科尔沁沙地植被恢复对土壤微生物多样性的影响

Soil microbial community influences many key processes in terrestrial ecosystems, such as nutrient cycling and energy flow. Soil microbial diversity plays an important role in maintaining stability and function of sandy land ecosystem. However, the characteristics and mechanism of soil microbial diversity are still unclear in sandy land ecosystem. Our research is based on the trend of desertification reversion in Horqin Sandy Land. This research will be carried out by combining field investigation, control simulation experiment and laboratory analysis to study the effects of vegetation restoration and dominant plants on soil microbial diversity in Horqin Sandy Land. The aims of this research are to clarify the characteristics and changes of soil microbial diversity in sandy land restoration process; analyze the relationship between soil microbial diversity and environmental factors; define the main factors that influence soil microbial diversity; establish the mathematical model between soil microbial diversity and environmental factors; explore the relationship and mechanism among plant, soil and microbe in sandy land ecosystem.

土壤微生物决定着陆地生态系统中的养分循环、能量流动等关键过程，土壤微生物多样性对沙地生态系统稳定性和功能的维持具有重要的作用，但沙地生态系统中土壤微生物多样性特征及其影响机制尚不明确。本研究结合当前科尔沁沙地沙漠化逆转趋势，通过野外调查、控制模拟和室内分析相结合的方法，研究沙地植被恢复对土壤微生物数量、生物量和多样性的影响；结合控制模拟实验，研究沙地优势植物对土壤微生物多样性的影响。阐明沙地植被恢复过程中土壤微生物多样性组成及变化规律，分析土壤微生物多样性指数与植被组成和土壤因子的关系，确定影响土壤微生物多样性的主要环境因子，建立土壤微生物多样性与环境因子的数学模型，探讨沙地生态系统中植物-土壤-微生物之间的相互关系及作用机理。

科尔沁沙地沙漠化逆转过程中，植被-土壤-微生物系统发生着相应的变化，直接或间接影响沙地生态系统功能和稳定性。土壤微生物决定沙地生态系统的养分循环、能量流动等关键过程，因此研究沙地植被恢复对土壤微生物多样性及其群落组成的影响具有重要的生态学意义。本研究以通过野外调查、控制模拟和实验室分析相结合的方法，阐明了沙地植被恢复过程中土壤微生物数量、生物量和多样性组成及其变化规律，分析了土壤微生物多样性指数与植被组成和土壤因子的关系，建立了土壤微生物多样性与环境因子的关系模型。研究结果表明：在退化沙地植被恢复过程中，随着沙丘的固定，土壤微生物总数、细菌数量、放线菌数量、真菌数量、纤维素分解菌数量逐渐升高；微生物生物量碳逐渐升高，沙质草地中的微生物生物量碳是流动沙丘的28.73倍；土壤真菌丰富度和Shannon-Wiener指数显著升高。Deconica montana, Pleospora herbarum和 Wickerhamomyces anomalus是沙地土壤真菌的优势物种，每种沙丘生境中生存着其特殊的真菌物种，流动沙丘土壤真菌群落与半固定沙丘、固定沙丘和沙质草地的群落差异较大，其相似度分别为65.47%、57.71%和53.56%。植被特征和土壤因子显著影响沙地土壤真菌群落组成，其中土壤碳氮比和地上生物量是影响沙地生态系统土壤真菌多样性和群落组成的主要环境因子。模拟控制实验结果表明：种植单一沙地优势植物降低了土壤细菌多样性组成，其中差巴嘎蒿显著降低了土壤细菌数量、丰富度和Shannon指数（p<0.05）；不同优势植物影响下的细菌种类丰富度差异较大，每种优势植物会滋生一小部分特异菌种（5-10%）。沙地植被恢复过程中，优势植物种的变化，通过改变土壤理化性质，间接影响了土壤细菌多样性及其群落结构组成。本研究结果为沙地生态系统的稳定性维持和区域可持续管理提供了理论依据。