若尔盖高原湿地典型植被土壤水解酶特征及其对生态因子的响应

来源 :兰州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Mafei19881016
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若尔盖高原位于青藏高原东缘,是全球最大的高寒湿地分布区,近年来受自然与人类经济生产活动的影响,若尔盖高原湿地植被退化,沼泽发生逆向演替,对高寒湿地生态系统物质化学循环产生重要影响。土壤酶是土壤中具有催化功能的蛋白质的总称,参与了土壤中几乎所有的生物化学反应过程,是陆地生态系统中碳、氮、磷等物质循环的重要限制性环节,其中以β-葡萄糖苷酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、α-葡萄糖苷酶、纤维素酶等为主的土壤水解酶其活性能够表征土壤中有机质的分解速率,是评价土壤质量的主要指标。因此研究土壤水解酶特征,分析水解酶与生态因子的相互关系,对揭示若尔盖高原湿地植被变化对土壤生态系统功能的影响具有重要意义。本研究选取若尔盖高原湿地典型区域--若尔盖县(若尔盖国家级湿地自然保护区花湖核心区,简称花湖)、玛曲县(兰州大学高寒草甸与湿地生态系统定位研究站,简称阿孜站)为研究区域,以多年积水区为中心,沿水分梯度,结合典型植物优势种类选择采样点,即选择花湖典型沼泽(常年积水R1)、沼泽化草甸1(R2)、沼泽化草甸2(R3)、草甸(R4)以及阿孜站沼泽(沼泽M1)、沼泽化草甸1(M2)、沼泽化草甸2(M3)、典型草甸(M4)。采用常规方法分析土壤水解酶活性与土壤理化性质,Illumina MiSeq测序技术分析土壤生物群落特征,进一步分析土壤水解酶活性对非生物因子与生物因子之间的相互关系。主要结果如下:(1)土壤水解酶特征数据显示,试验区土壤水解酶β-葡萄糖苷酶活性、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性、α-葡萄糖苷酶活性、纤维素酶活性变化趋势基本一致。花湖样地土壤水解酶活性基本随土壤水分递减呈递减趋势,且除了在R1样地的β-葡萄糖苷酶活性与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性外,9月份土壤水解酶活性均低于7月份土壤水解酶活性。阿孜站样地7月份四种土壤水解酶活性基本随土壤水分递减呈递减趋势。但9月份沼泽化草甸土壤水解酶活性均高于典型沼泽,且9月份沼泽化草甸土壤β-葡萄糖苷酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和纤维素酶活性均高于7月份。双因素方差分析显示,不同植被类型之间土壤水解酶的活性存在显著的差异性(p<0.05),且基本随典型沼泽>沼泽化草甸>典型草甸的演化梯度变化而递减。(2)土壤主要生态因子对土壤水解酶的影响冗余分析显示,四种土壤水解酶活性均与δ变形菌纲(Deltaproteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)的嗜酸杆菌纲(Acidobacteriia)、Subgroup.22纲;绿弯菌门(Chloroflexi)的KD4.96纲;纤维杆菌门(Fibrobacteres)的纤维杆菌纲(Fibrobacteria)的相对丰度存在显著正相关关系。线性回归分析的结果表明,四种土壤水解酶均与土壤有机碳含量(%)、土壤全氮含量(%)呈显著正相关关系。且与土壤容重呈现显著负相关关系。(3)对影响酶活性的生态因子重要性分析依据对8个生态因子的重要性排序结果,对β-糖苷酶活性影响依次是土壤容重、土壤有机碳含量(%)以及纤维杆菌纲(Fibrobacteria)的相对丰度较大;对β-N-乙酰氨基葡萄糖酶活性影响依次是土壤容重、土壤有机碳含量(%)以及嗜酸杆菌纲(Acidobacteriia)的相对丰度较大;对α-葡萄糖苷酶活性影响依次是土壤有机碳含量(%)、土壤全氮含量(%)以及δ变形菌纲(Deltaproteobacteria)的相对丰度较大;对纤维素酶影响依次分别是土壤有机碳含量(%)、土壤容重以及土壤全氮含量(%)较大。偏冗余分析(pRDA)结果显示,土壤容重、土壤化学性质以及土壤生物因子共同解释了土壤水解酶活性变化的63.90%,其中土壤生物因子、土壤主要化学性质及土壤容重分别解释了的42.74%、46.24%与55.45%,而土壤生物因子与土壤主要化学性质共同解释了1.3%、土壤主要化学性质与土壤容重共同解释11.7%、土壤生物因子与土壤容重共同解释2.8%,三者共同解释了32.3%的酶活性变化。土壤水解酶活性主要受土壤容重与土壤主要化学性质的影响而土壤生物因子的影响稍弱。
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