高寒草甸鼠兔干扰对土壤微生物群落结构及其装配机制的影响

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高寒草地在陆地生态系统的功能维持中扮演着关键角色,但由于其脆弱的生态环境,该生态系统中的植被和土壤对外界变化十分敏感。小型穴居哺乳动物发挥着“生态系统工程师”的作用,其挖掘和啃食活动是引起植被和土壤环境变化的关键驱动力。目前对于穴居哺乳动物干扰下的高寒草地生态系统演变开展了部分研究,主要集中在植被和土壤方面,而对于驱动养分循环和能量流动的微生物研究相对较少。基于此,本研究以青藏高原高寒草甸鼠兔(Ochtona curzoniae)扰动形成的斑块为对象,利用微生物扩增子测序技术,系统分析了鼠兔干扰下高寒土壤微生物群落结构和功能的变化及其驱动因素,明确了鼠兔驱动下的微生物多样性分布格局及其形成机制,为揭示高寒生态系统生物多样性维持和功能稳定机制提供依据。主要结果如下:(1)鼠兔干扰对土壤微生物群落结构和互作网络的影响鼠兔干扰促进了细菌硝化和反硝化类群的富集,增加了真菌动植物病原体的传播风险,同时导致固氮细菌以及菌根真菌丰度降低。这些功能类群相对丰度的变化与鼠兔干扰后地上植被盖度和土壤紧实度降低导致的土壤水溶性有机碳、含水量和p H的降低以及速效养分(速效磷、速效钾和无机氮)含量的提高密切相关。相比于未干扰土壤,干扰土壤中细菌和真菌的丰富度分别增加37.2%和130.7%,Shannon多样性指数分别提高16.6%和34.6%,这进一步导致它们互作网络复杂性的提高。Alpha多样性和网络复杂性的提高还与速效养分含量的增加有关。此外,在干扰土壤中确定的关键物种主要属于放线菌(Actinobacteriota)、变形杆菌(Proteobacteria)以及子囊菌(Ascomycota),而在未干扰土壤中确定的关键物种主要属于酸杆菌(Acidobacteriota)和子囊菌(Ascomycota)。这些关键类群可作为指示高寒生态系统中小型哺乳动物干扰影响的重要指标。(2)不同面积退化斑块下土壤微生物群落结构和互作网络演变特征随着退化斑块面积的增大,细菌Alpha多样性表现出显著降低的趋势,而土壤真菌的Beta多样则表现为显著增大。细菌和真菌群落的多样性分布模式是由不同的群落构建机制所驱动的,细菌群落主要受到确定性过程的作用,而真菌群落主要受到随机性过程主导,因此较大面积斑块上较差的生境质量(减少的有机碳、全氮、速效养分和水分含量)是导致细菌多样性降低的主要原因,而较强的扩散限制作用是导致真菌多样性增大的主要因素。另外,随着退化斑块面积增大,细菌和真菌都形成了更加复杂的群落网络结构来抵御鼠兔干扰,但其复杂性形成的机理不同。细菌倾向于形成连通性更高的网络,而真菌倾向于形成模块化程度更高的网络,随机性与确定性过程相对重要性的变化是驱动细菌和真菌网络结构演变的重要因素。综上所述,鼠兔干扰提高了土壤细菌和真菌的Alpha多样性和网络复杂性,促进了细菌硝化和反硝化类群以及真菌动植物病原体的富集,导致固氮细菌和菌根真菌丰度降低。随着鼠兔干扰面积进一步增大,土壤细菌多样性显著降低,而真菌多样性显著提高。以上结果揭示了高寒土壤微生物群落对鼠兔干扰的响应及其内在机制,可为高寒生态系统功能以及生物多样性的维持提供依据。
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