【摘 要】
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大气氮沉降增加和降水格局变化作为全球气候变化的重要现象,对草地生态系统的影响已成为生态学领域研究的热点问题,荒漠草原受到水分和养分双重限制,对全球变化有着先行指示者的作用。研究氮沉降和降水变化对荒漠草原生态系统土壤微生物群落的影响,可为全面分析和评估全球变化对草原生态系统的影响,草地的合理利用、生物多样性保护和退化草地的恢复提供理论依据。本研究基于短花针茅荒漠草原外源氮素添加和水分变化模拟氮沉降和
【基金项目】
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国家自然科学基金“氮沉降和降水变化对短花针茅荒漠草原土壤动物群落结构和多样性的影响与机制”(4176010113);
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大气氮沉降增加和降水格局变化作为全球气候变化的重要现象,对草地生态系统的影响已成为生态学领域研究的热点问题,荒漠草原受到水分和养分双重限制,对全球变化有着先行指示者的作用。研究氮沉降和降水变化对荒漠草原生态系统土壤微生物群落的影响,可为全面分析和评估全球变化对草原生态系统的影响,草地的合理利用、生物多样性保护和退化草地的恢复提供理论依据。本研究基于短花针茅荒漠草原外源氮素添加和水分变化模拟氮沉降和降水变化的野外控制试验平台,试验设4个氮添加水平(0,30,50,100 kg·N·hm-2·a-1)和3个水分处理(自然降雨、增雨30%和减雨30%),采用高通量测序技术,研究氮沉降和降水变化对内蒙古短花针茅荒漠草原土壤细菌和真菌群落结构及其多样性的影响。主要结果如下:(1)短花针茅荒漠草原土壤细菌群落结构和多样性对不同氮素添加和水分变化的响应不同。土壤细菌群落中占优势的门类为放线菌门Actinobacteria(34.61%~49.13%)、变形菌门Proteobacteria(13.09%~22.07%)、绿弯菌门Chloroflexi(11.99%~20.22%)、酸杆菌门Acidobacteria(7.88%~20.15%)、芽单胞菌门Gemmatimonadetes(1.82%~4.28%)。其中,放线菌纲、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门的相对丰度变化显著,可作为短花针茅荒漠草原土壤细菌群落结构变化的指示种。氮素添加和水分变化改变了土壤细菌群落结构,水分变化极显著影响土壤细菌多样性,增雨处理相比同氮素水平下的其他水分处理显著提高了细菌群落的多样性。不同水氮处理对土壤细菌群落代谢功能基因的多样性和基因相对丰度变化的影响均不明显。(2)短花针茅荒漠草原土壤真菌群落结构和多样性对不同氮素添加和水分变化的响应不同。土壤真菌群落中占优势的门类为子囊菌门Ascomycota(36%~76%)、Mortierellomycota(3.2%~43.6%)、担子菌门Basidiomycota(5.85%~31.22%)、球囊菌门,Glomeromycota(1.32%~7.14%)、壶菌门Chytridiomycota(0.24%~6.12%)、斜纹菌门Olpidiomycota(0.13%~1.34%)。其中,子囊菌门的Curvularia属、球菌门的Claroideoglomeraceae科的相对丰度变化最明显,可作为短花针茅荒漠草原土壤真菌群落结构变化的指示种。氮素添加和水分变化改变了土壤真菌群落结构,水分变化对土壤真菌群落丰富度有极显著影响。不同水氮处理对真菌群落代谢功能基因多样性变化的影响相似,但对功能基因相对丰度的变化有所差异。(3)不同氮素添加和水分变化对植物特征、土壤理化性质和土壤酶活性的影响不同。水分变化极显著影响植物地上生物量和多样性指数,氮素添加促进了植物地上生物量的积累,对植物多样性指数的影响显著,水分添加放大了氮添加对植物多样性和地上生物量的正面效应。相同水分条件下,氮素添加会导致土壤p H值的降低以及土壤速效含量的积累。不同氮素添加和水分变化对土壤有机碳和全氮含量的影响未达到显著水平。水分变化对土壤含水量的影响极显著,水分变化与氮素添加极显著影响土壤p H值,水分、氮素、水氮交互作用均对土壤速效氮含量产生极显著影响。水分变化极显著影响土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性,氮素处理极显著影响土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性,水氮交互作用对土壤过氧化氢酶活性的影响显著。土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性与土壤硝态氮含量呈极显著的负相关性。(4)不同氮素添加和水分变化下,影响土壤细菌群落发生变化的主要因素是植物生物量、土壤含水量、p H值、NO3--N含量、蔗糖酶和脲酶活性。改变土壤真菌群落的主要因素是土壤p H值、NH4+-N含量、过氧化氢酶活性。不同生物及其多样性对氮素添加和水分变化的响应不同,要揭示氮素添加和水分变化对草原生态系统的影响,还需针对多种生物进行更加深入、长期、综合的联网研究。
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