呼伦贝尔草原土壤固氮微生物nifH基因多样性与群落结构

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术及扩增产物序列分析方法比较研究了呼伦贝尔5种草地类型(线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原)土壤固氮微生物nifH基因多样性及群落结构特征.结果表明,不同草地类型间土壤固氮微生物群落组成差异显著,羊草草原和大针茅草原相似性较高,相似度为67%,而其他3个草地类型间相似性较低,相似度均低于60%.羊草草原土壤nifH基因多样性最高,其次是克氏针茅草原、大针茅草原和贝加尔针茅草原,线叶菊草原最低.系统发育分析结果表明,呼伦贝尔草原土壤固氮微生物大部分属于变形菌门的α-变形菌纲,分别隶属于慢生根瘤菌属、中慢生根瘤菌属、红假单胞菌属、固氮螺菌属.5种草地类型中,克氏针茅草原土壤中联合固氮菌和自生固氮菌居多,而其他4个草地类型均以共生固氮菌为优势生态类型.     

松嫩平原针茅草原的特征及其生态地理规律的探讨

 经考察,松嫩平原的针茅草原主要有4个群落类型：贝加尔针茅(Stipa baicalensis)群落、贝加尔针茅+线叶菊(Filifolium sibiricum)群落、大针茅(S．grandis)+贝加尔针茅群落和大针茅群落。通过对针茅草原各类型基本结构特征和生态地理分布规律的分析,并根据它们所反映的水土条件的差异,认为贝加尔针茅群落为该地区的地带性植被。在中国温带草原区划中的位置属于草甸草原,应与内蒙古高原典型草原分开,成为一个独立的分区     

内蒙古典型草原不同群落净生态系统生产力的动态变化

净生态系统生产力(net ecosystem productivity,NEP)是反映生态系统碳源汇功能的重要指标。本研究选取内蒙古锡林河流域的贝加尔针茅群落、大针茅群落、克氏针茅群落和羊草群落为对象,利用BIOME-BGC模型模拟了4个草地群落年际间和年内逐日NEP动态变化,分析了4个草地群落对降水量的响应特征和可能机制,并且探讨气候变化背景下4个草地群落水分胁迫系数、降水利用率和碳转化效率的变化规律。结果表明:1954—2012年贝加尔针茅群落、大针茅群落、克氏针茅群落和羊草群落的多年平均NEP分别为11.41、-7.82、-5.03和9.30 g C·m-2·a-1。总体来看,4种草地群落多年平均日NEP的年内季节动态均呈先释放、后固碳、再释放的变化特征。4种草地群落多年平均水分胁迫系数由高到低分别为:贝加尔针茅羊草大针茅克氏针茅;多年平均降水利用效率由高到低分别为:贝加尔针茅克氏针茅大针茅羊草;多年平均碳素转化效率由高到低分别为:贝加尔针茅克氏针茅大针茅羊草。4种草地群落NEP与年降水量均存在显著的相关性,NEP为0时,4种草地群落年降水量平均值为295.76 mm,说明在年降水量大于该值时NEP多为正值,而小于该值时NEP多为负值。     

内蒙古高原针茅草原群落β多样性研究

用比较样地法调查了内蒙古高原 4类地带性针茅 (Stipa)草原群落的 β多样性特征 .结果表明 ,Whit tacker指数 βws与尺度有关 ,随取样面积的增加 ,βws逐渐降低 .取样面积相同时 ,4类群落的 βws比较接近 .各群落的Cody指数最初也随样方面积的扩大而增大 ,当样方面积扩大到一定尺度时 ,贝加尔针茅群落和大针茅群落为 >0 .5m2 ,克氏针茅群落和小针茅群落为 >2m2 ,Cody指数趋于稳定 .同一尺度下 ,贝加尔针茅群落的Cody指数最高 ,小针茅群落的Cody指数最低 .多数情况下 ,群落内样本间的间隔距离 ,对Cody指数有较大的影响 ;从贝加尔针茅群落到小针茅群落 ,植物生活型和生态类群功能群组成中 ,多年生丛生禾草与根茎禾草、多年生杂类草和中旱生植物的多样性显著降低 ,旱生植物多样性先增加 ,尔后到小针茅群落显著降低 .群落的植物种类组成表现出明显生态替代现象 ,不同群落间的Cody指数逐渐降低 ;贝加尔针茅群落与大针茅群落的Morisita Horn指数最高 ,达 0 .72 .克氏针茅群落与小针茅群落的相似系数最低 ,为 0 .42 .     

内蒙古高原针茅草原群落土壤水分和碳、氮分布的小尺度空间异质性

用地统计学的方法,研究比较了内蒙古高原4类地带性针茅草原群落,贝加尔针茅（Stipa baicalensis)群落,大针茅（S.grandis)群落,克氏针茅（S.krylovii)群落和小针茅（S.kelemenzii)群落0-20cm土壤水分和碳,氮的小尺度空间异质性特征,结果表明;4类群落土壤水分,有机碳和全氮均表现出显著的小尺度空间结构特征。自相关尺度为1.91m-10.81m,结构性方差占样本方差的35.31%-99.74%。从贝加尔针茅群落到小针茅群落空间自相关的尺度逐渐增大,纹理有逐渐变粗的趋势,土壤水分,碳和氮的小尺度空间格局共同作用于群落的生态学过程,即土壤水分格局→植物种群格局（基本斑块的大小）→土壤碳空间格局→土壤氮空间格局,同时,由于生态学过程的反馈作用,土壤氮空间格局→种群格局→土壤水分格局,土壤属性空间自相关尺度的改变可能是导致群落演替的驱动力,草原退化可能与土壤异质性尺度的改变相关。     

草地植物群落物种多样性取样强度的研究

本文以羊草(Leymus chinensis)-杂类草群落和贝加尔针茅(Stipa baicalensis)-线叶菊(Filifolium sibiricum)群落为代表,在东北松嫩平原研究了草地植物群落物种多样性的取样强度。巢式样方种-面积曲线结果表明：两个群落的最小面积均为1/4～1/2 m²。 Pielou积累样方多样性指数-取样数曲线结果表明：羊草-杂类草群落1、1/4、1/6 m²正方形样方最小取样数分别在12、22、28个左右; 贝加尔针茅-线叶菊群落分别在10、18、25个左右。群落水平结构的复杂性导致取样数目的增加。当积累样方数超过最小取样数后,多样性指数-取样数曲线进入平衡状态,上述3种取样面积的结果趋于一致,并在概率95%水平差异不显著。赞成小面积大数目的取样策略。     

内蒙古高原针茅草原群落α多样性研究

用比较样地法调查了内蒙古高原４类地带性针茅（Ｓｔｉｐａ）草原：贝加尔针茅（Ｓ．ｂａｉｃａｌｅｎｓｉｓ）草原、大针茅（Ｓ．ｇｒａｎｄｉｓ）草原、克氏针茅（Ｓ．ｋｒｙｌｏｖｉｉ）草原和小针茅（Ｓ．ｋｌｅｍｅｎｚｉｉ）草原群落的α多样性特征,结果表明：群落物种数目同时受取样面积和样方形状的影响,对数模型Ｓ＝ａｌｎＡ＋ｂ能够很好地表征群落的种－面积关系,长方形样方可以获得与面积加倍的正方形方相近的取样效果     

三种利用方式对羊草草原土壤氨氧化细菌群落结构的影响

本文以内蒙古呼伦贝尔羊草草原为研究对象,利用聚合酶链式反应－变性梯度凝胶电泳(PCR－DGGE)技术及扩增产物序列分析方法比较研究了刈割、放牧和围栏封育三种利用方式对羊草草原土壤氨氧化细菌多样性和系统发育的影响,结果表明：羊草草原土壤中氨氧化细菌的优势类群为亚硝化螺旋菌属和亚硝化单孢菌属的细菌,分别占氨氧化细菌总数的72.4%和28.6%,Cluster 4和Cluster 6在各个样地中均为优势类群但所占比例不同,放牧样地中氨氧化细菌的多样性最高,逐步回归分析的结果表明,影响多样性指数的关键理化因子是土壤硝态氮含量。放牧样地中脲酶活性和硝化率都显著高于其他两种利用方式,其中,脲酶活性与土壤硝态氮和全磷含量表现出极显著的相关性,与速效磷含量表现出显著相关性;而硝化率仅与硝态氮含量表现出显著相关性。不同利用方式土壤氨氧化细菌群落与土壤理化因子的典范对应分析结果表明铵态氮的含量对氨氧化细菌群落的影响显著。     

中国东北样带三种针茅草原群落初级生产力对降水季节分配的响应

分析3种针茅草原群落初级生产力的年季动态,并利用积分回归模型探讨其对降水量季节性分配的响应,揭示水分有效性对植物初级生产力的影响.结果表明,制约3类针茅群落初级生产力年度变化的是水分,即前一年11月到当年8月的月降水量的年度变异是直接导致群落初级生产力年度变化的主要原因.降水的季节分配对于3类针茅群落初级生产力的形成有着不同的作用.前一年11月至当年4月降水对于植物群落的初级生产力具有正效应,从5月开始降水对植物初级生产力的促进作用有了不同程度的降低.大针茅和克氏针茅群落的季节降水量格局较为相近,但是大针茅群落与克氏针茅群落相比对降水的利用效率较高;贝加尔针茅群落则表现出更高效的降水利用率.由此可见,降水量月季分配及其对针茅群落影响程度的不同是造成3种针茅草原地带性分布的原因.     

科尔沁沙地人工固沙林对土壤氨氧化细菌群落的影响

为了解科尔沁沙地土壤氨氧化细菌群落对人工固沙林群落类型的响应,选取科尔沁沙地差巴嗄蒿、山竹岩黄蓍、小黄柳、杨树、樟子松和小叶锦鸡儿6种典型人工固沙林群落作为对象,采用amoA基因克隆文库、荧光定量PCR(Q-PCR)、末端限制性长度多态性分析(T-RFLP)等技术和液体震荡培养的方法分析了土壤氨氧化细菌(AOB)的组成、丰度、群落结构和硝化潜力。结果表明,Nitrosospira cluster 3a是固沙林土壤AOB群落的绝对优势菌群,其次为cluster 6。Nitrosospira cluster 3a和cluster 6的平均相对丰度在不同固沙林群落间存在显著差异,其中,Nitrosospira cluster 3a在小叶锦鸡儿最高。小叶锦鸡儿土壤AOB丰度最高。全氮、有机质和有效钾是决定AOB群落结构的主要因素。不同固沙林土壤硝化潜力具有显著差异,小叶锦鸡儿群落土壤显著高于其他固沙林土壤。硝化潜力与AOB丰度和土壤全氮含量呈显著正相关。本研究表明,人工固沙林群落类型不影响AOB群落组成和结构,但影响优势菌群的相对丰度、AOB丰度和硝化潜力。AOB丰度和Nitrosospira cluster 3a的相对丰度可作为科尔沁沙地AOB菌群恢复的指标。与其他群落相比,小叶锦鸡儿固沙林群落恢复土壤AOB种群的效果最好。     

施用生物质炭对采煤塌陷区土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

生物质炭作为一种新型土壤改良剂,施入土壤不仅能提高肥力,改善土壤结构,还能够影响土壤氮素的转化.本文利用培养试验研究施用生物质炭对采煤塌陷区土壤性质及氨氧化菌丰度和群落结构的影响.结果表明: 生物质炭显著提高土壤铵氮(NH4⁺-N)、全氮、有效磷和速效钾含量.生物质炭施用量对氨氧化古菌(AOA)丰度没有显著影响,但是增加施用量显著提高了氨氧化细菌(AOB)丰度.对T-RFLP数据进行分析发现,生物质炭提高了AOA和AOB多样性,并在一定程度上改变了AOA和AOB群落结构.施用生物质炭提高了采煤塌陷区土壤养分含量,并在一定程度上提高了氨氧化菌的丰度和多样性,表明生物质炭对塌陷区复垦土壤具有培肥改良的潜能.     

黄土丘陵区两类天然草地群落地上部数量特征及其与土壤水分关系的比较研究

对陕北安塞两类典型的天然草地群落：铁杆蒿（ Ａｒｔｅｍ ｉｓｉａ ｇｍ ｅｌｉｎｉｉ）群落和长芒草（ Ｓｔｉｐａ ｂｕｎｇｅａｎａ）群落进行了整个生长季的调查和测定。从其土壤水分状况、季相和植物组成状况、结构、地上部数量特征（包括生物量、高度、盖度）、地上部生长与水分的关系几个方面作了系统的比较分析,以反映黄土丘陵区森林草原带不同立地条件下天然草地群落地上部的生长状况。     

转cry1 Ac/cpti基因水稻对土壤氨氧化细菌群落组成和丰度的影响

【背景】氨氧化细菌是驱动硝化作用的关键微生物,其群落多样性变化对土壤氮素转化具有重要意义。转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变对土壤微生物群落产生影响。【方法】本研究通过田间定位试验,利用特异引物进行PCR-DGGE（聚合酶链反应—变性梯度凝胶电泳）和荧光定量PCR,分析了种植转cry1 Ac/cpti双价抗虫基因水稻第3、4年土壤中氨氧化细菌群落组成和丰度的变化。【结果】水稻各生育期（分蘖期、齐穗期和成熟期）内,转cry1 Ac/cpti基因杂交稻Ⅱ优科丰8号（GM）的土壤氨氧化细菌16S rRNA基因群落组成、多样性指数与其对应的非转基因杂交稻Ⅱ优明恢86（CK）间均没有显著差异;以DGGE条带为基础的氨氧化细菌群落组成的冗余分析（RDA）显示,GM和CK的土壤氨氧化细菌群落组成只与水稻生育期存在显著相关性（P=0.002和0.018）;同时,水稻各生育期内土壤氨氧化细菌16S rRNA基因丰度在GM和CK间也没有显著差异,但均随水稻生长而变化且在齐穗期达到最高（P〈0.05）。【结论与意义】稻田土壤氨氧化细菌的群落组成与丰度在水稻不同生育期存在差异,但在转cry1 Ac/cpti基因水稻和非转基因水稻间没有显著差异,即一定时期内种植转cry1 Ac/cpti抗虫基因水稻不会影响土壤氨氧化细菌的群落组成和丰度。     

长江源区紫花针茅草原群落数量分类与排序

选择长江源地区典型的紫花针茅草原作为研究对象,以大量的群落学样方调查为基础,采用TWINS-PAN、DCA、物种多样性,相关分析等多元数量分析方法,系统研究了紫花针茅草原的群落特征、物种多样性、群落与环境因子的关系.结果表明：(1)所调查的紫花针茅草原是物种组成相对简单、菊科和禾本科植物最多、北温带分布属为主体的草原群落;(2)长江源区紫花针茅草原群落可划分为四个群丛类型：紫花针茅＋密丛棘豆群丛,紫花针茅＋梭罗草群丛,紫花针茅＋伊凡苔草群丛,紫花针茅＋弱小火绒草群丛;(3)影响群丛分布的主要环境因子首先是海拔、经纬度等空间因子,其次是湿润度、降雨量等水分因子的影响;(4)紫花针茅＋伊凡苔草群丛的物种多样性是研究区四个群丛中最高的.Simpson指数和均匀度指数受海拔、经纬度、平均降雨量、均湿润度等环境因子影响显著.该研究揭示了紫花针茅草原群落的内在规律.     

施肥和土壤管理对土壤微生物生物量碳、氮和群落结构的影响

以中国科学院沈阳生态试验站的长期定位试验为平台,研究了不同施肥和土壤管理对潮棕壤微生物生物量碳、氮和群落结构的影响。结果表明,裸地和农田处理的微生物生物量碳、氮较低,但是农田处理下施肥增加了微生物生物量,其中NPK+M效果最明显。DGGE图谱显示,处理间细菌条带分布较相似,其中裸地的细菌多样性最高;长期施肥和土壤管理改变了土壤真菌群落结构,施肥增加了真菌多样性,且有机肥的影响大于化肥;不同处理间氨氧化细菌群落结构差异显著,NPK+M显著增加了氨氧化细菌多样性,且无机肥和有机肥对氨氧化细菌群落影响不同。施肥和土壤管理对细菌影响较小,但显著改变了真菌和氨氧化细菌的群落结构。聚类分析结果显示,土壤管理措施较施肥对细菌、真菌和氨氧化细菌群落的影响更为显著。     

Effects of nitrogen addition on the abundance and composition of soil ammonia oxidizers in Inner Mongolia Grassland

Nitrogen accumulation in soil is increasing in Inner Mongolia which is resulted mainly from fertilization accompanied by conversion of large area of grasslands to croplands. Ammonia-oxidation is the key step of nitrification which is driven by ammonia-oxidizing microorganisms, and study on the response of ammonia-oxidizing microorganisms is necessary for understanding the effects of nitrogen fertilization on ecosystem functions. In this study, the abundance and community structure of soil ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and ammonia-oxidizing archaea (AOA) under long-term N addition of different rates (0, 1.75, 5.25, 10.5, 17.5, and 28 g N m^?2 yr^?1) in a typical steppe of the Inner Mongolia Grassland were investigated using quantitative real-time PCR, cloning and sequencing based on amoA gene. In addition, soil potential ammonia oxidation rate was analyzed. Our results demonstrated that, with the increase of nitrogen addition rate, soil pH declined gradually from 6.6 to 4.9, and potential ammonia oxidation rate also declined which was positively correlated with soil pH (P < 0.01), while the copy number of bacterial amoA gene increased and positively (P < 0.01) correlated with ammonia concentration in soil. The archaeal amoA gene copy number did not change a lot with N nitrogen addition rate below 10.5 g N/m², but significantly decreased with addition of 17.5 and 28 g N m^?2 yr^?1. Sequencing of clone libraries of treatments revealed that in the treatment without N addition, AOB was dominated by Cluster 3a1 of Nitrosospira with a proportion of 87%, while in the treatment with N addition of 28 g N m^?2 yr^?1, proportion of Cluster 2 increased significantly to 41%. All archaeal amoA sequences were affiliated with the soil/sediment clade, and no significant variation of community structure was found between the treatments without N addition and with 28 g N m^?2 yr^?1 addition rate. In conclusion, this study demonstrated significant effects of nitrogen addition on potential ammonia oxidation rate and compositions of ammonia-oxidation microorganisms, which may have important implications for evaluating the impacts of N accumulation on ecosystem functioning. Further, the effects of pH and ammonia concentration on the ammonia oxidation rate and compositions of ammonia-oxidation microorganisms were discussed.     

放牧对内蒙古锡林河流域草地群落植物茎叶生物量资源分配的影响

以内蒙古锡林河流域沿水分梯度分布的灰脉苔草(Carex appendiculata)、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和冷蒿(Artemisia frigida) 6个草地群落为对象, 研究了围封禁牧与放牧样地中144个共有植物种的高度、丛幅面积、茎、叶和株(丛)生物量、茎叶比等性状。结果表明: 1)在个体水平上, 放牧样地中植物的生殖枝高度、营养枝高度、丛幅面积、单株(丛)生物量、茎、叶生物量和茎叶比均显著低于围封禁牧样地, 植物在放牧干扰下表现出明显的小型化现象; 2)在群落水平上, 放牧亦显著降低了群落总生物量和茎、叶生物量; 3)过度放牧显著改变了物种的资源分配策略, 使生物量向叶的分配比例增加, 向茎的分配比例减少。资源优先向同化器官分配可能是植物对长期放牧干扰的一种重要适应对策; 4)轻度放牧对物种的资源分配没有显著影响, 单株(丛)生物量和群落茎、叶及总生物量均表现出增加趋势, 这与过度放牧的影响正好相反。过度放牧引起的植物个体小型化改变了生态系统中物种的资源分配策略, 进而对生态系统功能产生重要的影响。     

宁夏荒漠草原不同植物群落微斑块内土壤微生物区系特征

植物群落斑块化是天然放牧草地最基本的特征之一.为探索植物群落斑块化对土壤微生物群落组成及多样性的影响,本研究以宁夏荒漠草原为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法对比分析了不同植物群落微斑块内土壤微生物生物量和群落结构特征的变化.结果表明: 1) 4种植物群落微斑块内土壤微生物种类丰富,且都表现为细菌含量最高,真菌和放线菌含量较少,革兰氏阳性菌含量高于革兰氏阴性菌;2)4种植物群落中,甘草微斑块的土壤微生物总量显著高于猪毛蒿、苦豆子和黄芪;3)冗余分析表明,磷脂脂肪酸总量、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、厌氧菌、真菌/细菌均与土壤有机碳呈显著正相关,与pH呈显著负相关,表明土壤有机碳、pH是荒漠草原土壤微生物生长和发育的重要影响因素.     

Effects of nitrogen addition on the abundance and composition of soil ammonia oxidizers in Inner Mongolia Grassland

Nitrogen accumulation in soil is increasing in Inner Mongolia which is resulted mainly from fertilization accompanied by conversion of large area of grasslands to croplands. Ammonia-oxidation is the key step of nitrification which is driven by ammonia-oxidizing microorganisms, and study on the response of ammonia-oxidizing microorganisms is necessary for understanding the effects of nitrogen fertilization on ecosystem functions. In this study, the abundance and community structure of soil ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and ammonia-oxidizing archaea (AOA) under long-term N addition of different rates (0, 1.75, 5.25, 10.5, 17.5, and 28 g N m^?2 yr^?1) in a typical steppe of the Inner Mongolia Grassland were investigated using quantitative real-time PCR, cloning and sequencing based on amoA gene. In addition, soil potential ammonia oxidation rate was analyzed. Our results demonstrated that, with the increase of nitrogen addition rate, soil pH declined gradually from 6.6 to 4.9, and potential ammonia oxidation rate also declined which was positively correlated with soil pH (P < 0.01), while the copy number of bacterial amoA gene increased and positively (P < 0.01) correlated with ammonia concentration in soil. The archaeal amoA gene copy number did not change a lot with N nitrogen addition rate below 10.5 g N/m², but significantly decreased with addition of 17.5 and 28 g N m^?2 yr^?1. Sequencing of clone libraries of treatments revealed that in the treatment without N addition, AOB was dominated by Cluster 3a1 of Nitrosospira with a proportion of 87%, while in the treatment with N addition of 28 g N m^?2 yr^?1, proportion of Cluster 2 increased significantly to 41%. All archaeal amoA sequences were affiliated with the soil/sediment clade, and no significant variation of community structure was found between the treatments without N addition and with 28 g N m^?2 yr^?1 addition rate. In conclusion, this study demonstrated significant effects of nitrogen addition on potential ammonia oxidation rate and compositions of ammonia-oxidation microorganisms, which may have important implications for evaluating the impacts of N accumulation on ecosystem functioning. Further, the effects of pH and ammonia concentration on the ammonia oxidation rate and compositions of ammonia-oxidation microorganisms were discussed.