基于高通量测序的准噶尔盆地荒漠土壤细菌多样性及群落结构特征

荒漠草地占新疆草地总面积的46.9%,不同荒漠类型的气候差异显著,植被和土壤类型也各不相同。以准噶尔盆地大面积分布的3种代表性荒漠植被类型(南缘伊犁绢蒿荒漠、腹地白梭梭荒漠和北缘盐生假木贼荒漠)为研究对象,应用高通量测序技术,分析比较3种荒漠植被类型的土壤细菌群落组成和多样性特征。结果表明:放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和拟杆菌门是准噶尔盆地荒漠土壤中6个主要优势类群细菌,其相对丰度累计超过94%。放线菌门在3种荒漠类型中相对丰度最高,均超过50%,但差异不显著(P>0.05);酸杆菌门在伊犁绢蒿荒漠中相对丰度最高,厚壁菌门在白梭梭荒漠丰度最高,拟杆菌门在盐生假木贼荒漠丰度最高,且这3种菌门在3种荒漠类型中差异显著(P<0.05);在3种荒漠类型中,白梭梭荒漠细菌操作分类单元(OTU)数最少,多样性最低。Pearson相关性分析和RDA分析结果均表明,年均降水量和土壤有机碳是影响细菌群落结构组成和多样性最显著的环境因子。     

封育对盐生假木贼荒漠和博乐绢蒿荒漠群落特征的影响

以盐生假木贼荒漠和博乐绢蒿荒漠为对象,采用野外简单取样的方法,探讨两种荒漠中围栏内外群落数量特征和植物多样性对短期封育的响应及封育效果,结果表明:(1)与自由放牧区相比,盐生假木贼荒漠短期封育(6a)后植物群落地上生物量、盖度、高度、丰富度指数、均匀度指数和多样性指数显著提高(P<0.05),但密度显著降低(P<0.05);博乐绢蒿荒漠群落数量特征和植物多样性对短期封育(5a)的响应较小。(2)从类型上看,盐生假木贼荒漠封育区高度、盖度、多样性指数和均匀度指数比博乐绢蒿荒漠封育区高28.3%~47.5%,差异显著(P<0.05);而盐生假木贼荒漠自由放牧区高度、丰富度指数、Margalef指数比博乐绢蒿荒漠低23.3%~49.5%,差异显著(P<0.05)。总之,短期封育有利于退化盐生假木贼荒漠草地的恢复和植物多样性的维持,但对博乐绢蒿荒漠影响较小,表明围栏封育效果与荒漠草地类型有密切关系。     

不同恢复措施对宁夏荒漠草原土壤碳氮储量的影响

以放牧(CK)、深翻耕(S)、浅翻耕(Q)、免耕(M)和封育(F)5种不同生态恢复措施处理的荒漠草原为对象,研究不同恢复措施条件下0~40 cm土层土壤有机碳,全氮储量的变化特征。结果表明,0~10 cm和10~20 cm土层,有机碳含量均以浅翻耕处理草地最高,分别为14.90和14.50 g·kg^-1,显著高于深翻耕处理草地、封育草地和放牧草地(P<0.05);20~30 cm土层,不同处理草地有机碳含量变化范围为5.03~9.93 g·kg^-1,以浅翻耕处理草地最高,封育草地最低(P<0.05)。土壤全氮含量,0~10 cm和10~20 cm土层均以浅翻耕处理草地最高,分别为0.17和0.22 g·kg^-1,显著高于封育和放牧草地(P<0.05);20~30 cm和30~40 cm土层均以深翻耕处理草地最高,分别为0.14和0.13 g·kg^-1,显著高于封育草地(P<0.05)。不同处理草地各土层土壤有机碳和全氮密度的分布范围为0.49~1.58 kg·m^-2和0.013~0.039 kg·m^-2,其中,0~40 cm各土层有机碳密度及0~10 cm和10~20 cm土层全氮密度均以浅翻耕处理草地较高,封育草地较低,20~40 cm土层全氮密度以深翻耕处理草地最高,封育草地较低。0~40 cm各土层土壤有机碳和全氮储量均以浅翻耕处理草地最高,分别为47.72和1.09 t·hm^-2,显著高于封育草地(P<0.05)。浅翻耕处理草地更有利于该区荒漠草原土壤有机碳和全氮储量的积累。     

青海省不同高寒草地土壤主要养分及可溶性有机碳特性研究

为探索不同高寒草地类型中土壤有机碳、养分和可溶性有机碳的含量差异以及可溶性有机碳分布特征,以青海省4个高寒草地类型土壤0~10 cm和10~20 cm土层为研究对象,分析了土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、可溶性有机碳含量,以及可溶性有机碳芳香性指数和腐殖化指数,并进一步探讨了可溶性有机碳含量与土壤有机碳、各养分含量之间的相关性。结果表明,不同高寒草地类型各土层土壤中全氮、有机碳、可溶性有机碳含量由高到低的顺序依次为:高寒草甸类>高寒草甸草原类>高寒草原类>高寒荒漠类,且不同类型之间差异显著(P<0.05)。随着土层的加深,土壤全氮、有机碳含量有降低趋势。不同类型高寒草地各土层土壤中可溶性有机碳的芳香性指数和腐殖化指数表现出与此相同的变化趋势。不同高寒草地各土层中可溶性有机碳与土壤全氮、有机碳含量之间均呈现出显著正相关关系(P<0.05)。综上所述,高寒草甸和高寒草甸草原土壤有机碳、全氮、可溶性有机碳含量较高,结构复杂。可溶性有机碳的芳香性指数和腐殖化指数在一定程度上能够反映土壤养分状况。     

封育措施下荒漠草原针茅植物-土壤C、N、P化学计量特征

以内蒙古希拉穆仁典型荒漠草原封育措施(完全封育、季节封育)下优势植物短花针茅及克氏针茅为研究对象,通过测定其叶片、枯落物和土壤C、N、P 含量及化学计量特征,分析封育措施下两种针茅养分变化特征及养分限制因素。结果表明:1)两种针茅叶片及枯落物C、N、P含量均表现为完全封育>季节封育,土壤N含量为完全封育(2.54 g·kg^-1)<季节封育(2.75 g·kg^-1);2)两种针茅植物叶片C/N、C/ P表现为季节封育>完全封育(P<0.05),说明完全封育降低了两种植物的固碳能力,土壤C/N与C/P均表现为完全封育(6.03、39.80)>季节封育(4.92、36.58)且差异显著(P<0.05);3)不同封育措施两种针茅叶片N/P>16,说明封育下两种针茅植物在研究区内主要受P的限制。研究结果进一步为荒漠草原可持续恢复管理提供科学指导。     

基于高通量测序的准噶尔盆地荒漠土壤细菌多样性及群落结构特征

荒漠草地占新疆草地总面积的46.9%,不同荒漠类型的气候差异显著,植被和土壤类型也各不相同。以准噶尔盆地大面积分布的3种代表性荒漠植被类型(南缘伊犁绢蒿荒漠、腹地白梭梭荒漠和北缘盐生假木贼荒漠)为研究对象,应用高通量测序技术,分析比较3种荒漠植被类型的土壤细菌群落组成和多样性特征。结果表明:放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和拟杆菌门是准噶尔盆地荒漠土壤中6个主要优势类群细菌,其相对丰度累计超过94%。放线菌门在3种荒漠类型中相对丰度最高,均超过50%,但差异不显著(P0.05);酸杆菌门在伊犁绢蒿荒漠中相对丰度最高,厚壁菌门在白梭梭荒漠丰度最高,拟杆菌门在盐生假木贼荒漠丰度最高,且这3种菌门在3种荒漠类型中差异显著(P0.05);在3种荒漠类型中,白梭梭荒漠细菌操作分类单元(OTU)数最少,多样性最低。Pearson相关性分析和RDA分析结果均表明,年均降水量和土壤有机碳是影响细菌群落结构组成和多样性最显著的环境因子。     

不同利用方式对小针茅荒漠草原土壤活性有机碳的影响

通过围封、3个放牧梯度[0.50羊单位/hm²(G_0.50)、0.94羊单位/hm²(G_0.94)、1.25羊单位/hm²(G_1.25)]和开垦5种不同的处理条件下,对内蒙古小针茅荒漠草原土壤总有机碳、水溶性有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳含量和土壤基本理化的影响开展野外监测试验。结果表明,1)不同利用方式下,小针茅荒漠草原土壤总有机碳、全氮、全磷、碳氮比均表现为围封>G_0.50>G_0.94>开垦>G_1.25。其中围封区的土壤有机碳含量、全氮含量显著高于G_0.94、G_1.25和开垦区(P<0.05),随着放牧强度的增加,土壤有机碳、全氮、全磷、碳氮比均呈现逐渐降低的趋势。2)开垦区和放牧区土壤表层(0~20 cm)水溶性有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳含量,均显著低于围封区(P<0.05);在放牧区,随着放牧强度的增加土壤活性有机碳含量均逐渐降低。3)围封4年后小针茅荒漠草原土壤活性有机碳占总有机碳的比例提高,放牧和开垦使活性有机碳的比例下降。其中,围封区的土壤微生物量碳比例显著高于G_0.94、G_1.25和开垦区(P<0.05),较G_0.50、G_0.94、G_1.25和开垦区分别增加了0.26,0.53,0.66和0.43个百分点。4)土壤总有机碳、水溶性有机碳、易氧化有机碳、微生物量碳含量均具有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的正相关关系,土壤活性有机碳组分与土壤理化性质具有密切的关系。     

不同恢复措施对宁夏典型草原土壤碳氮储量的影响

为探讨不同恢复措施下草原土壤有机碳、全氮储量特征的变化,以宁夏黄土丘陵区典型草原为对象,对放牧(对照GG),封育(EG),水平沟(CG)和鱼鳞坑(FG)3种不同恢复措施下0~40 cm土壤有机碳、全氮储量进行研究。研究表明:1)土壤有机碳和全氮含量以封育草地最高,分别为30.35和2.92 g/kg,放牧草地次之,水平沟草地最低(P<0.05);C/N表现为封育最高,水平沟次之,放牧草地最低;各措施下土壤有机碳和全氮含量随着土层加深整体呈下降趋势。2)土壤有机碳和全氮密度呈封育和放牧草地较高,鱼鳞坑居中,水平沟最低。各恢复措施下有机碳密度随着土层加深而降低,全氮密度无明显规律。3)土壤碳氮储量表现为封育草地>放牧草地>鱼鳞坑草地>水平沟草地。禁牧封育更有利于该区典型草原土壤有机碳和全氮储量的积累。     

准噶尔荒漠3种典型植物群系植物多样性及其影响因素

以准噶尔荒漠3种典型植物群系为研究对象,通过野外调查取样和室内测定,并结合环境因子,分析比较准噶尔荒漠3种典型植物群系群落组成和多样性特征。结果表明:准噶尔荒漠3种典型植物群系共记录6科13属15种植物,物种多样性总体较低,藜科植物在荒漠植物中占比超过55%。在3种植物群系中,伊犁绢蒿群系的Shannon-wiener指数和Simpson指数最高,分别为1.09和0.56;白梭梭群系的Pielou指数和Simpson指数最低,分别为0.54和0.42;盐生假木贼群系的Pielou指数最高,为0.85。准噶尔荒漠植物群落物种组成和多样性受多种环境因子综合作用,影响伊犁绢蒿群系最主要的环境因子是土壤有机碳和全氮含量,影响白梭梭群系最主要的环境因子是年平均气温,影响盐生假木贼群系最主要的环境因子是年平均降水量和土壤pH值,在整个研究区域年平均气温、年平均降水量、纬度和土壤有机碳含量在所有环境因子中起主导作用。     

阴山北麓不同土地利用类型土壤养分特征分析与评价

采用野外实地调查采样、室内样品分析和数理统计相结合的方法,研究了阴山北麓4种不同利用类型土地的土壤养分特征,并对土壤肥力进行了综合评价。结果表明,1) 研究区土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为(25.12±6.56),(0.63±0.08),(0.76±0.10),(31.99±1.07) g/kg;速效氮、速效磷、速效钾含量分别为(39.87±9.14),(6.72±3.75),(175.83±105.45) mg/kg;pH为(7.74±0.14)。2) 土地利用方式对有机质、全氮、全磷、速效磷和速效钾的影响极显著(P<0.01),而对速效氮、全钾和pH的影响不显著(P>0.05)。3) 土壤全氮、磷、钾含量和pH值在垂直剖面上(0~25 cm自上而下)表现为无规律的波动状态,但整体上变幅不大;而速效氮、磷、钾和有机质含量整体上表现为下降趋势。4) 土壤肥力综合评价值的排序为封育草地(0.506)>放牧草地(0.417)>耕地(0.361)>弃耕地(0.357),封育草地与放牧草地的土壤肥力为中等级水平,而耕地和弃耕地的肥力为低等级水平,说明草地比耕地更有利于土壤保肥。总体而言,研究区土壤肥力水平较低,存在的主要问题是土壤中全氮和速效氮含量严重偏低。     

封育对荒漠草原土壤有机碳及其活性组分的影响

以空间序列代替时间序列的方法,选取未封育、封育3、5、7及10年的荒漠草原为对象,研究封育对荒漠草原土壤总有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳和易氧化有机碳的影响。结果表明:封育对5~10 cm、10~20 cm和20~40 cm土层总有机碳影响显著(P<0.05),其含量随封育年限的延长总体呈增加的趋势,分布范围为2.24~4.52 g· kg^-1,以封育7和10年的荒漠草原较高。封育对荒漠草原土壤颗粒有机碳无显著影响(P>0.05);可溶性有机碳含量在0~5 cm、5~10 cm和20~40 cm土层随封育年限的延长呈先下降后上升的趋势,均以未封育荒漠草原最高,分别为0.59,0.49 和0.56 g·kg^-1,封育5和7年的荒漠草原较低;易氧化有机碳含量以封育7年的荒漠草原较高,总含量为2.48 g·kg^-1。封育7年是退化荒漠草原自然恢复演替过程中的一个转折。     

围封条件下荒漠草原两种植物群落土壤理化性状与酶活性的研究

围栏封育是退耕还林还草工程措施之一,不仅有助于草场植被的恢复,也有助于土壤特性的改善。以宁夏盐池县荒漠草原沙芦草群落和苦豆子群落为研究对象,通过对土壤基本理化性状及4种常见土壤酶活性的测定,研究围封内外两种植物群落的土壤理化性状与酶活性的变化特征。结果表明:1)较围栏外,围栏内的沙芦草群落0~10cm土壤含水量、全氮、全磷均显著提高,土壤容重、pH值、碱解氮和速效磷含量显著降低,10~20cm和20~40cm土层的土壤理化性状之间无显著差异;苦豆子群落除土壤容重显著降低外,围封显著提高了土壤含水量、pH值、有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量。2)围栏内沙芦草群落中土壤脲酶活性显著降低,而土壤蔗糖酶活性在表层(0~10cm)显著提高,过氧化氢酶和磷酸酶活性变化不显著;苦豆子群落围栏内土壤磷酸酶活性显著降低,蔗糖酶和脲酶的活性显著提高,过氧化氢酶活性变化不显著。3)两种植物群落中的土壤酶活性与土壤理化性状之间的相关性不同。苦豆子群落中土壤蔗糖酶活性、土壤脲酶活性与土壤养分之间均极显著正相关(P<0.01),而磷酸酶活性与之呈负相关关系;沙芦草群落中脲酶活性与土壤有机碳、全磷、速效磷含量均为极显著正相关关系(P<0.01),而过氧化氢酶活性与土壤有机碳、全氮、碱解氮含量之间呈显著正相关关系(P<0.05)。研究证实,围封尽管能够增加2种植物群落的表层土壤(0~10cm)含水量和土壤养分,但对4种土壤酶活性的影响没有表现出明显的规律性。     

不同荒漠草原植被根际与非根际土壤养分及碳库管理指数特征

通过对宁夏荒漠草原恢复工程主要植被柠条、沙蒿、短花针茅和蒙古冰草根际与非根际表层(0~5 cm)、亚表层(5~10 cm)和深层(10~15 cm)土壤养分、土壤总碳(soil total organic carbon,C_r)、活性有机碳(active organic carbon,C_A)、碳库指数(carbon pool index,CPI)及碳库管理指数(carbon pool management index,CPMI)特征进行分析研究,探讨不同植被恢复对土壤养分、CPMI变化特征的影响。结果表明: 1)4种植被土壤养分均随土壤深度增加呈降低趋势,根际大于非根际,柠条群落根际和非根际表层速效钾(AK)含量高达130.81和111.96 mg/kg,相对于亚表层和深层分别高6.87、31.65 mg/kg和23.57、61.44 mg/kg,随土层深度增加,根际表层,亚表层和深层比非根际土壤分别高18.84、35.55和48.63 mg/kg,表现出了荒漠草原特殊的“肥岛”聚集效应,不同群落间差异显著(P<0.05); 2)4种植被类型土壤总有机碳C_r含量在2.09~17.11 g/kg范围内,土壤碳库管理指数CPMI均表现为根际大于非根际,C_r和C_A含量在土壤垂直剖面中的分布相似,具有一定的“聚表效应”,柠条和蒙古冰草群落表层比亚表层碳库活度分别增加了38.41%和29.54%,不同植被类型之间碳库活度表现为蒙古冰草>沙蒿>柠条>短花针茅,植被恢复显著改善了土壤有机质分布状况和土壤碳库质量,明显增强荒漠草原土壤碳汇功能; 3)荒漠草原土壤CPMI 与土壤养分含量显著相关(P<0.05),pH与C_r、C_A、CPI和CPMI呈显著负相关(P<0.05),相关系数分别为-0.661、-0.437、-0.661和-0.410,与其他土壤养分指标呈显著或极显著正相关(P<0.05; P<0.01),土壤氮(N)、磷(P)、钾(K)促进了土壤碳库循环周转速率,显著提高土壤质量和生产力。CPMI能够用来作为评价土壤质量和土壤管理措施的有效指标。     

人工柠条灌丛密度对荒漠草原土壤养分空间分布的影响

将荒漠草原人工柠条灌丛按密度分为高密度(HD)、中密度(MD)和低密度(LD),水平方向分灌丛根围(RS)、冠缘(MS)和灌丛间(IS),垂直方向分0~10 cm,10~20 cm,20~40 cm,40~60 cm,60~80 cm,80~100 cm,以同一区域的荒漠草原为对照(CK),系统展开柠条灌丛密度对荒漠草原土壤养分空间分布的影响。结果表明:随柠条灌丛密度的增加,土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、有效磷(AP)、碱解氮(AN)含量逐渐增加,表层(0~10 cm)增幅最大,底层(80~100 cm)增幅最小,其中AP对柠条灌丛密度的敏感性最高;无论水平还是垂直方向均以HD柠条灌丛增加荒漠草原土壤养分效应最为显著。垂直方向柠条灌丛对TN、TP、AP、AN增加效应集中于表层以下,对SOC增加效应集中于20 cm土层以下,且增加效应随土层深度增加逐渐减弱;水平方向同层相比,以根围增加效应最为显著,灌缘、灌丛间次之,随土层深度该增加效应逐渐平稳或消失。综合表明:人工柠条灌丛能够增加荒漠草原土壤养分,以HD柠条灌丛根围表层(0~10 cm)增加效应最强,这种增加效应在垂直方向随土层深度增加逐渐减弱,水平方向则朝着远离根的方向减弱,虽然柠条灌丛对荒漠草原土壤养分的空间分布有增加效应,但并未影响到荒漠草原土壤养分的垂直分布格局。