极端干旱对温带荒漠土壤真菌群落和生态网络的影响

评估极端干旱对温带荒漠土壤真菌群落的影响有助于进一步认识干旱导致的区域荒漠化特征。本研究利用在古尔班通古特沙漠建立的干旱三年和干旱十年样地, 分析了长期极端干旱对温带荒漠土壤真菌群落和生态网络的影响。结果显示, 干旱三年与干旱十年处理对总真菌和丰富真菌的Chao1和Shannon多样性指数均无显著性影响, 而对稀有真菌的Shannon多样性指数有显著促进作用; 干旱三年和干旱十年处理显著影响总真菌、丰富和稀有真菌的群落组成, 且极端干旱对稀有真菌群落变异的影响(ANOSIM, R = 0.378-0.595, P < 0.01)大于对丰富真菌的影响(ANOSIM, R = 0.282-0.555, P < 0.01), 表明丰富真菌具有更强的干旱抵抗力; 另外, 极端干旱显著降低了总真菌、丰富和稀有真菌的β多样性, 表明极端干旱具有生态过滤作用。分子生态网络结果显示, 干旱三年与干旱十年处理降低了荒漠土壤真菌群落网络复杂性, 表明极端干旱减弱了真菌物种间的相互作用; 相比稀有真菌, 丰富真菌具有更高的节点拓扑参数(P < 0.05), 表明丰富真菌对维持极端干旱下的真菌物种间相互作用的重要性。综上所述, 极端干旱显著改变了荒漠表层土壤真菌群落组成, 减弱了真菌物种间的相互作用; 稀有真菌敏感响应极端干旱, 有利于减缓荒漠土壤真菌群落响应的滞后性; 丰富真菌作为网络的核心菌群, 对维持极端干旱下的真菌群落稳定性以及物种间的相互作用很关键。     

荒漠藓类植物死亡对表层土壤酶活性的影响

土壤胞外酶作为土壤生物化学反应的催化剂,直接驱动了土壤物质循环和能量流动过程。全球气候变化和土地利用类型改变致使维持荒漠地表稳定的生物土壤结皮中的藓类植物出现不同程度的死亡,然而,藓类植物的死亡将如何影响荒漠表层土壤养分循环过程仍缺乏研究。该研究选取新疆古尔班通古特沙漠优势藓类结皮为研究对象,测定了自然存活及自然死亡藓类结皮下不同土层(0–2、2–5、5–10、10–20cm)碳氮磷循环相关酶活性。结果发现:除蔗糖酶外,藓类植物死亡显著影响了β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、脲酶、硝酸还原酶、植酸酶和碱性磷酸酶活性,并随土壤深度的增加酶活性逐渐递减。同时,藓类植物死亡显著抑制了植酸酶活性,促进了与碳氮磷循环相关的土壤酶活性。土壤碳氮循环相关酶活性与土壤有机碳、全氮、NO₃^–-N和NH₄⁺-N含量显著正相关,与pH显著负相关;植酸酶、碱性磷酸酶活性与土壤全磷、速效磷含量相关性不显著。荒漠藓类植物的死亡,在短期内显著改变了土壤酶系统,加速了土壤养分循环。     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮对氨氧化微生物生态位的影响

生物结皮作为荒漠地表的重要覆被类型, 在荒漠生态系统的氮素循环中扮演重要角色。融雪期为古尔班通古特沙漠生物结皮的复苏和生长提供了充足的水分, 也成为该沙漠氮素固定和转化的重要时期, 但该时期生物结皮如何影响驱动氨氧化转化的微生物群落动态尚未明确。因此, 我们利用荧光定量PCR (fluorescent quantitative PCR, qPCR)方法分析融雪期生物结皮与去除结皮不同土层(0-2, 2-5, 5-10和10-20 cm)氨氧化菌群丰度特征, 结合潜在硝化速率和土壤理化参数, 探究融雪期生物结皮对荒漠土壤氮素转化作用。结果表明: 氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)是古尔班通古特沙漠土壤优势氨氧化菌, 生物结皮对0-2 cm层土壤中AOA、氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB) amoA基因丰度具有显著抑制作用(P < 0.01), 对10-20 cm层土壤中AOA amoA基因丰度具有显著促进作用(P < 0.01)。冗余分析(redundancy analysis, RDA)表明, AOA、AOB amoA基因丰度主要受土壤含水量和铵态氮含量的影响, 占总条件效应的54.90%。氨氧化速率分析发现, 去除生物结皮显著降低古尔班通古特沙漠土壤硝化作用潜力(P < 0.001), 证实生物结皮对荒漠土壤氮素转化具有重要的调控作用。综上所述, 古尔班通古特沙漠氨氧化微生物的分布规律受环境因子调控, 特别是生物结皮可以通过调节土壤含水量和铵态氮含量影响AOA和AOB的空间生态位分化, 促进沙漠土壤的硝化作用。     

降水对古尔班通古特沙漠细菌群落多样性和构建过程的影响

明确荒漠降水对细菌群落多样性和群落构建过程的影响,有助于进一步认识荒漠土壤细菌群落结构和功能对降水变化的响应及反馈机制。基于古尔班通古特沙漠区域降水梯度上的土壤细菌群落高通量测序数据,比较分析了降水差异对总细菌、高丰度及低丰度细菌类群多样性和群落组成的影响,使用零模型(null model)方法分析确定性过程和随机性过程对细菌群落构建的相对重要性。结果表明:绿弯菌门是高丰度与低丰度细菌类群优势细菌门。沿降水梯度总细菌和高丰度细菌类群的丰富度及Shannon多样性指数无显著差异,随降水减少,低丰度细菌类群的丰富度和Shannon多样性显著降低(P <0.05);降水差异显著影响不同丰度细菌类群的群落组成,且沿降水梯度,低丰度细菌的群落变异与物种空间周转大于高丰度与总细菌类群,表明荒漠不同丰度细菌类群差异响应区域小范围降水梯度,低丰度细菌类群对区域降水变化具有强敏感性,而总细菌和高丰度细菌类群对降水变化具有较强的抵抗力;零模型分析显示,扩散限制主导古尔班通古特沙漠不同降水样点细菌的群落构建过程,而荒漠低丰度细菌类群同时还受到强的异质选择作用(43.0%),表明荒漠降水差异增强了低丰度...