岱海湖岸带不同土著植物类型下土壤氮代谢功能菌群研究

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岱海及其流域作为我国北方生态屏障的重要组成部分,近年来由于人为和自然因素的干扰,导致岱海湖岸带土壤养分贫瘠,盐渍化加剧,植被覆盖度降低。氮素作为湖岸带生态系统中的关键因子,同样是氮代谢过程的“热区”。因此,研究岱海湖岸带土壤氮代谢过程,对湖岸带土壤恢复及湖岸缓冲带构建具有重要意义。本研究根据岱海湖岸带植物种类区分,选取碱蓬、芦苇、水葱、香蒲、苍耳和扁秆荆三棱覆盖下的植物土壤为研究对象,对多项土壤理化性质进行测定分析,探讨不同植物类型下土壤氮素组分差异,利用氮稳定同位素技术分析土壤中氮素来源,通过宏基因组测序技术对各土壤微生物群落结构及氮代谢功能基因进行研究,主要研究结论如下:岱海流域土壤p H范围在7.95~9.06,整体呈碱性,土壤有机质和全氮呈较缺程度,目前亏缺较为严重。经模糊综合评价,土壤肥力综合评价指数IFI为0.393,流域土壤肥力水平属于较差。碱蓬和芦苇处土壤盐碱程度较高,生长环境更恶劣。各样品氮磷比值低,变化范围为0.519~2.383,植物的生长过程收到氮素的限制。不同土著植物土壤氮素中全氮含量差异最大,速效氮含量在所有土壤中分布最均匀,且均与p H呈负相关。全氮和硝态氮与其他理化性质的相关性是一致的,均与总磷、速效磷和有机质呈正相关。经氮稳定同位素分析证明湖岸带中氮素的来源与周边旅游区、牛羊养殖场、工业废水及上游农业土壤化肥的施用有关。对测序结果进行NR物种注释,通过与NR库进行比对,六个土壤样品共检测到有确定分类信息的微生物群落82个门类、135个纲、251个目、471个科、1876个属,11621个种。植物土壤中基本均以变形菌门为优势菌门(Proteobacteria,占35.4%~64.6%),放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门等在湖岸带植物土壤微生物群落组成中扮演重要角色。但是苍耳植物土壤区别于其他土壤,以放线菌门(Actinobacteria,占45.80%)为优势菌门。由冗余分析得出湖岸带植物土壤微生物菌群的主要影响因子是盐度、电导率、全氮含量。在盐度的作用下,在植物土壤各氮代谢途径中,反硝化途径作用最强,硝化途径作用最弱。碱蓬作为典型的耐盐植物,对盐渍土的环境有着更好的适应能力,使其硝化功能基因最丰富,有着更好的硝化体系。nar G基因在所有样品的反硝化途径中表达最为活跃,岱海湖岸带土壤的环境条件更有利于此基因的表达。变形菌门、放线菌门和绿弯菌门等作为岱海湖岸带植物土壤中占比较大的微生物种群,对氮代谢过程功不可没,同时参与了氮固定、硝化作用、反硝化作用和硝酸盐还原等多种作用,表明了不同种群的物种也具有相同的功能。盐度作为岱海湖岸带植物土壤微生物群落结构和氮代谢功能的主导因子,对塑造土壤的微生物氮代谢功能起到了关键作用。
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