荒漠草原土壤氨氧化微生物的丰度和群落组成对模拟增温和氮沉降的响应机制

The impact researches of climate warming and nitrogen deposition on grassland ecosystem and its feedback are focus in recent years. However, many researches focused on impact on community composition of vegetation, soil and others caused by the change of single climate factor. The effect research about grassland caused by the interaction of climate warming and nitrogen deposition were very small, and there wasn’t research about response mechanism of the abundance and community composition of ammonia-oxidizing Archaea and Bacteria on simulated greenhouse and nitrogen deposition. We will carry out this research in Inner Mongolia desert grassland by the way of long-term simulating greenhouse and increasing nitrogen in field and simulation experiment in lab, using Real-time Quantitative PCR Detecting System，Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism and cloning technique. Then we will research the abundance and community composition of ammonia-oxidizing Archaea and Bacteria of different soil depth in different plants’ growth period and conduct bioinformatics analysis. And by analyzing with the control T-RFLP spectra, we will obtain sensitive strains to the change of temperature and nitrogen's quantity. Through physiological and biochemical analysis on sensitive strains combined with physical and chemical properties of soil, we investigate on the response mechanism of sensitive strains to climate warming, nitrogen deposition and the interaction of them in order to provide scientific basis for thorough evaluation ecological effect caused by climate warming and nitrogen deposition and setting corresponding policies.

气候变暖和大气氮沉降对草原生态系统的影响及其反馈是近年来的研究热点。但大多数研究为单因素气候因子变化对植被群落组成和土壤等的影响研究，而气候变暖和氮沉降双因子交互作用对草原区影响的研究较少，且针对荒漠草原土壤氨氧化微生物的丰度和群落组成对模拟增温和大气氮沉降响应机制的研究未见报道。本项研究拟在内蒙古荒漠草原进行，通过长期野外模拟增温、增氮和室内模拟相结合的方法，采用qPCR、T-RFLP和克隆测序技术，以氨氧化功能基因即氨单加氧酶基因（amoA）为分子标记，以分子信息学为分析手段，研究不同土壤深度土壤氨氧化微生物在植物不同生长期的丰度和群落组成，通过与对照区T-RFLP图谱的比对分析，获得对温度和施氮量变化敏感的氨氧化微生物菌株，结合其生理、生化和土壤理化性质的分析结果，探讨敏感菌株对增温、增氮及其交互作用的响应机制。为气候变暖和氮沉降引起的生态效应的全面评估和应对政策的制定提供科学依据。

气候变暖和大气氮沉降对草原生态系统的影响及其反馈是近年来的研究热点。但大多数研究为单因素气候因子变化对植被群落组成和土壤等的影响研究，而气候变暖和氮沉降双因子交互作用对草原区影响的研究较少，且针对荒漠草原土壤氨氧化微生物的丰度和群落组成对模拟 增温和大气氮沉降响应机制的研究未见报道。本项研究在内蒙古荒漠草原进行，通过长期野外模拟增温、增氮和室内模拟相结合的方法，采用qPCR、高通量测序技术，以氨氧化功能基因即氨单加氧酶基因（amoA）为分子标记，采用双因素完全随机区组裂区设计实验，研究不同土壤深度土壤氨氧化微生物丰度和群落组成，探讨氨氧化微生物对模拟增温、增氮及其交互作用的响应机制。实验处理包括对照、增氮、增温和增温增氮。实验结果表明氨氧化细菌是荒漠草原的氨氧化的主要驱动者。与对照相比，增氮和增温增氮处理显著增加了0-2cm土层的硝化速率。增氮使0-2cm土层氨氧化细菌的丰度显著增加，对氨氧化古菌的丰度没有显著影响。在2-5土层，增氮和增温增氮处理均显著增加了氨氧化细菌的丰度，增温增氮显著降低了AOA的丰度。增温对0-2cm土层氨氧化微生物丰度没有显著影响，但是降低了2-5cm土层氨氧化古菌的丰度却提高了氨氧化细菌的丰度。模拟增温和增氮对氨氧化微生物的群落结构没有显著影响。在0-2cm土层，增氮和增温增氮处理使氨氧化细菌的OTU丰度显著提高；增温增氮处理显著增加氨氧化细菌的simpson 指数，对其它α多样性指数没有显著影响。实验处理对2-5cm土层氨氧化微生物的α多样性没有显著影响。pH值是导致实验处理间氨氧化细菌群落结构差异的显著性因子。同时pH值也是导致0-2cm土层实验处理间氨氧化古菌群落结构差异的显著性因子。增温和增氮对氨氧化微生物的丰度和群落结构没有显著性的交互影响。与氨氧化古菌相比，氨氧化细菌对模拟增温和增氮更敏感。在荒漠草原模拟增温和增氮对氨氧化细菌的氨氧化作用影响更大。