降水变化对高寒草甸土壤线虫群落的影响

土壤线虫是土壤食物网结构和功能的重要指示生物,研究降水变化对高寒草甸土壤线虫群落的影响可以了解高寒草甸地下食物网结构和功能对气候变化的响应。2015年12月在川西北高寒草甸设置了3个减水处理（-90%、-50%、-30%）、1个自然降水（CK）和1个增水处理（+50%）共5个降水梯度的实验,各梯度对应的年降水量依次为88 mm、442 mm、618 mm、883 mm和1325 mm左右。2020年9月对各处理样地的土壤线虫群落、植物和土壤环境因子进行了调查,用Baermann法分离土壤线虫,并对土壤线虫的群落组成结构、密度、多样性和生态指数等进行了分析。结果表明：（1）随年降水量的增加,土壤线虫群落组成结构和密度发生显著变化,多样性指数无显著变化;食真菌线虫相对密度显著降低,而植物寄生线虫相对密度显著增加;（2）当年降水量小于442 mm时,线虫群落密度及各营养类群线虫密度均显著下降;年降水量大于442 mm时,食真菌线虫密度显著下降,植物寄生线虫密度显著增加,以食细菌和食真菌线虫为主的营养结构转变为以食细菌和植物寄生线虫为主;（3）当年降水量大于883 mm时,土壤线虫群落密度无显著变化,但0-10 cm土层的通道指数小于50,土壤有机质的细菌分解途径功能得到增强,不利于土壤碳及养分累积;（4）年降水量变化及其引起的土壤含水量、全氮和pH变化是影响土壤线虫群落的主要因子。研究结果表明,如果未来气候变化导致青藏高原东缘变得更湿润,对高寒草甸生态系统的线虫群落密度及多样性影响较弱,但对土壤食物网结构及功能影响较强。     

青藏高原高寒草甸土壤环境对线虫功能多样性的影响

土壤线虫是地下食物网的重要组成部分, 在生态系统能量流动和物质循环中起着至关重要的作用。大量研究报道了肥力等土壤环境对土壤线虫物种多样性及各功能群多度的影响, 而我们对土壤线虫功能多样性如何响应土壤环境变化依然知之甚少。本研究以群落水平个体大小和个体大小多样性表征土壤线虫功能多样性。在青藏高原高寒草甸选择3个研究点, 调查和分析了不同生境(沟底平地、阴坡、阳坡和山顶)土壤线虫物种多样性、各功能群多度和功能多样性及其与土壤理化因子和植物多样性的关系。结果表明: (1)土壤线虫个体多度和物种多样性在阳坡最高, 随土壤pH值和土壤总磷增加而升高; 而基于个体大小的土壤线虫功能多样性主要受土壤养分影响, 随土壤总氮和有机质增加而增加, 随土壤总磷含量增加而减少; (2)食细菌和食真菌线虫多度在沟底最高, 植食与捕食杂食线虫多度在山顶最低; 除捕食杂食线虫外, 各功能群多度也主要随土壤磷增加而升高; 除食真菌线虫外, 各功能群多度随植物物种丰富度的增加而减少。本研究强调了土壤线虫物种和功能多样性受不同土壤环境因子的影响, 丰富了土壤线虫多样性研究的内容, 为理解高寒草甸土壤动物多样性形成、维持和变化提供了更广阔的 视角。     

基于高通量测序的两种高寒草甸土壤原核生物群落特征研究

土壤微生物在生态系统中具有重要的生态功能,研究青藏高原高寒草甸的土壤原核生物群落组成及其主要影响因子,对揭示青藏高原独特的微生物地理区系和预测全球环境变化的影响有重要意义。利用Illumina Miseq高通量测序技术,结合分子生态网络,对青藏高原高寒沼泽化草甸和高寒草甸的土壤原核生物的群落组成特征进行了分析。结果共检测到23145个OTUs,可分为2个古细菌类群和33个已知的细菌类群;其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门为土壤的优势菌群,相对丰度累计超过79%;高寒草甸原核生物的多样性高于高寒沼泽化草甸,两种草甸类型原核生物群落特征具有显著差异性(P0.001)。分子生态网络分析表明,高寒草甸网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性,使其比高寒沼泽化草甸网络更能抵抗外界环境变化,在应对气候变化时具有更高的稳定性;典范对应分析(CCA)和分子生态网络的分析结果均表明,土壤p H值是影响土壤原核生物群落特征的主要影响因子。综上所述,土壤微生物群落的组成变化对于评估其对全球气候变化的响应具有重要的指示作用,土壤原核生物群落特征在不同的高寒草甸土壤中具有显著差异,了解其变化规律和影响因子,能为高寒草甸生态系统的适应性管理和应对气候变化提供理论依据。     

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.     

增温对青藏高原高寒沼泽草甸不同时期土壤酶活性的影响

为研究青藏高原多年冻土区土壤酶活性对气候变暖的响应特征,选择北麓河地区高寒沼泽草甸为研究对象,利用开顶式生长室(OTC)进行模拟增温试验,在7月份、12月份分别对增温和对照样地土壤进行分层取样,并对不同深度土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和磷酸酶的活性进行分析测定。结果表明:在夏季7月份,增温作用下近地表月平均气温升高4.55℃,不同深度的土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性均有降低趋势,但未达到显著水平(P>0.05)。土壤蔗糖酶活性与土壤水分和根系生物量呈显著相关关系;在冬季12月份,增温作用下近地表月平均温度升高6.64℃,不同深度的土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性均有所提高,且在20—50 cm深度的土壤蔗糖酶和磷酸酶活性和40—50cm深度的土壤脲酶和过氧化氢酶活性变化均达到显著水平(P<0.05)。四种土壤酶活性与土壤温度和水分均呈显著相关关系。在深度变化上,夏季增温样地四种土壤酶活性总体随土层深度增加而降低,而冬季随土层深度增加而显著升高(P<0.05)。增温处理下,不同土层深度冬季四种土壤酶的活性总体均大于夏季,且在40—50 cm深度上差异显...     

围封对退化高寒草甸土壤微生物群落多样性及土壤化学计量特征的影响

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著.高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0%～32.7%.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.     

短期围封对西藏北部高寒草甸土壤线虫群落的影响

为了解放牧对高寒草甸的影响,以及围封对高寒草甸的恢复作用,2013年5月、8月、10月,分别对藏北短期围封高寒草甸和自由放牧高寒草甸不同深度土层的土壤线虫群落及土壤理化性质等进行了调查。调查结果表明,3a围封提高了土壤全氮、磷、钾及土壤有机质含量,土壤保水能力也明显提高;围封使土壤线虫个体密度下降,但物种多样性和丰富度却提高了;围封使土壤线虫群落中的植食性线虫所占比重呈下降趋势,食真菌线虫比重加大。短期围封有利于高寒草甸生态系统的正向演替,使之向更稳定的方向发展,同时,土壤线虫数量对土壤理化性质变化有明显的响应,通过土壤线虫群落的群落特征可以反映放牧干扰及围封对高寒草甸生态系统的影响。     

高寒草甸退化对土壤昆虫多样性的影响

土壤昆虫是陆地生态系统的重要组成部分,在物质循环和能量转化过程中起着重要的作用。为了查明高寒草甸生态系统退化对土壤昆虫群落的影响,于2011年的4、5、7和10月份别对青藏东缘的若尔盖高寒草甸的沼泽草甸、草原草甸、中度退化草甸和重度退化草甸的土壤昆虫群落进行了调查。共捕获土壤昆虫4172只,隶属于8目35科,共46类。优势类群有尖眼蕈蚊科幼虫(Sciaridae larvae)、摇蚊科幼虫(Chironomidae larvae)和象甲科幼虫(Curculionidae larvae),其中尖眼蕈蚊科幼虫为各退化阶段的共同优势类群。重度退化草甸的土壤昆虫密度和多样性指数均显著低于其它退化阶段(P0.01)。各退化阶段间的Sorenson相似性和Morisita-Horn相似性指数变化趋势表明退化对土壤昆虫的类群组和优势类群的个体数量影响较大。而土壤昆虫的群落密度和多样性指数的季节动态在不同退化阶段间也存在差异。此外,高寒草甸的退化还可影响昆虫群落优势类群的时空分布,但不同类群间存在差异。相关分析结果表明土壤昆虫多样性与土壤p H值呈显著负相关(P0.01),与地下生物量和磷含量呈显著正相关(P0.01),而密度仅与p H值呈显著负相关(P0.01)。研究结果表明高寒草甸退化可通过改变植物群落及土壤等环境因子影响土壤昆虫群落组成和多样性的空间分布和季节动态。     

天然高寒草地转变为燕麦人工草地对土壤线虫群落的影响

为查明高寒草地上种植燕麦(Avena sativa)对土壤线虫群落的影响,于2014年7、9月用土钻法和湿漏斗法(Baermann法)对西南民族大学青藏高原畜牧业高科技研发示范基地内燕麦地(Oat grassland,OG)和天然草地(Natural grassland,NG)的土壤线虫群落进行调查。共分离土壤线虫10179条,隶属于2纲8目50科143属,平均密度477条/100g干土。燕麦地与天然草地土壤线虫群落结构具有明显差异,影响群落结构的主要类群为拟丽突属(Acrobeloides)、原杆属(Protorhabditis)、丝尾垫刃属(Filenchus)和盘旋属(Rotylenchus),但不同月份间存在差异。燕麦地的土壤线虫群落密度、食细菌线虫密度、食真菌线虫密度和自由生活线虫成熟度指数(MI)均显著高于天然草地(P<0.01;P<0.05;P<0.001;P<0.01),植物寄生线虫成熟度指数(PPI)则显著低于天然草地(P<0.05)。两种草地7月份的土壤线虫群落类群数和香农多样性指数(H′)均显著低于9月(P<0.05),仅燕麦地...     

青藏高原高寒草甸不同季节土壤理化性质及酶活性对施肥处理的响应

分析了青藏高原东缘高寒草甸不同施肥处理对土壤全量养分、速效养分、pH、含水量、有机碳和土壤脲酶活性的影响,以揭示高寒草甸土壤养分和酶活性对施肥的响应。结果表明:(1)随施肥量的增加,土壤pH明显趋于降低,施肥引起高寒草甸土壤酸化;全磷、速效磷均显著增大;(2)土壤全氮、有机碳和脲酶活性随施肥量增加呈单峰曲线变化,在施肥量为30或60g·m-2时最高,施肥量增加到90g·m-2时土壤资源逐渐降低;(3)季节变化对土壤养分也有一定的影响,全氮和全磷含量均于9月份较高,而速效氮含量一般于9月份较低,而速效磷含量5月份较低;(4)施肥对土壤养分的影响并不是简单的线性正相关关系,30~60g·m-2施肥量可作为高寒草甸最佳施肥水平。施肥处理下土壤有机碳和脲酶活性可作为衡量土壤肥力和土壤质量变化的重要指标。高施肥量(≥90g·m-2)可作为影响高寒草甸土壤养分及土壤酶活性的阈值。     

放牧对青藏高原东部两种典型高寒草地类型凋落物分解的影响

为认识放牧对青藏高原东部中生性的高寒草甸草地和半湿生的沼泽草地凋落物分解的影响,在这两种草地上分别设置了围栏和放牧样地,研究了其各自的混合凋落物样品和4个优势物种(发草Deschampsiacaespitos、鹅绒委陵菜Potentilla anserine、木里苔草Carexmuliensis、藏嵩草Kobresiatibetica)凋落物的分解和养分释放动态,这4个优势物种也大致代表了当地沼泽草地生态系统在放牧和气候变暖驱动下逆行演替不同阶段的优势物种类群。结果表明,各优势物种凋落物的分解速率有显著差异;放牧在总体上促进了凋落物的分解,但不同物种的响应有所不同;放牧对凋落物C的释放影响不显著或有抑制作用,但对N、P的释放具有一定促进作用。对各优势物种凋落物分解和养分释放模式的分析表明,群落逆行演替过程中,凋落物分解和C释放加速,可能促进沼泽湿地退化的正反馈效应。草甸草地的退化标志物种鹅绒委陵菜具有较高的凋落物质量和分解速度,反映了中生条件下植物应对牲畜啃食采用"逃避"而非"抵抗"策略的趋向。