Responses of plant diversity and soil microorganism diversity to nitrogen addition in the desert steppe,China

Nitrogen(N)deposition is a significant aspect of global change and poses a threat to terrestrial biodiversity.The impact of plant-soil microbe relationships to N deposition has recently attracted considerable attention.Soil microorganisms have been proven to provide nutrients for specific plant growth,especially in nutrient-poor desert steppe ecosystems.However,the effects of N deposition on plant-soil microbial community interactions in such ecosystems remain poorly understood.To investigate these effects,we conducted a 6-year N-addition field experiment in a Stipa breviflora Griseb.desert steppe in Inner Mongolia Autonomous Region,China.Four N treatment levels(N0,N30,N50,and N100,corresponding to 0,30,50,and 100 kg N/(hm2•a),respectively)were applied to simulate atmospheric N deposition.The results showed that N deposition did not significantly affect the aboveground biomass of desert steppe plants.N deposition did not significantly reduce the alfa-diversity of plant and microbial communities in the desert steppe,and low and mediate N additions(N30 and N50)had a promoting effect on them.The variation pattern of plant Shannon index was consistent with that of the soil bacterial Chao1 index.N deposition significantly affected the beta-diversity of plants and soil bacteria,but did not significantly affect fungal communities.In conclusion,N deposition led to co-evolution between desert steppe plants and soil bacterial communities,while fungal communities exhibited strong stability and did not undergo significant changes.These findings help clarify atmospheric N deposition effects on the ecological health and function of the desert steppe.

降水变化和氮沉降对荒漠草原土壤细菌群落结构及酶活性的影响

为明确降水变化和氮沉降对土壤细菌及酶活性的互作效应,本研究以短花针茅荒漠草原为研究对象,试验设计采用裂区设计,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、30、50、100 kg∙hm^(-2)∙a^(-1)4个氮素梯度(分别记为N0、N30、N50、N100),共12个处理。结果表明:降水变化和氮沉降改变了土壤细菌群落组成,但未显著改变土壤细菌Alpha多样性;降水变化和氮沉降对土壤酶活性有显著影响。土壤过氧化氢酶活性在R-N100中最低(1.63 mg·g^(-1)·d^(-1)),与CK-N0相比显著降低了7.4%;土壤蔗糖酶活性在W-N0中最高(2.20 mg·g^(-1)·d^(-1)),与CK-N0相比显著增加了14.6%,在R-N100中最低(1.52 mg·g^(-1)·d^(-1)),与CK-N0相比显著降低了20.8%;土壤脲酶活性在W-N0中最高(17.66 mg·g^(-1)·d^(-1)),与CK-N0相比显著增加了16.7%,在CK-N100中最低(9.27 mg·g^(-1)·d^(-1)),与CK-N0相比显著降低了38.7%。土壤过氧化氢酶与细菌丰富度指数呈显著正相关,蔗糖酶与细菌多样性指数呈显著正相关,与细菌丰富度指数呈极显著正相关;结构方程模型结果进一步表明,土壤细菌群落多样性及pH值是土壤酶活性变化的驱动因子,而土壤硝态氮含量是驱使土壤细菌群落多样性变化的主要环境因素。综合分析表明,降水变化和氮沉降通过改变土壤理化性质影响土壤细菌群落结构及酶活性,细菌群落多样性及土壤pH值是土壤酶活性变化的主控因子,土壤pH值降低抑制土壤酶活性,细菌群落多样性增加有利于增强土壤酶活性。

降水变化和氮沉降对荒漠草原土壤丛枝菌根真菌群落结构的影响

以短花针茅荒漠草原为研究对象,采用裂区设计,主区设置自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分梯度,副区设置0(N0)、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了降水变化和氮添加对土壤中AM真菌群落多样性和组成的影响。结果表明:水分增加对土壤AM真菌的Alpha多样性有促进作用,氮添加抑制了土壤AM真菌的Alpha多样性,水分增加和氮素添加的交互作用促进了AM真菌的Alpha多样性增加,并改变了土壤AM真菌群落组成。水分增加刺激了各生活型植物地上生物量的增加,氮添加使多年生杂草和半灌木、小半灌木生物量显著增加,多年生禾草生物量显著减少。此外,多型孢子菌科的相对丰度与一二年生植物和半灌木、小半灌木生物量呈显著正相关,一二年生植物和半灌木、小半灌木生物量在氮添加和增雨处理下增加。本研究证明了AM真菌群落结构在短期气候变化下具有稳定性。此外,通过AM真菌丰度与各生活型植被生物量的相关性,证明了养分资源相对匮乏的生态系统中AM真菌与植被具有较强连通性。

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。