柴达木盆地沙漠微生物时空分布特征及其与土壤环境的偶联机制研究

Qaidam Basin is the highest desert region in China, with abundant resources and vital economic status. Sustainable and stable development of society and economy in the basin is important guarantee for the develop-the-west strategy. However, serious sand storm and desertification restricted the development of economy and society in the region. As an important parts of desert ecosystem, desert microorganisms have vital functions in sand dune fixation, stabilization of vegetation patterns and soil improvement. But there is no research targeted coupling mechanisms between desert microorganism communities and soil environment so far. This project will adopt cultivation-dependent and culture-independent methods to study microbial communities and functional microorganisms in sand dune and rhizosphere of typical desert plants. Combining with analysis of soil physicochemical properties and pant communities, we intend to find primary factor impacted distribution of microorganism communities, and to probe into relationship between microorganisms and dune accumulation, and to determine the coupling mechanisms between microorganism community composition and formation of plant community patterns or soil development, then to explain sand stabilization mechanisms of microorganisms. At the same time, we expect to obtain some functional microbial strains with potential application values through the project, which may provide scientific basis and microbial strains resources for desertification control.

柴达木盆地是我国海拔最高的沙漠地区，资源丰富, 具有重要的经济地位。盆地内社会、经济稳定持续的发展是西部大开发战略实施的重要保证。然而盆地内严重的风沙及沙漠化灾害制约了区域内的经济和社会发展。沙漠微生物是沙漠生态系统的重要组成部分，对沙漠中沙丘固定、植被格局稳定及土壤改良具有重要的作用。而关于柴达木盆地沙漠微生物群落结构及其与土壤环境的偶联机制的研究尚未开展。本项目拟采用培养与非培养相结合的研究方法，通过对柴达木盆地沙丘和典型沙漠植物根际微生物群落结构以及功能微生物的研究，结合土壤理化性质和植物群落分析，揭示影响微生物群落分布的主要因素，探讨微生物与沙丘沉积之间的关联性，确定根际微生物组成与植物群落格局形成和土壤发育的耦合关系，阐释微生物的固沙机理，同时获得一批具有良好潜在应用价值的功能菌株，为应用微生物技术进行沙漠治理提供科学依据及种质资源。

通过对柴达木盆地不同沉积特性、不同植被类型沙丘中沙漠微生物群落结构研究，揭示了柴达木盆地沙漠微生物生物地理分布格局及其影响因素，为区域生态保护与修复提供科技支撑。分离获得了19株耐盐碱细菌，分析了其潜在固沙能力及机理，为后期利用微生物技术进行沙漠化治理奠定了良好的基础。主要结果如下：.1）柴达木盆地沙漠微生物量主要受地上植被影响，不同微生物类群在沙丘不同部位及深度分布有所差异，土壤碳、氮是影响微生物量的主要因素。.2）地上植被可以显著提高柴达木盆地沙漠微生物多样性，土壤盐浓度及海拔与区域微生物多样性呈现相关性。.3）柴达木盆地沙漠中古菌归类为泉古菌门、广古菌门及未鉴定门，集中分布于灌丛沙丘，且丰度在深层高于表层。真菌以子囊菌门和大量未鉴定菌门的真菌为主。细菌共归类为35个门及部分未鉴定细菌，以变形菌门、放线菌门、厚壁菌门及拟杆菌门为优势类群。优势菌属为乳球菌属、Escherichia-Shigella、Salinimicrobium、Gracilimonas、节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、微球菌科和Solimonadaceae的未鉴定菌属。其中，Escherichia-Shigella为典型致病菌，在青藏高原高寒荒漠的分布受人为影响较大。.4）柴达木盆地沙漠微生物生物地理分布特符合距离-衰减模型的特征，同时柴达木盆地的特殊地质构造使得其内微生物群落结构组成相似，并与盆地外相似土壤类型内群落结构组成形成差异。.5）自柴达木盆地沙漠样品中分离出得到19株耐盐碱菌株，研究了其耐盐碱活性差异及其生理生化活性。通过平板模拟固沙实验，表明菌株具有一定的沙粒团聚效果。结合扫描电镜观察和胞外多糖含量测定，表明菌株具有较强的产胞外多糖能力，能使沙粒稳定团聚而达到固沙效果。