植被与土壤微生物在退化高寒草地恢复演替中的作用及其互作机制

Vegetation recovery is key process in the ecological restoration, ecological restoration not only consider aboveground parts but also take into account belowground parts, in particular, feedback effects of soil microorganism on vegetation should be consider in the damaged ecosystem restoration succession of alpine meadow. However, it is not clear that the effect, function and feedback mechanism of the belowground part in ecological restoration of degraded alpine meadow. Under aboveground part-vegetation would be restoring, it has not been reported that belowground part-especially changing in the soil microorganism community structure and diversity whether or not avail to restore soil microbial ecosystem in degraded alpine meadow. Therefore, in this study artificial grassland of different establishing ages were considered as a object of study in restoration successional of degraded alpine meadow in the source region of Three Rivers, the spacial-temporal substitution method was used, and combined with PLFA and Biolog Eco Plate method to discuss the relations of the soil microorganism diversity and plant diversity in restoration successional of degraded alpine meadow. Meanwhile, to explore changes of soil nutrients, soil microorganism community structure, and microbe functional diversity in recovery successional of degraded alpine meadow, to illustrate importance of soil microbial feedback impact for ecological restoration in the degraded alpine meadow, to look for the interactive effective mechanisms among plant community-soil microbial community-soil nutrients, some scientific evidences would be provide for restoration of degraded grassland, adaptive ecosystem management, and sustainable development in alpine grassland of Qinghai-Tibetab plateau.

受损生态系统恢复中，在考虑地上植被的同时，也应该考虑地下生态组分的恢复，特别是土壤微生物系统。目前，对于生态恢复中的土壤微生物所起的作用、功能和反馈机制的认识十分有限。退化高寒草地生态系统恢复和重建研究中，土壤微生物和土壤养分的变化及其适应机制尚未见报道。因此，本项目以青藏高原三江源区退化高寒草地恢复演替中不同建植年限人工草地为研究对象，采用时空互代法，结合磷脂脂肪酸（PLFA）和Biolog Eco 微平板方法，探讨退化高寒草地恢复中植物多样性、微生物多样性/功能变化的关联性；揭示土壤养分、微生物群落结构和功能多样性在恢复演替中的变化；阐明受损生态系统恢复过程中土壤微生物反馈作用对生态恢复的重要性；探索植物群落-土壤微生物群落-土壤养分之间的互作机制。预期能为高寒退化草地恢复、生态系统适应性管理提供科学依据。

受损生态系统恢复中，在考虑地上植被的同时，也应该考虑地下生态组分的恢复，特别是土壤微生物系统。经过四年的野外调查、室内分析、业内总结等工作，在以下几个方面取得了初步的研究成果。（1）人工修复草地的建植对植被和土壤微生物的影响。地上植被覆盖度/生产力恢复是退化草地恢复的基础。草地功能的恢复最终表现于地上植被的覆盖度/生产力的恢复。从植物群落学角度看，不同建植期人工草地的物种丰富度、多样性指数、均匀度指数因时间和空间的变化而有明显的差异。即物种丰富度和多样性的逐渐增大，群落稳定性逐步提高。因此，对于退化生态系统的恢复首先是植被恢复。其次是土壤肥力的恢复。另外，人工修复草地的建植和恢复改变了植物与土壤微生物之前的互利关系，影响养分循环，对植物物种生长产生影响。因此，人工修复草地通过增加植物群落生物量，改变了植物与土壤微生物的互利关系，这种改变又反馈到植物群落，重新参与植物群落组成的构建。（2）地下根系是植物和土壤的动态界面。植物根系是生态系统结构功能的重要组成部分，生态系统地上与地下过程的关联主要是通过根系实现的。高寒草甸退化生态恢复过程中植物-地下根系适应性分布格局，植物与土壤微生物群落组成、多样性间的逐步适应过程和反馈作用，是维持高寒草地生态系统中植物群落-根系-土壤生物群落-土壤养分之间平衡关系主要因素，也是理解青藏高原高寒退化草地的恢复，适应性生态系统管理和可持续发展的理论依据。（3）植被和土壤微生物在生态系统养分循环过程中的作用。退化草地恢复过程中植物通过其凋落物和根系分泌物为土壤微生物提供营养, 形成植物和微生物之间的相互影响、相互依赖的关系, 从而促进土壤微生物群落组成和多样性适应性改变。同时植物群落物种组成和多样性变化、生产力水平的高低不仅影响植物群落凋落物质量和数量，而且改变了其化学组分，因此会影响土壤微生物群落的组成和功能多样性。