【摘 要】
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气候变暖和大气氮沉降增加是全球气候变化的重要现象,会对陆地生态系统的结构和功能产生重要影响。青藏高原分布着世界中低纬地区面积最大、范围最广的多年冻土区,因其独特的地理位置和特殊的气候系统特征,被认为是气候变化的敏感区。在全球气候变化胁迫下,青藏高原脆弱的生态系统正在发生深刻变化。高寒沼泽草甸是青藏高原极易受气候变化影响的敏感生境。微生物作为生态系统的主要分解者,对气候变化的响应更加敏感和快速。研究
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气候变暖和大气氮沉降增加是全球气候变化的重要现象,会对陆地生态系统的结构和功能产生重要影响。青藏高原分布着世界中低纬地区面积最大、范围最广的多年冻土区,因其独特的地理位置和特殊的气候系统特征,被认为是气候变化的敏感区。在全球气候变化胁迫下,青藏高原脆弱的生态系统正在发生深刻变化。高寒沼泽草甸是青藏高原极易受气候变化影响的敏感生境。微生物作为生态系统的主要分解者,对气候变化的响应更加敏感和快速。研究气温升高和氮沉降增加对青藏高原沼泽草甸土壤细菌群落的影响,可为气候变化背景下土壤碳氮循环和高寒生态区保护提供理论依据。本研究选取青藏高原风火山地区高寒沼泽草甸为研究对象,采用开顶式增温室和外源氮素添加的方式,进行模拟增温与氮沉降试验,试验设置了三个单独增温水平(0、1.5~2.5、3~5℃)、三个仅氮添加水平(0、5、10 g N·m-2·yr-1)以及三个增温同时施氮处理(1.5~2.5℃,0 g N·m-2·yr-1;0℃,5 g N·m-2·yr-1;1.5~2.5℃,5 g N·m-2·yr-1),采集0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm土层的土壤样品,基于高通量测序技术,分析了模拟增温、氮添加及其交互作用下土壤细菌群落组成及多样性的响应特征,并结合相关土壤因子的测定,分析其对增温和施氮条件下土壤细菌群落的调控作用。主要研究结论如下:(1)增温、施氮及其交互作用下,土壤细菌优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)。表明增温和施氮处理下,细菌维持自身群落结构稳定性的能力较强。增温处理下,随增温幅度的增加,变形菌门相对丰度呈先增加后降低趋势。高增温幅度明显提高了酸杆菌门相对丰度。不同增温幅度均降低了放线菌门和厚壁菌门相对丰度。两种增温处理均增加了芽单胞菌门相对丰度。施氮处理下,随氮添加水平的升高,变形菌门相对丰度表现为先减小后增加趋势。不同氮添加水平均提高了酸杆菌门和芽单胞菌门相对丰度,均降低了放线菌门和厚壁菌门相对丰度。增温施氮交互作用下,单独施氮降低了变形菌门相对丰度,单独增温时变形菌门相对丰度增加,增温施氮交互作用时明显降低。仅氮添加时增加了酸杆菌门相对丰度,单独增温和增温施氮交互处理时变化不明显。增温、施氮及交互作用下放线菌门相对丰度均呈降低趋势。相比对照,各处理芽单胞菌门相对丰度均增加。厚壁菌门相对丰度相比对照,在增温、施氮及交互处理下均减少。(2)增温、施氮及其交互作用降低了细菌α多样性指数,但整体差异不显著。其中,增温处理下,高增温处理显著降低了10~20 cm土层多样性指数(Shannon指数,Simpson指数)(P<0.05)。低幅度增温没有显著改变Chao1指数,高幅度增温时,10~20cm土层Chao1指数相比对照显著降低(P<0.05)。施氮处理下,施氮水平为10 g N·m-2·yr-1时,显著降低了10~20 cm和20~30 cm土层土壤细菌Shannon指数(P<0.05)。不同施氮水平均降低了20~30 cm土层细菌Simpson指数(P<0.05)。高氮添加降低了10~20 cm土层Chao1指数,低氮添加降低了20~30cm土层Chao1指数(P<0.05)。增温施氮交互处理下,单独增温降低了0~10 cm和20~30 cm土层Simpson指数。单独施氮时,20~30 cm土层细菌Simpson指数显著降低。增温施氮交互处理显著降低了10~20 cm和20~30 cm土层细菌观测值指数、Shannon指数和Simpson和Chao1指数。(3)增温、施氮及交互作用下,土壤细菌群落均受到了不同土壤因子的调控作用。增温条件下,铵态氮和微生物量氮是影响细菌群落多样性的主要土壤因子。pH、全氮、铵态氮、硝态氮、有机碳、含水量、微生物量碳和氮与特定细菌门存在显著相关性。施氮条件下,pH、铵态氮和含水量是影响细菌群落多样性的主要土壤因子。pH、全氮、铵态氮、硝态氮、有机碳、含水量、微生物量碳和氮与特定细菌门存在显著相关性。增温施氮交互处理下,pH和铵态氮是影响细菌群落多样性的关键土壤因子,pH、全氮、有机碳、含水量、微生物量碳和氮与特定细菌门存在显著相关关系。
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