浑河上游典型植被河岸带土壤有机碳、全氮和全磷分布特征

河岸带是陆地生态系统和水生生态系统的过渡区,也是一个敏感和脆弱的生态区域。河岸带生态系统由于人类活动的干扰而严重退化,因而严重影响了河岸带土壤碳氮磷的循环过程。本文分析了浑河上游典型河岸带土壤有机碳、全氮和全磷含量及其空间分布特征,结果表明:1河岸带的灌丛草地、次生林、人工松林与玉米地相比,均能有效地提高0～40 cm土层的有机碳、全氮和全磷含量。2土壤有机碳、全氮和全磷含量随着土层的加深呈现降低的趋势,灌丛草地和次生林的土壤有机碳、全氮、全磷含量随着土层加深而降低的速率明显高于玉米地土壤。3在0～40 cm土壤剖面上,土壤有机碳平均含量从高到低依次为次生林(47.50 g/kg)、灌丛草地(44.50 g/kg)、人工松林(34.72 g/kg)、玉米地(15.09 g/kg);土壤全氮平均含量从高到低依次为次生林(2.53 g/kg)、灌丛草地(2.50 g/kg)、人工松林(2.40 g/kg)、玉米地(0.84 g/kg);土壤全磷平均含量从高到低依次为次生林(1.07 g/kg)、灌丛草地(1.05 g/kg)、人工松林(0.92 g/kg)、玉米地(0.65 g/kg)。

亚高山粗枝云杉人工林土壤原核微生物群落结构与功能变化

土壤原核微生物群落结构和功能特性对维持生态系统功能至关重要。本研究以不同林龄粗枝云杉为研究对象,结合高通量测序技术和生物信息学方法,研究粗枝云杉根际和非根际土壤原核微生物群落多样性和群落组成变化特征及其关键影响因素,并分析原核微生物群落功能特征的变化。结果表明:土壤原核微生物群落的β多样性在根际与非根际均表现为不同林龄之间差异显著,而同一林龄的根际与非根际间无显著差异。从群落组成来看,门水平上,变形菌门和己科河菌门的相对丰度随人工林林龄增加而升高,而放线菌门随林龄增加而降低,且75年人工林(PF75)与天然林(NF)之间无显著差异。厚壁菌门和奇古菌门的相对丰度在25年云杉林(PF25)土壤中显著高于其他人工林和NF。属水平上,RB41、Terrimonas和酸杆菌属的相对丰度随人工林林龄增加而升高,且根际土壤中的RB41和Terrimonas在PF75显著高于NF。土壤理化性质和植被特性共同影响了原核微生物的群落结构,其中,草本覆盖度、土壤pH、总磷和总氮是主要影响因素。原核微生物群落的功能特性在不同林龄之间具有显著差异。与碳氮循环相关的部分功能(如纤维素降解和硝化作用)的相对丰度随人工林林龄增加而降低,而与硫循环相关的硫酸盐呼吸功能的相对丰度则升高。建议将土壤原核微生物群落的结构和功能特征作为云杉林发育阶段的重要指示。在人工林发育后期可通过调控解磷增氮的微生物以提高土壤养分有效性来维持人工林生态系统稳定。

青藏高原农田土壤氨氧化古菌和细菌数量与活性及对氨氧化过程的贡献

氨氧化过程是硝化过程的第一步,也是限速步骤,主要由氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)参与完成,但是关于土壤中AOA和AOB的活性及对氨氧化作用的相对贡献尚不清楚,AOA和AOB数量与氨氧化速率之间是否存在相关关系仍然存在争议.采用荧光定量PCR并结合乙炔(C_(2)H_(2))和1-辛炔抑制法对青藏高原林芝、拉孜、桑珠孜和桑日地区小麦、青稞、油菜土壤中AOA和AOB的数量与活性进行定量测定.结果表明:在所有土壤样品中,AOB数量[每克干土中拷贝数为(2.34±0.84)×10^(5)-(2.65±1.07)×10^(6)]均显著高于AOA数量[每克干土中拷贝数为(0.20±0.10)×10^(4)-(4.02±0.39)×10^(4));土壤pH是影响AOB数量的关键因素,土壤总磷和铵态氮是影响AOA数量的关键因素.拉孜(2.42±0.73 mg kg^(-1) d^(-1))和桑珠孜(3.24±1.15 mg kg^(-1) d^(-1))所有农田作物土壤中氨氧化速率均显著高于林芝(1.17±0.43 mg kg^(-1) d^(-1))和桑日(0.88±0.57 mg kg^(-1) d^(-1)),并且拉孜和桑珠孜农田土壤中氨氧化速率由AOB主导,林芝和桑日农田土壤中氨氧化速率由AOA主导.4个地区均是小麦和油菜土壤中氨氧化速率显著高于青稞土壤,但AOA和AOB活性与农作物类型无关.土壤氮磷比是影响AOA活性的主要因素,而土壤pH和总碳是影响AOB活性的主要因素.此外,AOA和AOB数量与总的氨氧化速率及AOA、AOB活性均无相关关系.总的来说,本研究表明AOA和AOB在青藏高原农田土壤氨氧化中均起到重要作用,并且通过氨氧化微生物amoA基因数量推测AOA和AOB活性以及二者对氨氧化作用的相对贡献不可行,需要通过直接测定AOA和AOB活性才能准确衡量,上述结果对于理解青藏高原农田生态系统氨氮去除过程以及减缓硝酸盐流失、降低温室气体氧化亚氮排放具有重要意义.(图1表4参44)

贡嘎山森林土壤氨氧化微生物数量在海拔梯度的空间分异特征

土壤氮循环是构成全球生物化学循环的关键组成部分,其中氨氧化微生物介导的硝化作用是驱动氮循环的重要动力.为了解不同海拔梯度森林土壤氨氧化微生物的空间分布规律,采用qPCR技术,以参与编码的氨单加氧酶(amoA)为标记,调查各海拔梯度(1 800-4 100 m)贡嘎山森林土壤氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)的数量,并揭示其与环境因子的相关性.结果表明,不同海拔梯度森林表层土壤中均具有一定数量的AOA和AOB,且在低海拔地区(1 800-3 200 m)均高于高海拔地区(3 600-4 100 m).AOA数量在海拔较低地区变化趋势为0.04%-5.63%,垂向尺度上最高降低10.7%;AOB数量在不同海拔之间均存在显著差异,3 800 m较1 800 m高出22.5%. Spearman相关分析表明,不同海拔梯度氨氧化微生物数量对环境变化的响应模式不同,AOB与气候(年均温度、年均降水量)、pH、土壤温度、碳氮含量及电导率相关,而AOA变化仅与气候(年均温度、年均降水量)和土壤温度相关,与其他土壤因素不相关.本研究揭示出贡嘎山不同海拔梯度气候和土壤性质的综合作用可能是引起AOA和AOB数量及丰度变化的因子,且AOA和AOB数量具有极强的空间异质性;结果可为进一步研究大尺度森林生态系统氮循环相关微生物的海拔分布格局提供数据支撑.(图2表2参30)

人工与天然云杉林土壤真菌群落多样性及菌群网络关系特征

土壤真菌群落多样性和菌群关系是维持生态系统的多样性及稳定性的关键。本文以粗枝云杉人工林和天然林为研究对象,利用高通量测序技术和生物信息学分析方法,研究了云杉根际和非根际土壤真菌群落组成、多样性及菌群网络关系。结果表明:从群落组成上看,人工林中相对丰度最高的科是丝盖伞科,而天然林中是蜡壳耳科,两处林型下占比最高的属均为丝盖伞属。群落的β多样性在两处林型的根际、非根际下存在显著差异。环境变量与真菌类群的相对丰度和α多样性相关关系不显著,而草本覆盖度、土壤含水率、总有机碳和植被丰富度是群落β多样性的主要影响因素。网络分析显示,天然林土壤真菌菌群之间以负相关关系为主,表明天然林土壤中菌群之间主要存在竞争作用。比较两处林型下的根际、非根际土壤真菌菌群关系发现,非根际区域菌群之间负相关性均较高,表明非根际土壤中菌群的种间竞争作用可能要强于根际土壤。结合差异丰度分析,两处林型下根际和非根际之间存在显著差异的物种中仅有蜡壳耳科为真菌网络中共有的关键菌群,表明人工林和天然林土壤真菌群落结构中差异种群的变化可能对其群落稳定性影响较小。