高寒草原灌丛化对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响

作     者：邓增卓玛 马文明 马祥丽 母先润 

作者机构：西南民族大学草地资源学院 

出 版 物：《土壤学报》 (Acta Pedologica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

基　　金：高寒湿地生态保护研究创新团队项目(2024CXTD10) 西南民族大学“双一流”项目(CX2023030) 西南民族大学研究生创新型科研项目(CX2021SZ27)资助 

主　　题：灌丛化 微生物群落组成 土壤有机碳化学组分 微生物共生网络 植物群落 

摘      要：在气候变化和过度放牧等的影响下，全球草地灌丛化现象愈发严重。然而，高寒草地土壤微生物群落对灌丛化的响应尚不清楚。以青藏高原东缘3种典型灌丛化草地（高山绣线Spiraea alpina、金露梅Potentilla fruticosa、小叶锦鸡儿Caragana microphylla）和无灌丛生长的草地为研究对象，通过分析植物群落结构、土壤碳组分、细菌群落结构及菌群互作关系，拟揭示高寒草原灌丛化对土壤微生物群落结构和土壤碳库的影响。基于16S rRNA基因测序技术研究土壤细菌群落及其共生特征，并结合傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析了土壤有机碳（SOC）化学组成。结果表明，灌丛化草地（小叶锦鸡儿和金露梅）地上植物群落组成均发生显著改变（P 0.05）。三种灌丛样地地上生物量均显著高于草地（P 0.05）。灌丛化对SOC和全氮（TN）含量无显著影响，但减小了表层与深层SOC含量的差异，具体表现为草地表层土壤SOC显著高于其深层（P 0.05），但小叶锦鸡儿样地中芳香族含量呈表聚型分布（P 0.05）。通过随机森林模型分析发现，酸杆菌门和放线菌门分布是表层和深层土壤中灌丛化的最重要预测因子。非度量多维尺度分析（NMDS）结果表明，灌丛化显著改变了高寒草地土壤细菌群落组成（P 0.05），且植物群落结构和SOC化学组成是影响土壤细菌群落结构变化的主要因子。通过功能预测分析得到4个生物代谢通路，分别为细胞过程（Cellular processes）、环境信息处理（Environmental information processing）、代谢（Metabolism）和遗传信息处理（Genetic information processing），其中土壤微生物的代谢功能在灌丛表层和深层土壤中富集（P 0.05）。三种灌丛草地表层和深层土壤细菌共现网络均较未灌丛化草地更为复杂和稳定，并且偏利共生或共生关系在高寒草地细菌群落结构建立中发挥重要作用。综上所述，灌丛化对土壤细菌群落结构及土壤碳库有重要调控作用，研究结果丰富了高寒草地土壤微生物群落组成和多样性的研究内容，为高寒草地土壤碳源汇效应提供了一定的理论基础。