土壤细菌群落对纳帕海高原湿地退化的响应

【目的】探明高原退化湿地土壤细菌群落结构及多样性的时空动态特征,为理解土壤微生物群落对高原湿地退化的响应过程及机制提供关键数据支撑。【方法】以纳帕海高原不同湿地退化阶段(沼泽湿地、沼泽化草甸、草甸)为研究对象,采用Illumina高通量测序技术,探测土壤细菌群落组成及多样性的干湿季变化规律。【结果】①共检测到土壤细菌10门21属,其中变形菌门Proteobacteria和未分类菌属为优势门和属,相对丰度分别达35.92%和20.64%。②相较于原生沼泽湿地,沼泽化草甸的变形菌门和酸杆菌门Acidobacteria相对丰度分别增加14.06%和47.72%,绿弯菌门Chloroflexi相对丰度显著减少38.54%(P<0.05);草甸的酸杆菌门、放线菌门Actinobacteria、疣微菌门Verrucomicrobia和浮霉菌门Planctomycetes相对丰度分别增加了210.15%、231.37%、229.55%和315.22%。上述菌门相对丰度均为干季大于湿季。沼泽化草甸的厚壁菌门Firmicutes相对丰度在干季显著增加72.38%,在湿季显著减少73.17%(P<0.05);而拟杆菌门Bacteroidetes相对丰度在干季显著减少55.50%,在湿季显著增加223.54%(P<0.05)。③沼泽化草甸和草甸的Shannon指数较原生沼泽湿地显著增加(P<0.05),且沼泽湿地和沼泽化草甸表现为湿季大于干季,草甸则表现为干季大于湿季。④Mantel分析结果表明:干季细菌群落结构组成由土壤pH和氮、磷、钾质量分数调控,湿季则由含水量、有机质、氮磷及pH调控;Pearson相关性分析结果表明:含水量、有机质、氮和pH是影响干季土壤细菌多样性的主控因子;湿季则为磷、钾和碳氮比。【结论】高原湿地退化导致土壤含水量和pH减小,进而影响土壤碳、氮、磷和钾养分状况,最终调控土壤细菌群落组成和多样性的干湿季变化。

蚂蚁筑巢对森林土壤氮库组分含量和分配的影响

为阐明蚂蚁筑巢对纳帕海面山森林土壤氮循环的影响过程及机制,以该区云杉-冷杉森林群落为研究对象,比较蚁巢和非蚁巢2种野外实验处理土壤氮组分(全氮、碱解氮、硝态氮、铵态氮、微生物生物量氮)含量及其分配(碱解氮/全氮、硝态氮/全氮、铵态氮/全氮、微生物生物量氮/全氮)的差异特征,分析蚂蚁筑巢活动引起土壤理化环境变化对氮库组分积累与分配的影响。结果显示:(1)蚂蚁筑巢显著影响土壤氮组分含量积累及分配(P<0.05)。其中,蚁巢土壤的全氮、硝态氮、铵态氮、碱解氮和微生物生物量氮含量是非蚁巢的2.2、3.5、1.4、4.2、1.8倍;蚁巢土壤的氮组分(碱解氮、硝态氮、铵态氮、微生物生物量氮)占全氮比例是非蚁巢的1.88、1.47、1.38、1.58倍;土壤氮库组分及其分配受不同处理、土层及交互作用的影响显著(P<0.05)。(2)回归分析显示,土壤铵态氮和硝态氮分别解释全氮变化的87.29%、80.84%。(3)曼特尔分析表明,氮库组分积累的主要驱动因子是土壤孔隙度、全磷和pH,土壤氮库组成分配的主要驱动因子是有机质、速效钾和速效磷。可得结论:蚂蚁筑巢显著改变土壤孔隙度、酸碱性、碳磷钾养分等环境因子,进而调控纳帕海面山森林土壤氮库组分含量的积累与分配。研究结果有助于理解高原湿地面山土壤氮积累过程的土壤动物学调控机制。

蚂蚁筑巢对纳帕海面山土壤碳积累及分配的影响

【目的】揭示纳帕海面山森林蚁巢与非蚁巢土壤总有机碳储量及活性有机碳组分的分配特征,为阐明蚂蚁活动对森林土壤有机碳沉积影响的过程及机制提供关键数据支撑。【方法】以纳帕海面山云杉−冷杉森林群落为研究对象,比较蚁巢和非蚁巢2种处理土壤总有机碳储量、活性碳组分(微生物生物量碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳)及其碳分配(微生物生物量碳/总有机碳、易氧化有机碳/总有机碳、颗粒有机碳/总有机碳、可溶性有机碳/总有机碳)的差异,并分析蚂蚁筑巢活动引起土壤理化环境改变对总有机碳储量及活性有机碳组分分配的影响。【结果】蚂蚁筑巢显著影响土壤有机碳积累及活性碳组分分配(P<0.05)。其中,蚁巢土壤有机碳储量是非蚁巢的5.7倍;蚁巢土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳含量分别提高了3.8、2.7、4.0、3.5倍;蚁巢土壤易氧化有机碳/总有机碳均值大小比蚁巢高出1.50%,而非蚁巢土壤微生物生物量碳/总有机碳、颗粒有机碳/总有机碳、可溶性有机碳/总有机碳均值分别比蚁巢高0.43%、3.30%、3.21%;不同处理和土层仅对土壤总有机碳、微生物生物量碳、颗粒有机碳和可溶性有机碳含量存在明显的交互作用(P<0.05);回归分析结果表明土壤微生物生物量碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳和易氧化有机碳分别解释了96.45%、96.35%、95.13%、94.27%的总有机碳变化;主成分分析表明土壤密度、全氮和速效磷是总有机碳储量的主控因子,而速效氮、速效磷、土壤密度等是活性碳组分积累的主要驱动因子;全钾、含水量分别是颗粒性有机碳与可溶性有机碳分配的主要影响因子。【结论】蚂蚁筑巢主要通过改变土壤紧实度、氮磷养分条件等环境因子,进而调控纳帕海面山森林土壤总有机碳储量与活性有机碳组分的分配,研究结果有助于理解高原湿地面山土壤碳积累过程的土壤动物学调控机制。

短期氮沉降对纳帕海高寒退化疏花早熟禾草甸土壤呼吸干湿季变化的影响

为探究氮沉降增加背景下高寒草甸土壤呼吸干湿季变化及其与环境因子的耦合关系,选择纳帕海典型退化草甸疏花早熟禾群落,设置对照(0 g·m^(-2)·a^(-1))、低氮(5 g·m^(-2)·a^(-1))、中氮(10 g·m^(-2)·a^(-1))和高氮(15 g·m^(-2)·a^(-1))4个水平的氮沉降模拟试验,分析氮沉降引起的地上生物量、植物多样性及土壤理化性质变化对土壤呼吸的影响。结果表明:不同氮沉降处理均显著促进草甸土壤呼吸,干季和湿季土壤呼吸速率相较于对照分别增加了21.9%~53.9%和27.3%~51.2%,且在中氮处理下增幅最大。氮沉降显著提升草甸地上生物量(增幅达52.2%~66.4%);植物多样性随氮添加总体呈降低趋势,湿季最大降幅(13.5%~24.2%)出现在高氮处理。氮沉降显著增加土壤铵态氮、有机质、微生物生物量碳氮、温度和含水率(增幅为14.3%~333.5%),氮沉降显著降低土壤pH(减幅达9.0%~34.6%)。结构方程表明,植物生物量及Shannon多样性、微生物生物量和温湿度对土壤呼吸具有显著促进作用,土壤容重则表现为抑制效应;氮库和pH对土壤呼吸变化的解释率分别为55.7%和45.1%,是影响土壤CO_(2)排放的主导因素。短期大气氮沉降主要通过改变土壤pH及氮库组成而促进高寒退化草甸土壤呼吸。