高寒草甸地上植物群落长期剪除对土壤生物群落组成和多样性的影响及机制研究

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土壤生物群落主要包括土壤细菌,土壤真菌,土壤原生生物和土壤线虫群落,它们在维持生态系统的功能和稳定性方面发挥着重要的作用,也是对土壤环境变化敏感的生物活性因子。土壤细菌和真菌作为土壤食物网中的分解者,参与有机质的分解和养分的循环,为土壤中其他生物群落提供营养资源。土壤原生生物和线虫是土壤食物网中重要的生物类群,对细菌、真菌和其他微小生物的群落组成有显著影响,同时也可以通过营养级联影响它们在土壤中的功能,如养分转化和维持生态系统稳定。植物群落能显著影响土壤生物群落的组成和多样性。植物群落不仅可以通过提供食物资源的方式产生直接影响,还可以通过改变土壤理化因素间接影响土壤生物群落。目前关于植物群落对土壤生物群落影响的研究主要集中于研究不同植物功能组短期剪除或者短期剪除特定植物种类对土壤微生物或者线虫的单独影响。但是针对地上植物群落长期剪除对土壤细菌,土壤真菌,土壤原生生物和土壤线虫群落组成和多样性的影响及其机制的研究较少。本研究以青藏高原东部高寒草甸的土壤生物群落为研究对象,通过长期剪除地上植物群落,研究地上植物群落的长期剪除对土壤生物群落组成和多样性的影响及其复杂机制。利用单因素方差分析探究剪除植物群落对土壤理化因素和土壤生物群落的丰富度、多度、香农多样性的影响;利用非度量多维尺度分析以及非参数多元方差分析探究剪除植物群落对不同土壤生物群落组成的影响;并运用基于距离的冗余分析和斯皮尔曼相关分析,研究土壤理化因素与土壤生物群落主要优势门/属的相关关系;最后利用结构方程模型来探究长期剪除植物群落对土壤生物群落组成和多样性的影响机制。我们的研究结果表明:1)剪除植物群落显著降低了土壤中硝态氮的含量和土壤含水量,但是对土壤的其他理化指标没有显著影响。2)剪除植物群落对土壤细菌丰富度没有产生显著的影响,对土壤细菌的香农多样性有边缘显著的负影响,同时对土壤细菌的群落组成也产生了显著影响;通过对细菌群落的主要门类进行分析发现,剪除植物群落会显著降低变形菌门和拟杆菌门的相对多度,会显著增加固氮菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和酸杆菌门的相对多度。剪除植物群落能显著降低土壤真菌的香农多样性和丰富度,但是对真菌的群落组成没有显著影响。3)剪除植物群落能够显著降低土壤原生生物的丰富度,对原生生物的香农多样性没有显著影响,同时对其群落组成也有极显著的影响;通过对原生生物的主要门进行分析发现,剪除植物群落会显著降低顶复门和淡色藻门的相对多度,但会显著增加变形虫门,绿藻门和中粘菌门的相对多度。4)剪除植物群落对线虫的丰富度和香农多样性均没有显著影响,但会显著降低土壤线虫的多度,同时也会显著改变线虫的群落组成;通过对线虫群落的主要类群进行分类发现,剪除植物群落会显著降低螺旋属,垫刃属,瘤咽属,类滑刃属和轮属的相对多度。通过对线虫群落不同功能指数的分析发现,剪除植物群落对线虫通道指数(NCR)产生显著的影响,即剪除植物群落下的有机质以细菌分解为主,保留植物群落下的有机质以真菌分解为主,但剪除植物群落对线虫群落结构指数(SI),成熟度指数(MI)以及富集指数(EI)均没有产生显著的影响。5)我们的SEM结果表明,剪除植物群落对细菌的丰富度没有产生直接和间接的影响,但会通过改变土壤含水量对土壤细菌的群落组成产生间接影响;剪除植物群落会直接降低真菌的丰富度,但对真菌的群落组成没有产生直接和间接的影响;剪除植物群落会通过土壤硝态氮和土壤含水量对原生生物丰富度产生间接的负作用,而没有直接的作用,同时剪除植物群落对原生生物的群落组成会产生直接和间接的影响;除此之外,剪除植物群落通过改变土壤含水量间接对土壤线虫的丰富度产生负作用,以及通过真菌丰富度间接对土壤线虫的丰富度产生正作用,同时土壤线虫群落组成受到剪除植物群落的直接影响。我们的结果表明,剪除植物群落会对不同土壤生物群落产生不同的影响,其影响机制也不同。剪除植物群落会显著降低真菌群落和原生生物群落的丰富度,对细菌群落和线虫群落的丰富度没有产生显著的影响;同时,剪除植物群落会显著降低真菌群落的香农多样性,并微弱的降低细菌群落的香农多样性,但对原生生物群落和线虫群落的香农多样性没有显著的影响;除此之外,剪除植物群落会直接或者通过土壤理化间接的改变细菌,原生生物和线虫的群落组成,但对真菌的群落组成没有产生显著的影响。这表明,土壤生物群落对地上植物群落的变化的响应是不同的,且高营养级的生物群落更容易受到剪除植物群落的影响。同时,这些结果也说明青藏高原高寒草甸植物群落的长期剪除对土壤生物群落有深远影响且影响机制复杂。这有助于我们了解高寒草甸植物群落的变化对土壤生物群落的作用方式及机理,对高寒草甸生态系统稳定性的维持具有重要的生态学意义。
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