Seasonal dynamic changes in bacterial compositions in the Inner Mongolia desert steppe

Polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) technique was employed to examine the seasonal dynamic changes in bacterial community composition in the Inner Mongolia desert steppe using specific primers F954 and R1369. Bright and reproducible bands were sequenced, and the phylogenic tree was constructed. The results show that the bacterial community composition changed between different seasons. The specific bands were different between the sampling sites with light and heavy levels of degraded grassland. Three main types of bacteria constituting the microbial community in the Inner Mongolia desert steppe belonged to the α, γ andgd-sub phyla of Proteobacteria, Bacteroidetes and Acidobacteria. The unculturable bacteria accounted for 69% of the whole bacterial community of the Inner Mongolia desert steppe.     

短花针茅荒漠草原土壤微生物群落组成及结构

为详细了解内蒙古短花针茅荒漠草原生态系统中土壤微生物群落组成与结构。对其土壤中微生物的总DNA提取后,采用高通量测序技术对土壤中细菌的16Sr DNA和真菌的ITS基因进行了序列测定,分析了短花针茅荒漠草原土壤中微生物群落结构特征。结果表明,共获得细菌OTUs13711个,真菌OTUs 5929个。物种分类显示,细菌种类隶属于29门57纲111目191科485属,其中优势类群为Gammaproteobacteria和Thermoleophilia,它们的相对丰度分别为32.68%和26.83%。真菌隶属于4门16纲45目78科105属,优势类群为Ascomycota和Basidiomycota,它们的相对丰度分别为35.76%和25.90%。土壤中细菌群落的多样性和丰富度均高于真菌。     

Differentiations of determinants for the community compositions of bacteria,fungi, and nitrogen fixers in various steppes

相似文献   

内蒙古温带草原土壤微生物生物量碳的空间分布及驱动因素

【目的】探索内蒙古温带草原土壤微生物生物量碳的空间分布特征以及驱动因素。【方法】在内蒙古自治区境内沿着年均温、年降水梯度选择17个草原样点,在土壤剖面上分0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-100 cm五层,分别采集土壤样品,测定土壤微生物生物量碳以及主要的环境和生物影响因子,分析不同草地类型以及不同土壤深度土壤微生物生物量碳的差异,探索非生物因子和生物因子对土壤微生物量碳的影响。【结果】草甸草原土壤微生物量碳最高,典型草原次之,荒漠草原最低。在0-10 cm土壤中,草地类型间的微生物量碳变异系数高于草甸草原和典型草原,低于荒漠草原;在0-100 cm土壤中,草甸草原样点间的微生物量碳的变异系数低于典型草原和荒漠草原。土壤微生物量碳与年降水、土壤含水量、粘粒含量、土壤养分元素、地上生物量、地下生物量呈显著正相关,与年均温和土壤p H值呈显著负相关关系。随着土壤深度的增加,土壤微生物量碳显著减少,非生物因子与微生物量碳的相关性减弱,草地类型间以及同一草地类型不同样点间的变异系数增加。0-10 cm土壤微生物量碳与10-40 cm土壤微生物量碳的相关指数高于0.5,与40-100 cm的土壤微生物量碳的相关指数小于0.3。【结论】内蒙古温带草原土壤微生物量碳的垂直分布呈现一定的规律性,且非生物因子对微生物量碳的影响也呈现垂直减弱的规律。     

利用PCR-DGGE技术分析内蒙古西部地区土壤细菌的多样性

为明确内蒙古西部地区土壤细菌的多样性,利用聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳PCR-DGGE(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis)技术对170份土壤样品中的细菌丰度和群落结构组成进行了分析,并研究了土壤细菌多样性与肥力参数的关系。结果表明:内蒙古西部地区土壤细菌的多样性是比较丰富的,丰富度指数处于4到60之间,香浓指数处于1.38到4.09之间。不同土壤类型,其细菌的多样性有明显差异。其中,新积土、棕钙土、栗钙土和灰钙土中的细菌多样性指数均高于其他类型土壤,而灰漠土的多样性指数最低。且土壤的不同利用方式也会对土壤细菌多样性有所影响,其中耕地土壤细菌多样性指数最高,而未利用土壤的多样性指数最低。细菌多样性与土壤肥力参数的相关性分析结果显示二者之间并无显著的相关性。内蒙古西部地区土壤中的优势种群包括Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)、Nitrospira(硝化螺旋菌门)。可为该地区的土壤生态系统治理与恢复及未来该地区特有微生物资源的开发利用、农业生产指导等提供一定的科学依据。     

1961-2010年内蒙古草原植被分布和生产力变化——基于MaxEnt模型和综合模型的模拟分析

定量评估气候变化对内蒙古草原植被分布及其净第一性生产力的影响有助于理解干旱区域生态系统结构和功能对气候变化的响应。基于最大熵模型（MaxEnt）评价了气候因子的重要性,进而模拟了1961-2010年内蒙古草原植被的地理分布,同时应用综合模型模拟了净第一性生产力变化。研究表明,湿润指数（MI）、年降水量（P）、最暖月平均温度（T_w）和最冷月平均温度（T_c）是决定草原植被分布的主导气候因子。1961-2010年内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原分布面积分别减少了5%、1%和62%,草原面积整体减少了11%,预示着草原向着荒漠化的方向发展。降水是决定内蒙古草原净第一性生产力变化的最重要因素。     

降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响

全球气候变化下降水时间的改变将深刻影响草原生态系统地上净初级生产力(ANPP),而草原生态系统ANPP是区域碳循环的重要过程.利用1998-2007年的SPOT-VEG NDVI数据并结合111个样点的ANPP地面样方调查数据,获得了内蒙古温带草原1998-2007年的ANPP区域数据,依此分析了中国内蒙古温带草原以及区域内的3种植被类型(荒漠草原、典型草原、草甸草原)降水时间对ANPP的影响.研究结果表明,对于整个内蒙古温带草原来说,一个水分年内(从上一年9月份到当年地上生物量达最大值时的8月份)影响ANPP较为重要的降水月份为2-7月份,其中,5-7月份降水尤为重要.具体到每个月降水的影响,研究发现,7月份降水最重要,而仍处于生长季的8月份降水相对于其他生长季降水作用最小;影响不同草地类型最重要的降水时期存在一定差异,对荒漠草原和典型草原地区来说,ANPP达最大值前3个月(5-7月份)的生长季降水最重要,而8月份降水影响较小,而草甸草原地区8月份和非生长季的3、4月份降水最重要,但各个降水时期降水对ANPP的影响都较荒漠草原和典型草原小,大部分地区降水对ANPP的影响不显著.     

内蒙古荒漠草原37种植物氮与灰分含量的特征

本文报告了内蒙古荒漠草原地区37种植物氮、硅与灰分含量的组成特征,结果表明,荒漠草原区植物的平均含硅量(1.019%),灰分含量(12.85%)都高于草甸草原与典型草原,而其含氮量(2.16%)都低于草甸草原与典型草原。在内蒙古草原区,植物化学元素组成呈现了地带性分异的特征。     

内蒙古呼伦贝尔草原土壤氨氧化细菌多样性及群落结构

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术及扩增产物序列分析方法,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)土壤氨氧化细菌多样性及群落结构特征.研究表明:不同草地类型间土壤氨氧化细菌群落结构组成差异显著,相似性均低于50%.线叶菊草原土壤氨氧化细菌群落多样性最高,其次是贝加尔针茅草原、羊草草原和克氏针茅草原,大针茅草原最低.5种草地类型土壤氨氧化细菌均以Nitrosospira cluster 3为优势种群,此外还发现有Nitrosospira cluster 1、2、4和Nitrosomonas.线叶菊草原土壤氨氧化细菌群落组成较其他草地类型复杂,而羊草草原和大针茅草原群落组成较简单.经相关性分析,土壤含水量、土壤全氮、有机碳、土壤C/N与土壤氨氧化细菌群落多样性显著正相关(P<0.05).     

荒漠草原马粪中粪金龟子组成及分解作用

2007年4-10月,采用野外和室内实验相结合的方法,研究了荒漠草原马粪中的粪金龟子群落组成和对马粪分解的影响.共捕获粪金龟子13528头,隶属于3科4属26种,优势种为符号蜉金龟(Aphodius comma),占总捕获量的88.5%,不同季节粪金龟子群落组成明显不同;在鲜马粪中活动的粪金龟子以粪居型蜉金龟为主,在鲜马粪堆置3d时种数和个体数达到最高,6d后全部离开;马粪经过136 d分解,残留率为52.5%,残留粪样中氮和磷释放较慢,钾释放较快;结合室内分解实验的结果,认为粪金龟子主要通过在马粪中活动对其分解产生影响,并与风蚀作用成为荒漠草原马粪块破碎的重要动因,主要发生在春季和秋季.     

内蒙古荒漠草原37种植物氮与灰分含量的特征

本文报告了内蒙古荒漠草原地区37种植物氮、硅与灰分含量的组成特征。结果表明,荒漠草原区植物的平均含硅量(1.019%),灰分含量(12.85%)都高于草甸草原与典型草原,而其含氮量(2.16%)都低于草甸草原与典型草原。在内蒙古草原区,植物化学元素组成呈现了地带性分异的特征。     

围封10年对荒漠草原群落物种多样性与优势种空间分布格局的影响

围封是修复退化草原生态系统的主要措施之一,科学与优化围封方式是目前草地资源管理中急需解决的科学问题。以内蒙古围栏封育10年和未围封的荒漠草原为研究对象,分析围封和未围封对内蒙古荒漠草原群落物种多样性和优势种空间分布格局的影响,旨在为荒漠草原的恢复与重建提供科学依据。结果显示:(1)围封10年显著提高了荒漠草原的植被盖度、密度、高度和地上生物量;(2)围封10年对Margalef多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson丰富度指数和Pielou均匀度指数无显著影响,但围封均低于未围封样地;(3)围封10年对优势种短花针茅(Stipa breviflora)及糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)的空间分布格局有较为显著的影响,与未围封相比围封后糙隐子草的分布格局变得单一,短花针茅分布格局变得多样。总体看来,围封10年后,荒漠草原群落物种组成、物种优势度和优势种的空间分布格局均发生一定程度变化,反映出围封后草地生态系统中植物适应其生存环境的策略,围封方式应根据立地条件,科学制定围封年限以达到较好的生态恢复效果。     

荒漠草原与典型草原NPP、碳积累对不同降雨年份和利用方式的响应

不同草原利用方式正在影响着内蒙古的草原生态系统,而且在未来降水空间格局变化的背景下,它们共同决定了生态系统植被类型、净初级生产力(NPP)和生态系统碳积累。选取内蒙古中部两个重要的草地类型:荒漠草原和典型草原,研究不同草原利用方式(围栏禁牧、划区轮牧、割草、自由放牧)植物群落在降雨量不同的两个生长季节地上(ANPP)、地下净初级生产力(BNPP)的变化,同时也评估了植物群落的碳积累,研究结果表明:1)在降雨量亏缺年份,与围封相比,荒漠草原自由放牧区ANPP、BNPP及碳积累分别下降了57.1%、51.7%和56.0%,而典型草原自由放牧区分别下降了18.4%、25.1%和17.9%。2)在降雨量充足年份,与围封相比,荒漠草原划区轮牧区ANPP、BNPP以及碳积累分别增加了18.2%、9.8%和21.9%,而典型草原各处理下围封禁牧区ANPP仍是最高;3)两种草地类型下,降雨量对自由放牧的调控作用高于其它草地利用方式;4)荒漠草原ANPP在丰雨年是欠雨年的2倍,而典型草原仅增加了79.0%,降雨量对荒漠草原生产力的季节调控作用远高于典型草原。在未来全球气候变暖和降水格局变化的情况下,荒漠草原降雨量是影响荒漠植物群落NPP和碳积累的主导因子。     

蒙古高原草原火行为的时空格局与影响因子

采用GIS空间分析方法和L3JRC遥感卫星数据,研究了2000-2007年间蒙古高原草原火行为的时空分布规律,比较了中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国草原火行为的差异,分析了植被、气候与人文因素等对草原火行为的影响.结果表明：不同植被类型间的过火率存在极显著差异（P<0.001）,为草甸草原>典型草原>荒漠草原,蒙古人民共和国草原过火率显著高于中国内蒙古自治区(P<0.001),过火频次的分布格局与过火迹地相一致.草原火行为存在明显的年际变化特征,草甸草原(r²=-0.54,P<0.05)和典型草原（r²=-0.61,P<0.05）的年过火率与年降雨量呈负相关关系;草原火集中在降水较少、风速较大的春、秋两季.中国内蒙古自治区的人口密度和载畜密度远高于蒙古人民共和国,而过火率则相反,表明人文因素,尤其是过度放牧是导致中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国火行为差异的主要原因.     

内蒙古草原典型植物对土壤微生物群落的影响

为了分析内蒙古草原不同植物物种对土壤微生物群落的影响, 采用实时荧光定量PCR (real-time PCR)以及末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP)等分子生物学技术, 测定了退化-恢复样地上几种典型植物的根际土壤和非根际土壤中细菌和真菌的数量及群落结构。结果表明, 不同植物物种对根际和非根际细菌及根际真菌数量均有显著影响。根际土壤中的细菌和真菌数量普遍高于非根际土壤, 尤其以真菌更为明显。对T-RFLP数据进行多响应置换过程(multi-response permutation procedures, MRPP)分析和主成分分析(principal component analysis, PCA), 结果表明, 大多数物种的根际细菌及真菌的群落结构与非根际有明显差异, 并且所有物种的真菌群落可以按根际和非根际明显分为两大类群。此外, 细菌和真菌群落结构在一定程度上存在按物种聚类的现象, 以细菌较为明显。这些结果揭示了不同植物对土壤微生物群落的影响特征, 对理解内蒙古草原地区退化及恢复过程中植被演替引起的土壤性质和功能的变化有一定的帮助。     

Plant species diversity is correlated with climatic factors differently at the community and the functional group levels: A case study of desert steppe in Inner Mongolia,China

In the desert steppe of Inner Mongolia, mean annual precipitation was found to be the dominant factor that correlated positively with species richness at the community level and for the perennial forb functional group. Shrub and semi-shrub functional group exhibited positive correlation with mean temperature of the coldest month.     

Water Content Differences Have Stronger Effects than Plant Functional Groups on Soil Bacteria in a Steppe Ecosystem

Many investigations across natural and artificial plant diversity gradients have reported that both soil physicochemical factors and plant community composition affect soil microbial communities. To test the effect of plant diversity loss on soil bacterial communities, we conducted a five-year plant functional group removal experiment in a steppe ecosystem in Inner Mongolia (China). We found that the number and composition type of plant functional groups had no effect on bacterial diversity and community composition, or on the relative abundance of major taxa. In contrast, bacterial community patterns were significantly structured by soil water content differences among plots. Our results support researches that suggest that water availability is the key factor structuring soil bacterial communities in this semi-arid ecosystem.     

Effect of Abandonment on Diversity and Abundance of Free-Living Nitrogen-Fixing Bacteria and Total Bacteria in the Cropland Soils of Hulun Buir,Inner Mongolia

In Inner Mongolia, steppe grasslands face desertification or degradation because of human over activity. One of the reasons for this condition is that croplands have been abandoned after inappropriate agricultural management. The soils in these croplands present heterogeneous environments in which conditions affecting microbial growth and diversity fluctuate widely in space and time. In this study, we assessed the molecular ecology of total and free-living nitrogen-fixing bacterial communities in soils from steppe grasslands and croplands that were abandoned for different periods (1, 5, and 25 years) and compared the degree of recovery. The abandoned croplands included in the study were natural restoration areas without human activity. Denaturing gradient gel electrophoresis and quantitative PCR (qPCR) were used to analyze the nifH and 16S rRNA genes to study free-living diazotrophs and the total bacterial community, respectively. The diversities of free-living nitrogen fixers and total bacteria were significantly different between each site (P<0.001). Neither the total bacteria nor nifH gene community structure of a cropland abandoned for 25 years was significantly different from those of steppe grasslands. In contrast, results of qPCR analysis of free-living nitrogen fixers and total bacteria showed significantly high abundance levels in steppe grassland (P<0.01 and P<0.03, respectively). In this study, the microbial communities and their gene abundances were assessed in croplands that had been abandoned for different periods. An understanding of how environmental factors and changes in microbial communities affect abandoned croplands could aid in appropriate soil management to optimize the structures of soil microorganisms.     

不同草原类型针茅根部内生真菌群落结构

为了解我国北方不同草原类型中针茅根部内生真菌的群落结构及多样性变化,从新疆、甘肃、内蒙古3省(区)选择了6种不同草原类型(亚高山草甸、高山草甸、戈壁、荒漠草原、典型草原和草甸草原),进行针茅根部组织内生真菌的研究.共分离得到针茅根部内生真菌213株,根据序列的相似性(以97%为阈值),共获得51个真菌分类操作单元(OTUs),覆盖了4门7纲23科27属.在门的水平上子囊菌门真菌为绝对优势菌群,占分离真菌总数的93.4%,在各草原类型中均有分布;6种草原类型中针茅根部内生真菌的优势属差别较大,仅子囊菌门的镰孢菌属为各草原类型共有优势属,占分离真菌总数的41.3%,亚高山草甸的微结节霉属、高山草甸的Saccharicola和短梗霉属、戈壁的弯孢属和根霉属以及草甸草原的木霉属,为各草原类型中针茅根部内生真菌的优势属.高山草甸针茅根部内生真菌群落覆盖的门和属最多,Margalef丰富度指数和香农多样性指数最高,均匀度指数仅次于荒漠草原;而荒漠草原的Margalef丰富度指数最低,典型草原的多样性指数和均匀度指数最低.高山草甸和荒漠草原的内生真菌群落结构与其他草原类型之间的相似性系数都较低,分别为0.12～0.25和0.13～0.22,其他几种草原类型之间相似性相对较高,尤其是典型草原和草甸草原之间相似性系数为0.60.冗余分析(RDA)表明,海拔和纬度是影响6种草原类型中针茅根部内生真菌群落结构变化的主要环境因子.     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。