毛乌素沙地飞播恢复序列下植物和土壤微生物群落构建研究

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生态系统退化会引发一系列环境问题,严重阻碍人类社会的可持续发展,因此,退化生态系统的恢复已成为当前应用生态学研究中的热点问题。了解恢复期间的群落构建可为生态恢复提供理论价值,并有助于促进生态恢复。作为生态脆弱区,毛乌素沙地长期遭受着沙漠化的严重威胁。为了应对沙漠化,毛乌素沙地实施了多项生态修复工程,其中飞播是一种行之有效的恢复手段。然而,人们对飞播恢复序列下植物、土壤细菌和土壤真菌的群落构建过程和驱动因素了解有限。基于此,本研究依托毛乌素沙地1983-2017年的飞播恢复序列,共选取了29个不同飞播年份的样地开展调查。结合植物群落调查和生物量数据、土壤细菌和土壤真菌高通量测序数据、环境因子(气候和土壤因子)以及空间因子数据,分别对飞播恢复序列下植物、土壤细菌和土壤真菌的群落α多样性和组成、β多样性(群落差异度)、群落构建过程及驱动因素进行了分析。主要结果如下:(1)随着飞播恢复时间的增加,植物科、属、种的数量,土壤细菌和土壤真菌门和属的数量均不断增加,三种生物类群的种类不断丰富,飞播恢复显著提高了三种生物类群的α多样性。此外,三种生物类群的群落组成发生改变,植物生物量和土壤细菌、土壤真菌中有益菌群的相对丰度提高。(2)线性回归分析表明,随着恢复时间的增加,植物群落β多样性先下降后上升,群落相似性先增加后降低;土壤细菌群落的β多样性显著下降,群落相似性不断增加;土壤真菌群落的β多样性变化趋势不明显。(3)植物、土壤细菌、土壤真菌的群落构建及驱动因素不一致。植物群落构建以恢复早期的随机性过程、恢复中期的确定性过程和恢复后期的随机性过程为主。扩散限制和环境过滤(土壤总氮)是导致植物群落的随机性和确定性过程的影响因素。(4)土壤细菌群落构建由随机性过程和短暂的确定性过程驱动。同质性扩散和环境过滤(土壤总氮)是驱动土壤细菌群落构建的关键因素。(5)确定性过程和随机性过程同时驱动土壤真菌群落构建。环境过滤(土壤总氮)和扩散限制是影响土壤真菌群落构建的关键因素。以上结果表明,在毛乌素沙地飞播恢复过程中,植物、土壤细菌和土壤真菌的群落组成发生变化,飞播恢复有利于植物生物量和α多样性的提高,也有利于土壤细菌和土壤真菌中有益菌群的出现。研究同时揭示了沙地恢复过程中三种生物类群不同的群落构建模式。研究结果为毛乌素沙地的恢复效果提供了一定的理论支持,并强调了同时开展地上植物群落构建和地下土壤微生物群落构建研究的必要性。
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