蒙古沙冬青根围土壤微生物群落结构与功能多样性研究

摘要

蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）隶属豆科沙冬青属，是我国西北荒漠地区唯一豆科常绿阔叶灌木，对荒漠生态系统维持和沙漠绿化有重要作用。目前沙冬青天然种群正在退化，导致分布面积日趋减小而处于濒危状态。如何提高荒漠植被对有限水分资源的利用、促进退化植被恢复和生态系统重建是人类面临的重大课题。土壤微生物是植物-土壤系统的重要组成成分，与土壤肥力、健康状况密切相关，对植物生长发育和群落结构演替具有重要作用，在整个生态系统结构和功能塑造方面占有重要地位，但有关退化生态系统土壤微生物多样性的研究相对缺乏。
　　本论文以珍稀濒危植物蒙古沙冬青为研究材料，基于磷脂脂肪酸（PLFA）和BIOLOG分析法，研究西北荒漠带蒙古沙冬青根围土壤微生物群落结构与功能多样性及与土壤因子的生态效应，分析影响荒漠土壤微生物分布的环境因子，探讨植物和土壤条件对微生物组成的相对作用，为科学评价管理荒漠植被恢复和生态重建提供依据。主要试验结果如下：
　　1.蒙古沙冬青根围土壤理化性质、微生物群落（细菌、真菌和放线菌）与碳源代谢率显著高于空白对照土壤，说明沙冬青作为活化石，能适应极端环境，促进荒漠土壤微生物功能活性，改善植被根围微生态环境。
　　2.蒙古沙冬青根围土壤微生物群落结构以细菌为主，表现为细菌>放线菌>真菌＞AM真菌；内蒙古乌海、磴口和阿拉善以革兰氏阳性菌（G+）为主，甘肃民勤和宁夏沙坡头以革兰氏阴性菌（G-）为主。不同样地表征碳源代谢能力的平均颜色变化率（AWCD）均随培养时间延长而增加，碳水化合物、羧酸类、氨基酸类和聚合物类碳源是沙冬青根围土壤微生物主要利用碳源，酚酸类和胺类碳源的利用率最小。
　　3.土壤微生物群落与功能多样性具有明显的时空异质性。革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌和放线菌含量均在民勤最高，磴口最低，自西向东表现为民勤＞沙坡头＞阿拉善＞乌海＞磴口。碳水化合物、羧酸、多聚物和氨基酸类碳源代谢在5样地有相似规律，表现为民勤＞阿拉善＞乌海＞沙坡头＞磴口；而胺类和酚酸类碳源代谢则在乌海最大，沙坡头最低。2016年各样地土壤微生物含量与功能代谢率显著高于2015年。
　　4.土层深度对土壤微生物群落结构与功能有显著影响。各样地AM真菌、G-、G+、真菌、放线菌、真核生物和厌氧菌微生物含量均在0~30cm土层有最大值，且随土层加升呈降低趋势，仅磴口各微生物含量最大值在30~40cn土层。土壤微生物代谢功能活性垂直动态分布明显，随土层加深，AWCD逐渐降低。6大类碳源的代谢在土层间表现为浅土层高于深土层。
　　5.聚类分析表明，民勤和阿拉善土壤微生物结构在空间距离上表现出相似性，而沙冬青根围土壤微生物群落碳源代谢多样性在内蒙古、甘肃和宁夏样地发生明显变化。
　　6. PCA分析表明，土壤酸性磷酸酶（ACP）碱性磷酸酶（ALP）、脲酶、总球囊霉素（TG）、有机碳和氨氮是5样地主要影响因子，能综合反映西北荒漠区营养状况。
　　7.土壤温度、磷酸酶、易提取球囊霉素（EEG）、TG和氨氮是影响土壤微生物群落结构变化的重要因子，而有机碳、ALP、TG和氨氮是影响微生物碳源功能代谢的关键因子，说明土壤营养元素和土壤酶是影响土壤微生物群落多样性空间分布的重要因素。
　　8. PLFA和BIOLOG数据相关性分析表明，土壤微生物群落结构与碳源功能代谢正相关，但6大类碳源与各种土壤微生物类群之间未达到显著相关水平。

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