柠条灌丛堆发育与土壤微生物的互馈过程与机制

Shrub hebkhas can prevent soil erosion and nutrient loss, provide higher soil nutrients, and affect the biogeochemical cycling process of ecosystems. However, ecological function of soil microbial diversity during the process of shrub development is less studied, so that knowledge of the biochemistry process of formation of the shrub fertile island still lack, it is difficult to explain phytogenic nebkha evolution mechanism and its influencing factors. In order to explore the development of soil microbial community structure and spatial distribution pattern on phytogenic nebkha of Caragana korshinskii K., with small, large shrubs for heap objects and the surrounding bare land as the control, use high-throughput sequencing and bioinformatics method, system of shrub, the top of the heap, the crown margin, and the depth of the soil in different parts of the bottom nutrient content, soil microbial biomass, soil microbial activity, variation of microbial community structure and spatial diversity, reveal the phytogenic nebkha effect of different development degree on soil microbial community structure and distribution pattern of factors, explore the development pattern of shrub influence mechanism of soil microbial community structure and space for nutrient cycling processes and vegetation fertile island effect sand area recovery in-depth understanding, develop degraded grassland and sandy land ecosystem and provide a theoretical basis for the recovery.

从土壤微生物角度研究不同林龄的灌丛（不同发育阶段）沃岛形成原因、机制及其对灌丛反馈作用，对保护灌丛生境系统以及恢复健康的草地生态系统具有重要意义。本项目拟对宁夏干旱风沙区柠条（Caragana korshinskii K.）灌丛堆发育对土壤微生物影响过程与互馈机理开展系统研究，以不同发育阶段柠条灌丛堆为研究对象并以灌丛间裸地为对照，研究不同发育阶段灌丛堆土壤养分含量、微生物量、微生物酶活性、微生物群落结构以及多样性空间变化与反馈过程，探讨灌丛堆不同发育阶段对土壤微生物特征变化的驱动因素，揭示柠条灌丛堆发育对土壤微生物反馈机理，为干旱区灌丛主导下的土壤生态过程研究、生物多样性保护、灌丛林管理、沙漠化治理以及沙化草地生态系统恢复提供科学依据。

土壤微生物是生物地球化学过程的关键驱动者，对灌丛堆枯落物降解、养分循环、酶的生成、系统稳定性有重要贡献，研究灌丛堆发育与土壤微生物之间反馈机制及其对生态系统稳定性的贡献，有助于了解灌丛堆微生物在灌丛土壤养分之间的循环关系中所起的作用，对于深入认识灌丛堆发育过程中地下生态系统的结构和功能变化具有重要意义。本项目通过对宁夏干旱风沙区灌木（白刺、柠条）灌丛堆发育对土壤微生物影响过程与互馈机理开展系统研究，重点研究不同发育阶段灌丛堆土壤养分含量、微生物量、微生物酶活性、微生物群落结构以及多样性空间变化与反馈过程，探讨灌丛堆不同发育阶段对土壤微生物特征变化的驱动因素。研究结果表明：白刺灌丛堆成熟阶段植被物种数明显增多，物种组成明显改变。不同演化阶段在土壤颗粒组成及养分含量上有显著差异；土壤细菌在门水平上，不同演化阶段其种数差别较小，仅在丰度上有所差异，其中放线菌门和变形菌门为优势菌门，酸杆菌门和拟杆菌门均表现为在发育阶段中的丰度含量高于其他演化阶段；白刺灌丛堆的不同演化阶段及其位置序列明显改变了其土壤细菌群落的α多样性；土壤细菌在沙堆中部的observed species指数高于顶端和下缘，灌丛堆不同演化阶段影响真菌群落结构组成比例及多样性，种丰度上真菌丰度表现为成熟>衰退>发育>初级阶段；白刺灌丛堆的不同演化阶段及其位置序列明显改变了其土壤细菌群落的α多样性。土壤微生物的群落组成受多种土壤环境因子的影响，对土壤细菌群落微生物群落组成影响较大的因子是土壤pH、黏粒及全氮含量；对真菌群落的被孢霉门的影响较大，其中土壤养分及土壤颗粒组成与真菌属具有显著的相关。不同发育阶段柠条灌丛堆的土壤养分、碳氮磷生态化学计量以及酶活性具有显著性差异。柠条灌丛堆随着发育阶段能够提高有机碳、总氮、土壤含水量和土壤酶活性的含量，在成熟期含量最大，存在较强的“沃岛效应”；土壤细菌在门水平上，不同发育阶段柠条灌丛堆门水平种数差异较小，主要是丰度上有差异。其中放线菌门、变形菌门、酸杆菌门和绿湾菌门是优势菌门，生长期放线菌门丰度高，成熟期变形菌门丰度高。α多样性分析表明，成熟期土壤细菌的Sobs指数高于生长期和衰退期；速效磷、多酚氧化酶和碱性磷酸酶是显著影响土壤细菌α多样性的主要影响因子，而多酚氧化酶、速效磷、C/P和β-1,4-葡萄糖苷酶是显著影响土壤真菌α多样性的主要影响因子。