高寒草地恢复, 改善其生态系统服务功能。     

青藏高原不同高寒草地类型土壤酶活性及其影响因子

土壤酶活性作为生态系统养分循环的关键因素, 是反映土壤质量和生态系统功能的重要指标, 但是关于高寒草地生态系统中不同草地类型间酶活性的差异研究还很少。因此, 该研究在藏北高寒草地选择高寒草甸、高寒草原、高寒草甸草原、高寒荒漠草原和高寒荒漠5种草地类型进行野外原位调查和采样, 测定了涉及碳(C)、氮(N)和磷(P)循环的14种酶的活性, 并建立了高寒草地酶活性与土壤微生物和土壤理化性质等环境因子的关系。结果表明: C循环酶(蔗糖酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和过氧化物酶)和P循环酶(碱性磷酸酶)在不同高寒草地类型间活性差异明显, N循环酶中仅芳香氨基酶和亚硝酸盐还原酶两种酶在不同高寒草地类型间活性差异明显。同时, C、N和P循环酶之间存在一定的相关关系, 其中, 蔗糖酶和碱性磷酸酶、纤维素酶和α-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著正相关, 多酚氧化酶与亚硝酸还原酶和β-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著负相关。在测定的19个环境指标中, 土壤有机质(SOM)含量、革兰氏阴性菌数量、土壤N和P含量计量比、革兰氏阳性菌数量、细菌数量、放线菌数量、全氮含量、真菌数量是影响土壤酶活性的关键因子, 且SOM含量的影响最大(解释量为11.9%)。综上所述, 不同高寒草地类型间C循环酶、P循环酶和两种N循环酶(芳香氨基酶和亚硝酸还原酶)活性差异显著, SOM含量、微生物数量和N含量等是影响高寒草地生态系统土壤酶活性的关键因子。     

模拟氮沉降和降雨变化对贝加尔针茅草原土壤细菌群落结构的影响

研究氮沉降和降雨变化对土壤细菌群落结构的影响,对未来预测多个气候变化因子对草地生态系统影响的交互作用具有重要意义。以施氮和灌溉分别模拟氮沉降和降雨增加,采用高通量测序技术,研究8个氮添加水平(0、15、30、50、100、150、200、300kg N hm-2a-1)和2个水分添加水平(不灌溉、模拟夏季增雨100 mm灌溉)对土壤细菌群落结构的影响。结果表明,氮素和水分输入增加后,土壤细菌群落组成、丰度均显著变化(P0.05)。在群落中占主导的细菌门类有疣微菌门Verrucomicrobia(30.61%—48.51%)、变形菌门Proteobacteria(21.37%—29.97%)、酸杆菌门Acidobacteria(9.54%—20.67%)和拟杆菌门Bacteroidetes(4.96%—9.74%)。在常规降雨和水分添加两种条件下,随着氮添加水平的增加,占主导的细菌门类(相对丰度1%)表现出不同的变化趋势。疣微菌门相对丰度在常规降雨N100—N300条件下显著降低,但在氮素和水分同时添加条件下随氮添加水平升高而逐渐升高,在N200—N300时显著升高。变形菌门和拟杆菌门相对丰度在常规降雨高氮添加条件下呈升高趋势,但在水分添加时却无明显变化。酸杆菌门相对丰度在常规降雨高氮添加条件下升高,但在水分添加后呈明显下降趋势。放线菌门Actinobacteria相对丰度在常规降雨N100—N300条件下显著升高,但在水分添加后高氮添加时显著降低。厚壁菌门Firmicutes相对丰度在常规降雨条件下无显著变化,但在水分和高氮添加条件下降低。浮霉菌门Planctomycetes相对丰度在两种不同的水分添加条件下均呈先升高后降低的趋势。氮素和水分添加对土壤细菌群落结构的变化存在明显的互作效应(P0.0001)。在不同氮素和水分输入条件下共有19个土壤细菌门类相对丰度有显著差异。土壤细菌群落结构的变化主要来自于疣微菌门和酸杆菌门的相对丰度变化,两者可作为土壤细菌群落结构变化的指示种。综上,氮素和水分添加显著改变了土壤细菌群落结构,氮素和水分对土壤细菌不同门类相对丰度变化存在明显的互作效应。