草地利用方式对土壤线虫群落结构及代谢足迹的影响

2021年8月在贝加尔针茅草甸草原刈割、自由放牧与围封(对照)样地进行土壤线虫采集,探究草地不同利用方式对土壤线虫群落结构特征及代谢足迹的影响.本研究共捕获土壤线虫15632条,隶属于55属,群落优势属为鹿角唇属(Cervidellus),垫咽属(Tylencholaimus)和丝尾垫刃属(Filenchus),分别占总捕获量的7.05%,7.14%和6.18%.较围封生境,线虫总多度在自由放牧生境显著降低.从功能类群来看,3种生境下植食性线虫(33.84%~37.45%)与c-p 2类群(38.78%~47.58%)相对多度占比最大,且均在刈割生境与自由放牧生境显著增加.从多样性与生态指数来看,相较于围封,自由放牧生境成熟度指数(MI)与富集指数(EI)显著下降,基础指数(BI)显著增加,表明在自由放牧生境线虫群落多样性及稳定性降低,而食物网抗干扰能力增强;刈割生境结构指数(SI)显著提高,刈割生境食物网连通性提高,食物链加长.且在不同草地利用方式下线虫通路比值(NCR)>0.5瓦斯乐思卡指数(WI)>1,说明草甸草原土壤矿化途径的主要承担者是食微线虫,有机质分解以细菌通道为主.从代谢足迹来看,刈割和自由放牧生境均降低了线虫复合代谢足迹(TNf)和功能代谢足迹,食物网处于结构化状态,围封生境显著增加了线虫群落的整体活性和碳流动,食物网处于较为稳定的代谢平衡状态.不同草地利用方式下地下生物量(BGB),植物个体数(P-N)和速效钾(AK)是影响线虫群落发展的主要环境因子.综上所述,土壤线虫群落结构在不同草地利用方式下差异显著,不同生境中环境因子的变化是驱动土壤线虫群落变化的主要因子.

氮沉降和降水变化对荒漠草原土壤氨氧化细菌群落的影响

为研究氮沉降和降水变化对土壤氨氧化细菌(AOB)群落的影响.以短花针茅荒漠草原为研究对象,采用裂区设计,主区为自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分梯度,副区为0(N0/CK),30(N30),50(N50)和100(N100)kg/(hm^(2)∙a)4个氮素梯度共12个处理,通过高通量测序分析土壤氨氧化细菌群落的多样性和组成.结果表明:荒漠草原土壤AOB主要来源于norank_d__Bacteria、unclassified_k__norank_d__Bacteria及亚硝基螺旋菌属.自然降雨下,随施氮量增加,土壤AOB-氨单加氧酶(amoA)基因拷贝数升高,减雨处理下AOB-amoA基因拷贝数在N50处理显著增高,而AOB-amoA基因拷贝数在N100处理显著下降,表明在短花针茅荒漠草原地区N50处理为土壤AOB数量的阈值.增雨促进了Alpha多样性增加,并且通过主坐标分析表明氮素添加后,土壤AOB群落结构在不同处理之间存在显著差异.RDA分析表明土壤含水量、硝态氮、铵态氮及全氮是驱动土壤AOB群落变化的主要环境因子.

贝加尔针茅草甸草原土壤有机碳组分对长期氮素添加的响应

为解析贝加尔针茅草甸草原土壤有机碳组分对长期氮素添加的响应,于2010年在内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗贝加尔针茅草甸草原设计氮素添加试验,设置8个氮处理,为0(N0)、15(N15)、30(N30)、50(N50)、100(N100)、150(N150)、200(N200)和300(N300)kg·hm^(–2)·a^(–1)(以N计),土壤样品于2019年8月采集,进行土壤有机碳及其组分的测定,探究氮素添加10年后土壤有机碳及其组分的变化与驱动因素。结果表明:(1)与对照相比,长期氮素添加下土壤有机碳(SOC)及土壤惰性碳(RP-C)含量无显著变化,土壤活性有机碳(LP-C)的含量增加,其中活性碳组分Ⅰ(LPⅠ-C)增加了0.48%~15.59%,活性碳组分Ⅱ(LPⅡ-C)增加了1.94%~8.41%,易氧化有机碳(EOC)含量无显著变化,可溶性有机碳(DOC)与微生物生物量碳(MBC)含量显著变化,且土壤碳组分整体在N30~N100处理变化敏感;(2)分析土壤有机碳对氮素添加的敏感指数(SI)可知,MBC对长期氮素添加响应更为敏感,可作为本区域有机碳变化的指示碳组分;(3)结构方程模型(SEM)结果显示,长期氮输入条件下土壤碳组分主要受植物生物量与土壤pH的共同调控。综上所述,氮素添加提高了贝加尔针茅草甸草原土壤活性碳组分含量,且土壤有机碳及其组分的变化主要受土壤pH与植物生物量共同调控。

降水变化和氮沉降对荒漠草原两种多年生禾草凋落物分解的影响

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的重要过程,在生物地球化学循环过程中发挥着重要作用。全球变化是影响凋落物分解的重要因子,其对生态系统养分循环的影响存在诸多不确定性。研究荒漠草原凋落物分解对氮沉降和降水变化及其二者交互作用的响应,是揭示这些不确定性、保护草原生态系统结构和功能的科学基础。以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,选取建群种短花针茅和优势种无芒隐子草两种植物凋落物,开展为期4年的长期分解实验,探究两种植物凋落物分解特征及养分释放规律。实验采用裂区设计,主区为自然降水(C)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分梯度,副区为0(N0)、30(N30)、50(N50)和100(N100) kg hm^(-2)a^(-1)4个氮素梯度。结果表明:(1)增雨和氮沉降促进荒漠草原凋落物分解,减雨反之,降水对两种凋落物影响具有差异,而氮沉降的作用不依赖于物种;(2)氮沉降缩短凋落物分解周期5.12%—14.82%,增雨与氮沉降交互缩短凋落物分解周期3.69%—28.75%;(3)降水始终有利于凋落物中碳、纤维素和木质素释放,而分解后期氮沉降对其影响不显著,凋落物分解后期主要受木质素分解速率控制。综上所述,影响荒漠草原凋落物分解的主要因素为降水,其次是氮素,二者对凋落物分解具有协同作用。

草甸草原土壤不同组分有机碳含量及化学结构对长期氮输入的响应

为探究长期氮输入对草甸草原土壤不同组分有机碳含量及化学结构影响,以内蒙古东北草甸草原为研究对象,于2010年设置0(CK)、30(N30)、50(N50)、100(N100)、150(N150)、200(N200)kg/(hm^(2)·a)6个不同施氮水平处理,测定土壤不同组分有机碳含量及红外光谱特征。结果表明:①相比CK,长期氮输入条件下可提高土壤总有机碳(SOC)含量(增幅0.3%~13.6%),且主要表现为颗粒有机碳(POC)含量的增加(9.22%~16.39%),但降低土壤轻组有机碳(LOC)含量。②红外光谱主成分分析(PCA)结果表明,土壤LOC主要来源于脂肪碳、芳香碳、酚醇化合物,POC主要来源于芳香碳和酚醇化合物,矿物结合有机碳(MOC)主要来源于烷基碳和多糖。③相比CK,施氮处理凋落物和LOC官能团中烷氧碳(单糖+多糖)的相对强度降低,烷基碳、芳香碳相对强度增加;土壤POC和MOC官能团中烷氧碳、烷基碳及芳香碳相对强度增加,酚醇化合物相对强度降低;且施氮处理下凋落物及其不同土壤碳组分有机碳结构稳定性(芳香碳/脂肪碳)均高于CK。④结构方程模型(SEM)结果显示,随着施氮水平增加,通过提高土壤地上生物量(AGB)可促进POC和MOC的形成,但由于氮添加导致的土壤pH降低会反过来促进MOC的分解。这些结果表明,长期氮输入SOC含量的提高主要表现为土壤POC的增加,随着施氮水平增加,植物碳的输入提高SOC含量的同时通过促进土壤中凋落物残体中木质素等芳香碳的积累来提高土壤不同组分有机碳化学结构稳定性。综上所述,研究结果强调了氮输入条件下土壤颗粒有机碳的重要性以及凋落物中木质素衍生物的积累可能是介导氮输入下土壤碳固存的关键过程。

长期养分添加对贝加尔针茅草原中小型土壤节肢动物群落的影响

为解析养分添加对贝加尔针茅草甸草原中小型土壤动物群落的影响,于2010年在内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗贝加尔针茅草甸草原设计氮磷添加试验,研究施N、P和NP混合施入(其中N和P的施入量均为100 kg hm-2a-1)对土壤动物群落结构和多样性的变化及其与环境因子之间的关系.土壤动物于2019年牧草返青期(5月)、生长期(8月)和枯黄期(9月末)进行采集.结果显示,与对照相比,N和NP添加使土壤动物个体数显著增加了1.38倍和1.15倍,类群数显著增加28.57%和21.43%,P处理土壤动物个体数和类群数高于对照,但未达到显著水平;(2)试验区植被生长期(8月)良好的水热条件更适合土壤动物群落的发展;(3)冗余分析(RDA)的结果进一步表明,土壤动物的群落组成主要受pH和植物均匀度影响,且pH是控制中小型土壤动物群落变化的主要因子.本研究揭示长期的养分添加通过改变植物均匀度与土壤pH对中小型土壤节肢动物群落产生积极影响,且土壤pH比植物均匀度的贡献更大.(图6表3参37)