黃土高原退耕還草區(qū)土壤微生物群落研究.pdf

1、植被恢復(fù)作為防治水土流失和修復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)的有效手段，在黃土高原地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。植物群落的恢復(fù)和演替受到植物-土壤反饋機(jī)制的深刻影響，而微生物群落在其反饋機(jī)制和植物群落結(jié)構(gòu)塑造中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。本文選取黃土高原退耕還草區(qū)不同恢復(fù)年限的草地作為主要研究對(duì)象，基于高通量測(cè)序的分子生物學(xué)技術(shù)，研究植被恢復(fù)過(guò)程土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、組成和功能多樣性的響應(yīng)以及植物-微生物群落相互作用的特征，揭示植被恢復(fù)對(duì)微生物分類(lèi)和功能多樣性以及地上-地下生

2、物群落相互作用的影響機(jī)制。主要結(jié)論如下:
　　(1)在微生物類(lèi)群多樣性方面:草地自然恢復(fù)顯著地改變了土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)，基于Bray-Curtis和Unifrac距離的統(tǒng)計(jì)分析表明，不同恢復(fù)年限的土壤細(xì)菌和真菌群落組成差異均顯著。細(xì)菌群落中相對(duì)豐度最高的門(mén)為放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)，其次是變形菌門(mén)(Proteobacteria)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)和綠彎菌門(mén)(Chloroflexi);而真菌

3、群落主要由子囊菌門(mén)(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(mén)(Basidiomycota)和接合菌門(mén)(Zygomycota)構(gòu)成。土壤細(xì)菌和真菌群落的alpha多樣性均隨著恢復(fù)年限的增加而顯著提高，而兩者群落組成的相似度均表現(xiàn)出顯著的時(shí)間衰減趨勢(shì)。細(xì)菌和真菌的結(jié)構(gòu)、組成和多樣性均受到環(huán)境因子的影響，其中pH、有機(jī)質(zhì)和總氮是造成微生物類(lèi)群構(gòu)成差異的主要驅(qū)動(dòng)因素。
　　(2)在微生物功能多樣性方面:宏基因組測(cè)序表明自然恢復(fù)草地和農(nóng)田土壤微生物

4、類(lèi)群的功能alpha多樣性和beta多樣性均顯著不同，自然恢復(fù)30年的草地存在最高的功能alpha多樣性。在測(cè)定的環(huán)境因子中，土壤有機(jī)質(zhì)是造成微生物群落功能多種性差異的主導(dǎo)因素。通過(guò)KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，草地土壤微生物與能量代謝、碳水化合物代謝和外源物質(zhì)降解與代謝相關(guān)的功能基因類(lèi)群相對(duì)豐度較農(nóng)田顯著提高;而與氨基酸代謝、多糖合成與代謝、復(fù)制與修復(fù)和細(xì)胞生長(zhǎng)與凋亡相關(guān)的功能基因在農(nóng)田中具有較高的相對(duì)豐度;通過(guò)CAZy數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，草地

5、自然恢復(fù)增加了碳水化合物降解酶基因的相對(duì)豐度，包括GH3、GH13和GH15等類(lèi)群。
　　(3)植物-微生物群落相互作用方面:在草地恢復(fù)過(guò)程中地上植被和地下微生物群落間具有顯著的相互作用，其中土壤細(xì)菌和真菌群落的alpha多樣性均隨著植物alpha多樣性的增加而顯著增大，植物群落的alpha多樣性可以作為細(xì)菌和真菌群落alpha多樣性的顯著預(yù)測(cè)因子。在beta多樣性方面，植物群落的beta多樣性與土壤細(xì)菌和真菌群落的beta多樣性