王 敏,劉旻霞,王千月,苗樂(lè)樂(lè),楊春亮,肖音迪

瑪曲高寒退化草地土壤-微生物特征及相互作用

王 敏,劉旻霞*,王千月,苗樂(lè)樂(lè),楊春亮,肖音迪

(西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

以甘肅省甘南藏族自治州瑪曲縣4種不同退化程度的高寒草地為研究對(duì)象,測(cè)定和分析了土壤理化因子以及土壤微生物群落變化特征.結(jié)果表明:土壤含水量、土壤有機(jī)碳、全氮、全磷的含量隨草地退化加劇顯著下降(<0.05),土壤pH值和土壤電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)則與之相反.通過(guò)高通量測(cè)序,分析得到在無(wú)、輕度、中度、重度退化草地的細(xì)菌、真菌OTU數(shù)量分別為1927、2011、2040、1798以及1492、1511、1383、1466個(gè);無(wú)、輕度、中度、重度退化草地特有的細(xì)菌、真菌OTU數(shù)量分別為588、513、691、409和116、112、73、79個(gè).土壤微生物群落細(xì)菌數(shù)量占明顯優(yōu)勢(shì),多樣性隨草地退化整體下降.土壤細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌群變形菌門在中度退化草地上的相對(duì)豐度達(dá)到最大為45%;土壤真菌優(yōu)勢(shì)菌群子囊菌門在無(wú)退化草地上的相對(duì)豐度最大為89%.RDA分析中,土壤電導(dǎo)率、有機(jī)碳、含水量、全氮、全磷和pH值是影響土壤細(xì)菌的主要因子,土壤全磷、全氮和有機(jī)碳是影響土壤真菌的主要因子.

瑪曲縣；退化草地；土壤微生物；高通量測(cè)序技術(shù)；冗余分析

草地是陸域生態(tài)系統(tǒng)的重要成分,是牧區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基石[1].草地在保護(hù)土壤、涵養(yǎng)水源、調(diào)控天氣、保護(hù)生物多樣性等方面,有著巨大的生態(tài)功效[2].然而,由于氣候變化、管理不當(dāng)、超載過(guò)牧等,我國(guó)90%左右的草地生態(tài)系統(tǒng)處于不同程度的退化狀態(tài)[3].

近年來(lái),針對(duì)退化草原問(wèn)題的研究主要集中在植被結(jié)構(gòu)、土壤特性和土壤微生物三個(gè)方面.研究者對(duì)中國(guó)三江源地區(qū)的高寒草甸草地進(jìn)行了深入研究,發(fā)現(xiàn)隨著退化程度的加劇,植物種群構(gòu)成發(fā)生明顯變化,生物多樣性、均勻性、生物量和土壤營(yíng)養(yǎng)特征出現(xiàn)下降趨勢(shì)[4].另一部分學(xué)者關(guān)注土壤特性,發(fā)現(xiàn)土壤營(yíng)養(yǎng)特征、酶活性和重金屬含量呈波浪形變化,與草地退化程度相關(guān)[5-6].同時(shí),研究者還探討了土壤微生物的季節(jié)動(dòng)態(tài)和對(duì)草地退化的響應(yīng),以及土壤環(huán)境因子與細(xì)菌群落的關(guān)系[7-8].這些研究為采取措施恢復(fù)退化草地提供了重要信息,盡管土壤微生物的復(fù)雜性使其在恢復(fù)過(guò)程中的確切作用仍不明確.

瑪曲縣地處青藏高原東部邊緣,境內(nèi)天然草原、沼澤濕地分布廣,是黃河上游重要的水源涵養(yǎng)區(qū)、補(bǔ)給區(qū).長(zhǎng)期以來(lái),由于人為和自然因素影響,瑪曲縣高寒草甸出現(xiàn)不同程度的退化現(xiàn)象,導(dǎo)致青藏高原生態(tài)安全屏障遭到破壞,這嚴(yán)重影響黃河上游的水源補(bǔ)給功能,還導(dǎo)致了黃河中下游沙塵暴和荒漠化,瑪曲縣的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定還關(guān)系到多民族交匯地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定.目前研究有關(guān)甘南瑪曲的退化草地,大多聚焦在植物多樣性、產(chǎn)量以及土壤的物理化學(xué)特性等方面[9],對(duì)土壤微生物方面的研究較少,十分缺乏對(duì)瑪曲退化草地土壤微生物方面的了解與信息儲(chǔ)備,對(duì)瑪曲退化草地的研究并不全面.而微生物主宰著土壤生命,并通過(guò)調(diào)節(jié)養(yǎng)分循環(huán)、分解有機(jī)質(zhì)、抑制土壤傳播植物病害、形成土壤結(jié)構(gòu)和支持植物生產(chǎn)力來(lái)執(zhí)行一系列重要的土壤功能[10].因此,土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的促進(jìn)者.另一方面,微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性也可以作為土壤健康的指標(biāo)[11].除此之外,還有人提出,微生物群落不僅是變化的指標(biāo),而且在管理得當(dāng)以促進(jìn)恢復(fù)過(guò)程和系統(tǒng)健康的情況下,也是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的基礎(chǔ)[12].因此,本文通過(guò)研究甘南瑪曲不同退化草地土壤微生物菌群OTU數(shù)量、土壤微生物多樣性、土壤微生物群落組成變化情況以及土壤理化因子與土壤微生物之間的關(guān)系,分析甘南瑪曲退化草地對(duì)土壤以及土壤微生物群落的影響,從土壤-微生物角度分析草地退化的內(nèi)在因素,為退化草地的恢復(fù)重建提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省甘南藏族自治州西南部瑪曲縣(圖1).地理位置處于100°45′45″～102°29′00″E, 33°06′30″～34°30′15″之間[13].全縣總面積1.02× 106hm2,海拔3300～4806m,氣候寒冷陰濕,無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期[14].冷季十分漫長(zhǎng),長(zhǎng)達(dá)314d;暖季短暫,時(shí)長(zhǎng)51d.年平均氣溫1.8℃,冬季最低氣溫-21℃,夏季最高溫20.6℃.春季為3～5月,夏季為6～8月,秋季為9～11月,冬季為12月～次年2月.雨水集中,日照充足,輻射強(qiáng)烈,年均降水量為593.3mm,年平均日照2594.8h,日照率為61%,輻射量大,年總輻射為109.8kcal/cm2.牧草生長(zhǎng)期只有190d,相對(duì)較短[15].

圖1 研究區(qū)概況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

對(duì)研究區(qū)樣地進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),記錄樣地草地植被與土壤的各類指標(biāo),按照《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(GB19377-2003)[16],將研究區(qū)內(nèi)草地分為無(wú)退化草地、輕度退化草地、中度退化草地和重度退化草地4種類型(表1),于每個(gè)退化草地采用五點(diǎn)采樣法選取5個(gè)0.5m×0.5m的樣方.對(duì)樣方信息進(jìn)行調(diào)查,記錄樣方內(nèi)植物物種數(shù)、株數(shù)以及高度,并估測(cè)樣地蓋度.在每個(gè)樣方內(nèi)用直徑為3.5cm的土鉆,采集表層土壤,去除植物根系和砂礫,裝入自封袋中并冷藏保存.將鮮土帶回實(shí)驗(yàn)室后,放入冰箱保存,進(jìn)行后續(xù)土壤微生物的測(cè)定.其余土壤樣品自然風(fēng)干后研磨,過(guò)2mm篩后,用于分析土壤理化因子.

表1 不同退化程度草地植被特征

注:不同小寫字母a～d表示不同退化程度間在0.05水平存在顯著性差異(<0.05).

1.3 土壤微生物的測(cè)定

采用16S擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)對(duì)土壤細(xì)菌進(jìn)行測(cè)序,微生物16S擴(kuò)增子測(cè)序是通過(guò)向樣品DNA中添加已知拷貝數(shù)spike-in人工合成序列,然后將樣本進(jìn)行16S擴(kuò)增子文庫(kù)構(gòu)建、測(cè)序,再根據(jù)spike-in的16S擴(kuò)增子序列(reads)數(shù)及其拷貝數(shù)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,根據(jù)OTU序列(reads)數(shù),計(jì)算出樣品中OTU代表序列對(duì)應(yīng)物種16S rRNA基因拷貝數(shù).添加16S spike-in到樣品模板中進(jìn)行16S rRNA基因擴(kuò)增子高通量測(cè)序,得到樣本中的物種組成信息.其實(shí)驗(yàn)流程主要包括:樣本質(zhì)量檢測(cè),目的區(qū)域預(yù)擴(kuò)增,添加-,文庫(kù)構(gòu)建與質(zhì)檢,樣本上機(jī)測(cè)序[17].

真菌采用ITS測(cè)序,用DNA抽提試劑盒(Soil DNA isolation Kit)提取土壤DNA,用ITS1和ITS2區(qū)引物對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)增,經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)后進(jìn)行測(cè)序.其實(shí)驗(yàn)流程主要包括:基因組DNA提取,ITS區(qū)PCR擴(kuò)增,擴(kuò)增產(chǎn)物回收純化,上機(jī)測(cè)序[18].

1.4 土壤理化性質(zhì)分析方法

土壤有機(jī)碳采用硫酸消煮-重鉻酸鉀外加熱法[19-20],土壤全氮測(cè)定采用半微量凱氏定氮法[19-20],土壤全磷采用硫酸-高氯酸消煮法[19-20],土壤pH值采用水浸提電位法[19-20],土壤含水量采用烘干法測(cè)定[21],土壤電導(dǎo)率采用5:1浸提法和電導(dǎo)法測(cè)定[22].

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

使用R軟件計(jì)算樣品的香農(nóng)維納指數(shù)(Shannon-wiener index)、豐富度估計(jì)指數(shù)(Chao1),對(duì)土壤微生物群落與土壤環(huán)境因子間的相互關(guān)系進(jìn)行冗余分析(RDA).所用數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算,運(yùn)用SPSS18.0對(duì)土壤微生物與環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)分析、單因素方差分析(One-way ANOVAs),繪圖采用Origin2021軟件和R軟件.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同退化草地土壤理化性質(zhì)

圖2 不同退化草地土壤理化性質(zhì)

由圖2可知,土壤含水量SWC、土壤有機(jī)碳SOC、全氮TN、全磷TP的含量隨著草地退化程度的不斷加深呈下降趨勢(shì),土壤pH值和土壤電導(dǎo)率EC均隨著草地退化程度的加深而增大.土壤pH值在無(wú)退化與輕度退化之間差異較為顯著,但輕度退化與中度退化之間差異并不顯著,而中度退化與重度退化之間較為顯著(<0.05);與土壤pH值不同,土壤電導(dǎo)率在不同退化程度之間均具有顯著差異(<0.05);土壤含水量SWC隨草地退化程度的不斷加深呈下降趨勢(shì),土壤含水量在無(wú)退化與輕度退化以及輕度退化與中度退化之間均無(wú)顯著差異,而在中度退化與重度退化之間有顯著差異(<0.05).

2.2 不同退化草地土壤微生物菌群OTU數(shù)量分析

根據(jù)4種不同退化草地土壤的細(xì)菌和真菌OTU數(shù)量繪制了Venn圖(圖3),由圖可以清晰的發(fā)現(xiàn)NDG、LDG、MDG、SDG得到的細(xì)菌、真菌OTU數(shù)量分別為1927、2011、2040、1798以及1492、1511、1383、1466個(gè).NDG、LDG、MDG、SDG特有的細(xì)菌、真菌OTU數(shù)量分別為588、513、691、409和116、112、73、79個(gè).

圖3 不同退化草地土壤細(xì)菌和真菌OTU Venn圖

2.3 不同退化草地土壤微生物群落多樣性指數(shù)

圖4是不同退化草地土壤細(xì)菌和真菌群落的多樣性指數(shù).在圖4c中土壤細(xì)菌和真菌的測(cè)序覆蓋度均在97%以上,數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確.由圖4a可知,不同退化草地土壤細(xì)菌Shannon-wiener指數(shù)為NDG> LDG>SDG>MDG,NDG與MDG、SDG,LDG與MDG間差異較為顯著(<0.05),土壤真菌Shannon-wiener指數(shù)為SDG>NDG>LDG>MDG, SDG與NDG、LDG、MDG均差異顯著(<0.05);圖4b中,不同退化草地土壤細(xì)菌Chao1指數(shù)為NDG> LDG>SDG> MDG,NDG與LDG、MDG、SDG均有顯著差異(<0.05),土壤真菌Chao1指數(shù)為NDG>LDG> SDG>MDG,NDG、LDG均與MDG、SDG有顯著差異(<0.05).

圖4 不同退化草地土壤微生物群落多樣性指數(shù)

2.4 不同退化草地土壤微生物群落組成

各樣地土壤細(xì)菌群落組成,除去相對(duì)豐度<1%的,共得到了9個(gè)細(xì)菌類群.主要優(yōu)勢(shì)類群為變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)和酸桿菌門(Acidobacteria),其次還有綠彎菌門(Chloroflexi)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、疣微菌門(Verrucomicrobia)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和硝化螺旋菌門(Nitrospirae).優(yōu)勢(shì)類群中放線菌門、厚壁菌門和酸桿菌門的相對(duì)豐度隨退化程度的加深先降低后增大,而變形菌門先增大后減少(圖5a).

在各樣地土壤中,去掉相對(duì)豐度<1%的真菌類群,共得到了6個(gè)真菌類群.分別為子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)、接合菌門(Zygomycota)、壺菌門(Chytridiomycota)、球囊菌門(Glomeromycota)和毛霉菌門(Rozwllomycota).子囊菌門的相對(duì)豐度隨退化程度的加劇呈先降低后增大的趨勢(shì),而擔(dān)子菌門、接合菌門、壺菌門、球囊菌門、毛霉菌門則與之相反(圖5b).

圖5 不同退化草地土壤細(xì)菌和真菌群落組成

2.5 不同退化草地土壤微生物群落與土壤理化因子RDA分析

使用R中的decorana函數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)是否符合做RDA的要求,計(jì)算土壤細(xì)菌、真菌群落DCA第一排序軸值為0.602、0.133,均小于3.0,表明土壤細(xì)菌、真菌群落與土壤理化因子之間適用于RDA分析.采用冗余分析(RDA)研究細(xì)菌群落、真菌群落與土壤理化因子之間的相互關(guān)系.

由土壤細(xì)菌群落與土壤理化因子RDA分析(圖6a)表明:第1、2排序軸解釋率分別為67.79%、5.38%,兩軸累計(jì)解釋率為73.17%.從土壤理化因子和排序軸的夾角來(lái)看,土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、含水量、電導(dǎo)率和pH值主要構(gòu)成了第二排序軸,而且土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、含水量與排序軸負(fù)相關(guān),土壤電導(dǎo)率和土壤pH值與排序軸正相關(guān).放線菌門、厚壁菌門細(xì)菌與土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、含水量之間的夾角<90°呈正相關(guān)性,芽單胞菌門、疣微菌門細(xì)菌與土壤電導(dǎo)率和土壤pH值之間呈正相關(guān)性.對(duì)土壤細(xì)菌群落具有重要影響的土壤理化因子有:土壤電導(dǎo)率(2=0.9577,<0.01),土壤有機(jī)碳(2= 0.8003,<0.01),土壤含水量(2=0.7841,<0.01),土壤全氮(2=0.6196,<0.01),土壤全磷(2=0.6139,<0.01),土壤pH值(2=0.6023,<0.01).

圖6 不同退化草地土壤細(xì)菌、真菌群落與土壤理化因子的RDA分析

圖6b是土壤真菌群落與土壤理化因子的RDA分析,由圖可知,其第1、2排序軸解釋率分別為78.07%和7.17%,兩軸累計(jì)解釋率為85.24%,具有較強(qiáng)的生物學(xué)統(tǒng)計(jì)意義.土壤pH值、電導(dǎo)率、全氮、全磷、有機(jī)碳主要構(gòu)成了第一排序軸,土壤pH值和土壤電導(dǎo)率與排序軸正相關(guān),土壤全氮、全磷和土壤有機(jī)碳與排序軸負(fù)相關(guān).子囊菌門真菌與土壤全氮、全磷、有機(jī)碳呈正相關(guān),擔(dān)子菌門和毛霉菌門真菌與土壤pH值和土壤電導(dǎo)率呈正相關(guān),接合菌門真菌與土壤pH值呈正相關(guān),壺菌門和球囊菌門真菌與土壤pH值和土壤含水量正相關(guān).對(duì)土壤真菌群落具有顯著影響的土壤理化因子有:土壤全磷(2=0.6256,<0.01),土壤全氮(2=0.6062,<0.01),土壤有機(jī)碳(2=0.5028,<0.05).

3 討論

3.1 高寒退化草地對(duì)土壤理化因子的影響

土壤有機(jī)碳、土壤全氮、土壤全磷等都是土壤中的重要因子,是土壤中的重要養(yǎng)分.土壤有機(jī)碳、土壤全氮和土壤全磷均隨草地退化程度的加劇而顯著減少(<0.05),土壤含水量SWC也呈下降趨勢(shì),這與楊馥鋮[23]、姚寶輝[24]等的研究結(jié)果相一致.與之相反,土壤電導(dǎo)率EC隨退化程度的加劇而增大,土壤pH值隨草地退化程度的加重也呈增大趨勢(shì).這與Li等[25]的研究結(jié)果一致.隨著高寒草甸退化的加劇,SWC、SOC、TN和TP含量均顯著降低,土壤pH值隨著退化程度的增加而顯著增加.造成這種結(jié)果的原因可能是無(wú)節(jié)制地放牧,于是,當(dāng)草地自身不足以承載高強(qiáng)度的放牧?xí)r,草地土壤、植被發(fā)生退化,導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)輸入量下降,土壤養(yǎng)分含量降低.

3.2 高寒退化草地對(duì)土壤微生物群落的影響

土壤微生物能夠?qū)ψ魑锏纳L(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生有益影響,并且對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的形成發(fā)育、土壤有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、物質(zhì)循環(huán)等均有十分重要的影響[26].有研究發(fā)現(xiàn),未退化草地土壤細(xì)菌的多樣性指數(shù)(Shannon-wiener index)、chao1指數(shù)都顯著高于退化草地[27].本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨草地退化程度的加深,土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)(Shannon-wiener index)和Chao1指數(shù)均先降低后增大,整體變化趨勢(shì)是下降趨勢(shì).這可能是因?yàn)椴莸赝寥劳嘶瘜?dǎo)致土壤養(yǎng)分降低,進(jìn)而影響土壤細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖,從而降低了土壤細(xì)菌群落多樣性.土壤真菌Chao1指數(shù)變化趨勢(shì)與細(xì)菌相同,而土壤真菌多樣性指數(shù)(Shannon-wiener index)是先下降后增加,但真菌群落多樣性在重度退化時(shí)最大,這與李海云等[28]的研究結(jié)果相似.造成這種情況可能的原因是隨著草地退化程度的加深,土壤環(huán)境更加惡劣,但有些真菌對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng),具有更強(qiáng)的生存競(jìng)爭(zhēng)力,因此土壤真菌的群落多樣性增大[29].

不同退化草地土壤檢出的細(xì)菌OTU數(shù)量多于真菌,細(xì)菌數(shù)量占優(yōu)勢(shì),這與姚寶輝等[24]在甘南碌曲縣尕海鄉(xiāng)的研究結(jié)果一致.不同退化草地土壤細(xì)菌、真菌的相對(duì)豐度均有變化,但不同退化草地具有相似的優(yōu)勢(shì)菌群.細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群為:變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、酸桿菌門和綠彎菌門;真菌優(yōu)勢(shì)菌群為:子囊菌門、擔(dān)子菌門、接合菌門和壺菌門.金志薇等[30]研究發(fā)現(xiàn),滇西北高寒草地土壤細(xì)菌主要類群為放線菌門、變形菌門、綠彎菌門、酸桿菌門和藍(lán)藻門.闞海明等[31]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),北京西北淺山區(qū)退化草地土壤的主要真菌菌群為:子囊菌門、接合菌門、擔(dān)子菌門、球囊菌門和壺菌門.由此發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)退化草地土壤微生物群落組成可能會(huì)有所不同,但整體優(yōu)勢(shì)菌群比較相似,差距較小.

3.3 高寒退化草地土壤微生物與土壤理化因子的關(guān)系

土壤微生物對(duì)于草地生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化具有重要作用[32].土壤含水量、pH值、有機(jī)碳含量等均會(huì)對(duì)土壤微生物的活性產(chǎn)生影響[33],而不同的微生物對(duì)土壤性質(zhì)的變化也有不同的響應(yīng)程度[34].草地退化直觀表現(xiàn)為植被群落的變化,進(jìn)而引起了土壤性質(zhì)的變化.本研究通過(guò)RDA研究發(fā)現(xiàn),土壤細(xì)菌群落受土壤電導(dǎo)率(<0.01)、土壤有機(jī)碳(<0.01)、土壤含水量(<0.01)、土壤全氮(<0.01)、土壤全磷(<0.01)和土壤pH值(<0.01)影響較大,土壤真菌群落受土壤全磷(<0.01)、土壤全氮(<0.01)和土壤有機(jī)碳(<0.05)影響較大.研究發(fā)現(xiàn)在退化草地中土壤細(xì)菌受土壤環(huán)境因子影響較大,這與朱怡等[35]的研究結(jié)果一致.可能的原因是細(xì)菌對(duì)土壤養(yǎng)分的依賴性更強(qiáng),因此對(duì)于退化過(guò)程中土壤養(yǎng)分變化的響應(yīng)也就更大.總體來(lái)看,退化草地中,土壤有機(jī)碳、土壤含水量、土壤電導(dǎo)率、土壤全氮、全磷、土壤pH值是土壤微生物群落分布的主要驅(qū)動(dòng)因子.這與李海云等[8,28]的研究結(jié)果相類似.碳源、氮源、能源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子和水等是土壤微生物生長(zhǎng)所需的主要營(yíng)養(yǎng)要素,土壤微生物生長(zhǎng)所需的碳源和能源依賴于有機(jī)碳,對(duì)土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖具有十分重要的影響[36],土壤全氮的影響次之.隨著草地退化加劇,植被覆蓋率降低,地上生物量減少,造成土壤有機(jī)質(zhì)減少,土壤養(yǎng)分減少,肥力降低,使得土壤微生物生存環(huán)境惡劣,大大降低其活性及數(shù)量[37-38].土壤細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)繁殖需要土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等養(yǎng)分的參與,而退化草地土壤養(yǎng)分含量較低,導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮等養(yǎng)分下降.因此,土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量也有所下降[39].

4 結(jié)論

4.1 瑪曲縣高寒草地土壤含水量、土壤有機(jī)碳、全氮、全磷的含量隨退化加劇顯著下降(<0.05),土壤含水量變化范圍為19.50%～29.18%,土壤有機(jī)碳從無(wú)退化的55.93g/kg下降到重度退化的28.60g/kg,土壤全氮變化范圍為1.75～4.07g/kg,土壤全磷由0.82g/kg下降到0.49g/kg;而土壤pH值和土壤電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)則與之相反,土壤pH值變化范圍為7.27～7.71,土壤電導(dǎo)率變化范圍為21.18～ 107.10mS/m.

4.2 通過(guò)高通量測(cè)序,分析得到NDG、LDG、MDG、SDG的細(xì)菌、真菌OTU數(shù)量分別為1927、2011、2040、1798以及1492、1511、1383、1466個(gè);NDG、LDG、MDG、SDG特有的細(xì)菌、真菌OTU數(shù)量分別為588、513、691、409和116、112、73、79個(gè).

4.3 瑪曲縣退化草地土壤微生物群落細(xì)菌數(shù)量占明顯優(yōu)勢(shì),多樣性隨草地退化整體下降.土壤細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌群為:變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、酸桿菌門和綠彎菌門,其中變形菌門在MDG的相對(duì)豐度達(dá)到最大為45%;土壤真菌優(yōu)勢(shì)菌群為:子囊菌門、擔(dān)子菌門、接合菌門和壺菌門,子囊菌門在NDG的相對(duì)豐度最大為89%.

4.4 RDA分析中,土壤電導(dǎo)率、土壤有機(jī)碳、土壤含水量、土壤全氮、土壤全磷和土壤pH值是影響土壤細(xì)菌的主要土壤理化因子,土壤全磷、土壤全氮和土壤有機(jī)碳是影響土壤真菌的主要土壤理化因子.

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Soil-microbe characterization and interaction in alpine degraded grassland in Maqu county.

WANG Min, LIU Min-xia*, WANG Qian-yue, MIAO Le-le, YANG Chun-liang, XIAOYin-di

(School of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China)., 2023,43(12)：6482～6489

In this paper, four kinds of alpine grassland with different degradation levels in Maqu county, Gannan Tibetan Autonomous Prefecture, Gansu Province, were used as the research objects, and soil physicochemical factors and soil microbial community characteristics were measured and analyzed. The results showed that the soil water content, soil organic carbon, total nitrogen, and total phosphorus decreased significantly (<0.05) with increased grassland degradation. In contrast, the trends of soil pH and soil electrical conductivity were opposite. Through high-throughput sequencing, we analyzed and obtained the numbers of bacterial and fungal OTUs in no, light, moderate, and severely degraded grassland were 1927, 2011, 2040, 1798 and 1492, 1511, 1383, 1466; the numbers of bacterial and fungal OTUs specific to no, light, moderate and severely degraded grassland were 588, 513, 691, 409 and 116, 112, 73, 79. The number of soil microbial community bacteria dominated significantly, and the diversity decreased with the degradation of grassland as a whole. The relative abundance of the dominant group of soil bacteria, Proteobacteria, reached a maximum of 45% in the moderately degraded grassland; the relative abundance of the dominant group of soil fungi, Ascomycota, reached a maximum of 89% in the non-degraded grassland. Through RDA analysis, it was obtained that soil electrical conductivity, organic carbon, water content, total nitrogen, total phosphorus and pH were the main influence factors of soil bacteria, and soil total phosphorus, total nitrogen, and organic carbon were the main influence factors of soil fungi.

Maqu county；degraded grassland；soil microorganisms；high-throughput sequencing technology；redundancy analysis

X53

A

1000-6923(2023)12-6482-08

王 敏,劉旻霞,王千月,等.瑪曲高寒退化草地土壤-微生物特征及相互作用 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2023,43(12):6482-6489.

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2023-04-28

甘肅省高校產(chǎn)業(yè)支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2023CYZC-21)

* 責(zé)任作者,教授,xiaminl@163.com

王 敏(1998-),女,山西朔州人,西北師范大學(xué)碩士研究生,研究方向?yàn)橥寥牢⑸锖突謴?fù)生態(tài)學(xué).17852325851@139.com.