青藏高原高寒草甸土壤生物多樣性對土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的影響.pdf

1、青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)是全球氣候變化下的敏感系統(tǒng)，理解其土壤微生物群落和生態(tài)功能的關(guān)系對于預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)在全球環(huán)境變化下的影響及有效進行生態(tài)系統(tǒng)管理均具有重要價值。本研究結(jié)合野外長期施肥干擾影響和室內(nèi)短期的土壤接種懸液稀釋法構(gòu)建具有不同多樣性梯度的微生物群落，探究施肥管理措施、土壤微生物多樣性、土壤資源與土壤生態(tài)系統(tǒng)功能（如植物生產(chǎn)力和凋落物分解）之間的關(guān)系。主要研究結(jié)果表明:
　　1)連續(xù)稀釋法構(gòu)建土壤微生物群落的實驗中，培養(yǎng)8

2、個月穩(wěn)定群落后，伴隨稀釋梯度的增加（即多樣性水平下降），無論施肥與否，土壤酸堿度(pH)，土壤可溶性有機碳(DOC)土壤銨態(tài)氮(NH4+-N)含量升高，而土壤電導(dǎo)率(EC)，可溶性有機氮(DON)和土壤硝態(tài)氮(NO3--N)含量降低，這與土壤中微生物多樣性和豐富度顯著下降有關(guān)。通過對微生物群落不同多樣性水平(細菌基因型多樣性-16S rRNA基因，表型多樣性-磷脂脂肪酸(PLFA)，功能型多樣性-微生物碳源利用）研究發(fā)現(xiàn)，隨著稀釋梯度的

3、增加，微生物基因型多樣性，表型多樣性和功能多樣性總體下降。施肥處理有增加基因多樣性，降低表型多樣性和功能多樣性的趨勢。土壤累計二氧化碳(CO2)釋放量（代表土壤有機碳的礦化），無論施肥與否，隨著稀釋梯度的增加逐漸下降。從PCA分析看，參與土壤碳氮磷循環(huán)的酶活性和Biolog Eco單一碳源利用的結(jié)果表明，高稀釋梯度水平下(10-7和10-8 g/g)土壤功能發(fā)生較大的改變。土壤有機碳礦化、酶活性和微生物碳源利用的結(jié)果說明土壤微生物多樣性

4、顯著影響有機物分解過程等重要的土壤生態(tài)功能。
　　2)土壤微生物多樣性與植物（以垂穗披肩草Elymus nutans Griseb代表該地的優(yōu)勢種）生產(chǎn)力關(guān)系的結(jié)果表明，施肥處理下微生物多樣性與植物總生物量(R2=0.96，P＜0.01)、植物總吸氮量(R2=0.96，P＜0.05)、植物總吸鉀量(R2=0.87，P＜0.05)和未施肥處理下莖葉生物量(R2=0.95，P＜0.01)呈正相關(guān)，即隨著微生物多樣性的下降，植物生物量和

5、養(yǎng)分吸收量逐漸下降;未施肥處理下，微生物多樣性與根系生物量(R2=0.95，P＜0.01)、植物總吸氮量(R2=0.96，P＜0.05)、莖葉吸氮量(R2=0.96，P＜0.05)、根系吸鉀量(R2=0.89，P＜0.01)呈單峰關(guān)系，即隨著微生物多樣性的下降，植物生物量和養(yǎng)分吸收量先升高后下降。說明微生物多樣性與植物生物量和養(yǎng)分的關(guān)系是互相依賴的，但受生物競爭和生境資源狀況的影響表現(xiàn)不同。RDA分析顯示，未施肥處理下，植物與微生物之間

6、的競爭程度的可能增加可以導(dǎo)致高多樣性土壤內(nèi)養(yǎng)分有效性降低，但是微生物對的分解作用促進土壤可溶性有機氮提高，可能部分補償了有效養(yǎng)分對植物生長的限制。
　　3)微生物多樣性與有機物分解功能穩(wěn)定性關(guān)系的結(jié)果表明:熱脅迫顯著增加土壤DOC和DON(P＜0.01)。隨著微生物多樣性的降低，施肥和未施肥處理下的DOC和施肥處理下的DON增加(P＜0.01)。微生物多樣性和熱脅迫對細菌和真菌的多樣性產(chǎn)生顯著影響(P＜0.01)。隨著微生物多樣性

7、的下降，細菌多樣性呈下降趨勢，尤其在高微生物多樣性水平下，熱脅迫顯著降低細菌多樣性;真菌多樣性存在一定的波動，但在低微生物多樣性水平中熱脅迫顯著降低土壤中真菌多樣性（P＜0.01）。加熱處理顯著降低了土壤累計碳礦化，同時，隨著微生物多樣性的降低，土壤累計碳礦化顯著下降。PCA結(jié)果表明熱脅迫后土壤酶活性的差異主要由微生物多樣性決定，說明高多樣性水平下的微生物在維持土壤生態(tài)功能穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用。
　　綜上所述，連續(xù)稀釋法總體降低微