高寒湿地和草甸退化及恢复对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

为研究高寒湿地、草甸的退化及恢复与土壤微生物碳代谢功能多样性的关系,以及影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因素,利用BIOLOG Eco微平板法,分析了甘肃玛曲地区5类(湿地、沼泽化草甸、高寒草甸、退化草甸、人工恢复草甸) 14个退化与恢复样地的土壤微生物对单一碳源的利用情况。结果表明,从湿地到沙化草地的逐渐退化过程中,草甸的土壤微生物群落代谢活性差异显著;主要是由于在湿地干化过程中,微生物活性逐渐升高,沼泽草甸土壤微生物活性最高;随着草甸不断退化,微生物活性逐渐降低,沙化草地最低;而人工补播恢复使土壤微生物活性有所增加,表明退化对微生物碳代谢功能多样性造成显著影响,人工恢复措施在一定程度上提高了土壤微生物活性。聚合物类(吐温40、吐温80、环状糊精、肝糖)、氨基酸类及碳水化合物类是土壤微生物主要利用的碳源。冗余分析结果显示,土壤的碳氮比、含水量、有机碳、全氮、容重、氮磷比、p H及植被覆盖度是影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因子。因此,可用土壤碳代谢功能多样性变化评价高寒湿地及草甸的退化和恢复及其变化程度。     

青海三江源高寒草甸土壤微生物功能多样性的海拔分布

本研究以空间替代时间的方法,在青海三江源国家级自然保护区,以每隔200 m-300 m的海拔差异,从海拔3220 m(S1)到4790 m(S6)共设立6个海拔梯度的高寒草甸土壤样地为研究对象,利用Biolog生态板法研究了不同海拔土壤微生物碳源利用功能多样性分布特征,试图分析海拔变化对多样性分布特征的影响及其响应。结果表明,随着海拔的升高,微生物群落碳源利用功能多样性指数整体呈现先下降后上升的趋势,与AWCD变化趋势一致;DCA分析显示不同海拔土壤微生物对碳源代谢结构有一定的空间差异;不同海拔梯度的土壤微生物对6类碳源的利用程度存在差异,其中多聚化合物为优势碳源;从CCA和Partial mantel分析得知,土壤微生物群落的碳源利用功能多样性的海拔分布格局与海拔高度、全磷含量、有效磷含量呈显著相关关系,而与植物多样性没有相关性。了解不同海拔下土壤微生物对碳源利用强度,可为揭示三江源的微生物过程提供基础数据。     

猫儿山不同海拔植被带土壤微生物群落功能多样性

为研究中亚热带森林土壤微生物群落功能多样性特征及其随海拔梯度的变化,应用Biolog微平板技术,对猫儿山不同海拔植被带(常绿阔叶林(EBF)、落叶阔叶混交林(DBF)、针阔混交林(CBF))土壤微生物群落功能多样性差异进行了比较。结果表明,不同海拔植被带土壤微生物群落功能多样性差异显著。土壤平均颜色变化率(AWCD)随培养时间延长而逐渐增加,随着海拔升高,土壤AWCD值逐渐降低,大小顺序为EBFDBFCBF。土壤微生物群落Shannon指数和丰富度指数的总体趋势为EBF最高,DBF次之,CBF最低。不同海拔植被带土壤微生物群落均匀度指数之间差异不显著。不同海拔植被带土壤微生物对不同碳源的利用能力存在差异,其中EBF利用率最高,CBF利用率最低,氨基酸类、胺类和酯类碳源为各海拔植被带土壤微生物利用的主要碳源。主成分分析结果表明,主成分1和主成分2分别能解释变量方差的40.42%和15.97%,在主成分分离中起主要贡献作用的是酯类、胺类和氨基酸类碳源。土壤理化性质与土壤微生物群落功能多样性之间的相关性分析结果表明,微生物群落多样性的Shannon指数与全钾(TK)呈极显著正相关(P0.01),与含水量呈极显著负相关(P0.01),与总有机碳(TOC)、全氮(TN)、速效氮(AN)、有效P(AP)之间的相关性显著(P0.05)或极显著(P0.01),且为负相关。土壤TK含量和含水量可能是造成不同海拔土壤微生物群落功能多样性差异的主要原因。     

高原鼢鼠扰动及恢复年限对高寒草甸土壤养分和微生物功能多样性的影响

为了研究高原鼢鼠扰动后退化高寒草甸恢复演替的动态过程,利用常规实验室分析方法和Biolog-ECO生态板法对青藏高原东缘高寒草甸土壤养分和微生物功能多样性进行分析.结果表明: 高原鼢鼠扰动显著降低了土壤有机质、全氮、速效氮和速效磷含量,对土壤全磷和全钾含量无显著影响;在一定植被恢复年限内,土壤微生物的碳源利用率、Shannon、Pielou和McIntosh指数随着植被恢复年限的增加而升高;主成分分析表明,碳水化合物和氨基酸是土壤微生物利用的主要碳源类型;冗余分析表明,土壤pH、有机质、全氮、速效氮和全钾是影响土壤微生物代谢活性和功能多样性的主要因子.不同植被恢复年限土壤微生物功能多样性的变化可能是对地上植被、土壤微生物群落组成和土壤养分变化的响应.     

武夷山国家自然保护区不同植被类型土壤微生物群落特征

运用BIOLOG微平板技术,对武夷山国家自然保护区不同植被类型土壤微生物群落结构和代谢功能多样性进行研究,探讨不同植被类型对土壤微生物群落的影响.结果表明: 不论是土壤理化性质、酶活性,还是反映土壤微生物代谢功能多样性的平均颜色变化率(AWCD),青冈林和米槠林代表的天然林均明显优于马尾松林和杉木林代表的人工林,荒地最差.AWCD随着培养时间的延长而逐渐增加,但不同植被类型土壤AWCD值具有较大差异.碳水化合物和羧酸类碳源是各植被类型土壤微生物的主要碳源,其次为氨基酸类、酚酸类和聚合物类,胺类碳源的利用率最小.土壤微生物Simpson指数、Shannon指数、丰富度指数和McIntosh指数也呈现天然林高于人工林的趋势.主成分分析表明,从31个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2分别能解释变量方差的56.3%和30.2%,不同植被类型土壤微生物碳源利用特征出现分异,在主成分分离中起主要贡献作用的是胺类和氨基酸类碳源.研究结果可为进一步探讨植被多样性与土壤微生物多样性之间的关系奠定基础.     

帽天山、蛟龙潭土壤微生物多样性的Biolog-ECO 分析

利用Biolog-ECO 技术, 研究了澄江县帽天山和蛟龙潭磷矿区修复后土壤微生物功能多样性。结果表明, 帽天山土壤微生物对碳源的利用能力明显高于蛟龙潭, 土壤微生物群落种类亦相对较丰富, 而蛟龙潭土壤微生物群落功能多样性相对较丰富。两地区对6 类碳源的优先利用顺序也不同, 帽天山地区依次为: 氨基酸类、多聚物类、碳水化合物类、胺类、酚酸类、羧酸类碳源; 蛟龙潭地区依次为: 氨基酸类、碳水化合物类、多聚物类、酚酸类、羧酸、胺类碳源。两地区土壤主要微生物类群也存在差别: 帽天山以利用多聚物类, 碳水化合物类, 氨基酸类和胺类为主要碳源的土壤微生物群落为其主要类群; 蛟龙潭以利用多聚物类, 酚酸类, 氨基酸类和胺类为主要碳源的土壤微生物群落为其主要类群。     

中亚热带森林土壤微生物群落多样性随海拔梯度的变化

运用Biolog EcoPlate技术, 对武夷山不同海拔植被带(常绿阔叶林(EBF)、针叶林(CF)、亚高山矮林(DF)、高山草甸(AM))土壤微生物群落多样性差异进行了研究。结果表明: 不同海拔植被带土壤微生物群落功能多样性差异显著。土壤平均颜色变化率(AWCD)随培养时间延长而逐渐增加, 同一深度土层的AWCD值随海拔升高而逐渐降低, 大小顺序依次为EFB > CF > DF > AM。同一海拔植被带, 不同深度土层的AWCD值总体趋势依次为0-10 cm > 10-25 cm > 25-40 cm。土壤微生物群落Simpson指数、Shannon-Wiener指数、丰富度指数和McIntosh指数的总体趋势为EBF最高, CF和DF次之, AM最低。不同海拔植被带土壤微生物对不同碳源利用强度存在较大差异, 其中EBF利用率最高, AM利用率最低, 碳水化合物和羧酸类碳源是各海拔植被带土壤微生物的主要碳源。主成分分析结果表明, 从31个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2分别能解释变量方差的75.27%和16.14%, 在主成分分离中起主要贡献作用的是胺类和氨基酸类碳源。土壤微生物群落多样性随着海拔上升、土层加深而逐渐下降的原因, 可能是生物量、林分凋落物、土壤养分、微小动物、植物根系等多种因素共同作用的结果。     

青藏高原高寒草甸不同海拔土壤酶化学计量特征

土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,研究土壤酶活性对于探讨生态系统功能有着重要意义.采用Biolog微平板技术,研究不同海拔(4300～5100 m)土壤酶活性和酶计量比的变化特征及影响机制.结果表明:与C循环密切相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与N循环密切相关的β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)以及与P循环密切相关的酸性磷酸酶(AP)活性均随海拔升高呈现先上升后下降的单峰变化趋势,整体表现出4800 m>4950 m>4400 m>4650 m>5100 m>4300 m;土壤N∶P酶活性比呈现与土壤酶活性相同的先上升后下降单峰变化趋势,在4950 m处达到最高值;而土壤C∶N和C∶P酶活性比表现出沿海拔升高逐渐增加的趋势.有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、土壤含水量与4种酶活性均呈显著正相关;年均温度与NAG、AP呈显著正相关;年降水量与NAG、AP呈显著负相关;土壤C∶P酶活性比、土壤N∶P酶活性比与年均温度、年降水量、植被Shannon多样性指数、植被丰富度指数、植被盖度和TN呈显著正相关.年均温、年降水量、植被丰富度、植被覆盖度、土壤全氮和溶解性有机碳显著影响土壤C∶N酶活性比.青藏高原草甸不同海拔土壤酶活性和酶计量比呈现显著的海拔差异,且高海拔地区存在一定的N限制.土壤酶活性海拔差异主要受到土壤含水量、TN、SOC、年降水量和年均温度的影响.     

不同海拔红松林土壤微生物功能多样性

为全面了解红松林土壤微生物碳源利用特点,以长白山海拔700～1100 m红松林0～5和5～10 cm表土为研究对象,采用Biolog微平板法,分析了土壤微生物功能多样性沿海拔的垂直分布特征和变化规律.结果表明: 不同海拔红松林土壤微生物功能多样性差异显著,平均每孔颜色变化率（AWCD）随培养时间延长而增加,同一深度土层的AWCD值随海拔升高而降低;Shannon、Simpson和McIntosh多样性指数也随海拔升高呈现下降趋势,且不同海拔间3个多样性指数差异显著;物种多样性和功能多样性表现出相同的变化规律.土壤微生物对6大类碳源利用强度存在差异,各海拔土壤微生物对氨基酸类碳源利用率最高,为优势碳源;主成分分析表明,不同海拔土壤微生物在碳源利用上有明显的空间分异,土壤微生物功能多样性垂直地带性差异主要体现在对碳水类、氨基酸类和羧酸类碳源的利用上,其中碳水类尤为突出.对不同海拔土壤微生物群落功能多样性聚类分析表明,样地植被组成会对土壤微生物组成和功能活性产生重要影响.     

猫儿山常绿阔叶林不同土层土壤微生物群落功能多样性

运用BIOLOG 技术研究了猫儿山亚热带常绿阔叶林不同土层深度的土壤微生物群落功能多样性。结果表明不同土层深度的土壤微生物群落功能多样性差异显著。土壤颜色变化率(AWCD)随培养时间延长而逐渐增加, 但AWCD值随着土层的加深而逐渐降低。不同土层土壤微生物对6 类碳源的利用能力基本一致, 排序为: 氨基酸类＞酯类＞胺类＞酸类＞醇类＞碳水化合物类, 随着土壤深度的加深, 微生物利用各类碳源的能力呈下降趋势, 氨基酸类、酯类和胺类为不同土层土壤微生物的主要碳源。土壤微生物群落Shannon-Weinner 指数、丰富度指数和均匀度指数也随着土壤深度的加深呈下降趋势。主成分分析结果表明, 从31 个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2 分别能解释总变异的33.32%和23.14%, 在主成分分析中起主要贡献作用的是碳水化合物类、酯类和胺类碳源。土壤理化性质与土壤微生物群落功能多样性的相关性分析结果表明, 总有机碳、速效氮、速效磷和速效钾是造成不同土层土壤微生物群落多样性差异的主要原因。     

戴云山南坡不同海拔森林土壤微生物功能多样性特征及影响因素

土壤微生物作为森林生态系统的主要分解者,参与土壤养分循环,在维持土壤生态系统功能和服务中发挥着重要作用。探讨不同海拔土壤微生物群落结构和功能多样性的季节变化,对维持土壤生态系统稳定具有重要研究价值。以戴云山南坡不同海拔土壤为研究对象(900-1500 m),采用Biolog-ECO微平板法,研究不同海拔土壤微生物群落结构和功能多样性的季节变化(夏季与冬季),揭示驱动戴云山不同海拔土壤微生物季节变化的主要因素。结果表明:(1)夏季海拔1400 m区域土壤微生物的碳源利用最强,微生物活性最高。冬季表现为海拔900 m处土壤微生物对碳源利用最强,活性最高。(2)土壤微生物群落对碳源利用特征的研究表明,夏季与冬季中氨基酸类和羧酸类碳源是7个海拔土壤微生物利用的主要碳源,且夏季碳源利用程度高于冬季。(3)冗余分析表明夏季和冬季戴云山南坡7个海拔土壤微生物群落功能多样性均受土壤环境因子驱动,解释量分别为72.63%和44.12%,均高于地形因子的解释量。(4)土壤温度和全钾含量等因子是驱动夏季土壤微生物群落功能多样性变化的主要因素;土壤全钾、全磷、有效磷含量和坡向是驱动冬季土壤微生物群落功能多样性变化的主要因素。海拔和季节变化通过调节土壤理化性质和土壤酶活性,进而影响森林土壤微生物群落结构和功能多样性。     

长期围封和自由放牧对高寒草甸土壤微生物群落结构及碳源代谢多样性的影响

土壤微生物群落结构和代谢多样性对于维持草地生态系统的功能和稳定性具有重要意义.本研究运用磷脂脂肪酸法(PLFA法)和Biolog微平板技术,研究了青藏高原长期围封和自由放牧2种草地利用方式下的土壤微生物群落结构和群落碳代谢多样性的差异以及影响机制.结果表明: 1)长期围封和自由放牧草地上的土壤微生物群落结构和碳代谢多样性存在显著差异;2)长期围封显著增加了土壤中总PLFA、细菌、真菌和放线菌生物量;3)长期围封草地土壤微生物的碳代谢活性、多样性和丰富度高于自由放牧草地,而均匀度低于放牧草地;4)与自由放牧相比,长期围封显著增加了土壤微生物对聚合物类、糖类、羧酸类、胺类碳源的利用;5)冗余分析表明,植被盖度显著影响了微生物的群落结构和碳代谢多样性.长期围封草地的土壤微生物量、碳代谢多样性指数和丰富度均高于自由放牧土壤,表明长期围封有利于提高草地生态系统中土壤微生物群落及其对碳源代谢的多样性.     

长期氮添加对亚热带森林土壤微生物碳源代谢多样性的影响

土壤微生物功能多样性对维持生态系统功能和稳定性具有非常重要的意义。人类活动造成全球氮沉降量激增,会引起土壤微生物群落结构和功能的改变,但是目前有关亚热带森林生态系统土壤微生物碳源利用多样性对模拟N沉降的响应还不是很清楚。依托位于鼎湖山的长达15年的长期野外模拟氮沉降试验样地平台,借助Biolog-Eco微平板技术,分析探讨了不同N添加量对季风常绿阔叶林中土壤微生物群落碳代谢功能多样性的影响差异及机制。研究结果表明:(1)与对照相比,长期低N、中N和高N量添加使土壤微生物碳源代谢活性(AWCD)分别显著降低了15.3%、32.9%和38.0%;并且显著降低了微生物碳源利用Shannon多样性指数和丰富度指数;(2)微生物对糖类、羧酸、氨基酸、胺类和酚酸类的利用随着施N水平的提高而显著降低;其中胺类最为敏感,长期高N添加下其利用强度与对照相比显著降低了80.2%;(3)主成分分析表明,不同N添加水平显著影响了土壤微生物碳源利用(P=0.001);(4)分类变异分析表明,土壤和植物因素可解释不同N水平下碳源利用差异的90.7%;(5)典型对应分析发现,土壤pH(P=0.009)是解释不同N水平添加处理间土壤微生物碳源代谢多样性差异的主要环境因子;而植被丰富度和凋落物量没有显著影响。综上所述,长期不同N添加显著影响了亚热带森林土壤微生物碳源代谢多样性,并且结果表明土壤pH是影响碳源利用多样性的主要影响因素。研究结果对于揭示全球变化影响下热带森林生态系统地下生物多样性维持机制提供了重要理论依据。     

退化人工林不同恢复类型对土壤微生物群落功能多样性的影响

为了评价华南退化人工林生态系统的不同恢复类型,本研究以土壤微生物群落功能多样性为对象,探讨恢复林土壤微生物功能多样性的差异及影响因子.在研究区内选取代表性的近自然经营杉木林(CF)和毛竹林(MB),以天然次生林(NF)为对照,采集表层土壤样品.运用Biolog-Eco微平板技术,对3种林分的土壤微生物群落功能多样性进行研究.结果表明: 不同恢复林分的植物多样性差异显著,NF植物多样性指数显著高于MB和CF,而MB的植物多样性指数显著高于CF;不同林分类型的土壤pH和容重差异显著,其他土壤理化性质差异不显著;不同林分类型土壤微生物的平均颜色变化率(AWCD)为NF＞MB＞CF,不同林分对6种类型碳源底物的利用也有相似规律;NF的土壤微生物群落Shannon多样性指数、Shannon丰富度指数、Simpson优势度指数和McIntosh指数最高,MB次之,CF最低;主成分分析表明,从31种碳源类型提取的主成分1和主成分2分别能解释变量方差的60.0%和12.4%,在主成分分异中起主要贡献作用的是羧酸类、碳水化合物类和氨基酸类碳源;相关性分析表明,植物物种丰富度和多样性指数、土壤容重与土壤微生物群落多样性指数之间存在显著相关关系,对土壤微生物群落功能多样性具有重要影响.NF土壤微生物的碳源利用效率高于人工林,而MB土壤微生物碳源利用效率高于CF.从植被多样性及土壤微生物群落功能多样性来看,近自然经营的MB人工林更有利于退化人工林生态系统功能的恢复与提升.     

五大连池新期火山熔岩台地不同植被类型土壤微生物群落的功能多样性

土壤微生物群落是陆地生态系统的重要生物活性成分,其结构和功能多样性直接影响到系统的碳、氮等生态过程,微生物群落功能多样性与地上植被类型变化密切相关,开展植被类型对土壤微生物群落功能多样性的影响研究具有重要意义。以五大连池新期火山熔岩台地苔藓、草本、灌丛、矮曲林、针阔混交林5种典型植被类型为对象,利用BIOLOG微孔板法研究不同演替阶段植被类型土壤微生物群落功能多样性特征。结果表明：不同植被类型土壤微生物群落功能多样性存在显著差异。平均颜色变化率（AWCD）随培养时间延长而逐渐增加,大小顺序为：苔藓 > 针阔混交林 > 矮曲林 > 草本 > 灌丛。灌丛土壤微生物多样性指数与其他植被类型间差异显著。主成分分析结果表明,主成分1和主成分2分别能解释变量方差的56.24%和29.59%,不同植被类型下土壤微生物的碳源利用格局差异主要是由氨基酸类和带磷基糖类引起,二者合计解释总变异量的47.51%。冗余分析表明,速效磷、铵态氮、C：N和pH对微生物功能多样性具有显著的影响,羧酸类、氨基酸类、酯类和胺类的降解更易受到环境因素的影响。研究结果为进一步探讨植被类型与土壤微生物之间在植被演替过程中的关系提供参考。     

干旱区典型盐生植物群落下土壤微生物群落特征

运用Biolog技术,对干旱区玛纳斯河流域扇缘带的6种典型盐生植物群落下土壤微生物群落特征差异性进行了研究,探讨不同植物群落对土壤微生物群落的影响。结果表明:不同盐生植物群落土壤平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的延长而逐渐增加,大小顺序依次为:梭梭花花柴白刺绢蒿柽柳雾冰藜,且差异显著。不同植物群落土壤微生物对6类碳源利用差异显著(P0.05),其中梭梭群落利用率最高,雾冰藜群落利用率最低。碳水化合物类和氨基酸类是主要碳源,胺类的利用率最低。主成分分析(PCA)表明,在31种因子中提取的2个主成分因子,分别可以解释所有变量方差的41.51%和25.35%,对PC1和PC2起分异作用的主要碳源分别为碳水化合物类和氨基酸类。土壤微生物群落Shannon指数、Simpson指数上,除雾冰藜群落较低,其他群落之间均差异不显著(P0.05)。植物群落Margalef指数,Shannon指数和Simpson指数上,均为绢蒿,梭梭和柽柳群落较为优势。相关性分析表明,植物群落多样性指数与土壤微生物多样性指数呈显著正相关关系(P0.05),说明了植物多样性越丰富,土壤微生物越丰富。总体来说,干旱区不同盐生植物群落对土壤微生物群落多样性具有重要影响。其中,梭梭群落的土壤微生物群落具有较强的微生物总体活性和功能多样性。