甘南高寒草甸主要植物根际可培养微生物随海拔的变化规律

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根际是植物根系和根际微生物相互作用的场所,它是土壤形成、碳循环和地球陆地生态系统最终生产力的基础。根际微生物通过分解凋落物,活化土壤中的矿物,为植物提供养分,而植物也为微生物的生长提供了良好的庇护场所。本文以甘南高寒草甸典型灌木植物金露梅(Potentilla fruticosa)和优势禾本科植物洽草(Koeleria cristata)根际土壤微生物为研究对象,采用稀释涂布平板法和最大可能数(Most Probable Number,MPN)法探究了不同海拔梯度(3000 m,3250 m,3500m,3750 m,4000 m)上根际土壤微生物和土壤理化性质的变化趋势,并分析了影响不同植物根际土壤微生物的主要环境因子及其随海拔梯度的变化特征。旨在研究高寒草甸不同植物根际土壤微生物与环境因子之间的内在联系,更好的了解根际微生物与植物生长之间的关系,为探索群落水平上植物与微生物之间的互相作用及其应对环境变化的响应机制提供理论依据。研究得到的主要结果如下:(1)随海拔升高,金露梅种群根际土壤含水量、土壤速效磷、土壤脲酶和土壤过氧化氢酶呈“V型”变化,土壤有机碳和土壤速效氮逐渐增加;土壤温度和土壤电导率则逐渐减小,土壤全磷和p H呈先减小后增加的变化趋势;土壤全氮波动增加,土壤容重变化规律不显著。洽草种群根际土壤容重波动下降,土壤速效氮、土壤有机碳和土壤过氧化氢酶呈现波动增加的变化;土壤全磷和p H表现为先减小后增加的变化趋势;土壤含水量、土壤全氮、土壤速效磷、土壤电导率和土壤脲酶表现为“倒V型”变化,土壤温度逐渐降低。此外,金露梅种群根际土壤含水量和土壤养分含量(碳、氮、磷)均高于洽草,其中土壤有机碳差值最大为10.94 g/kg;土壤p H和土壤脲酶表现为洽草种群高于金露梅;除了海拔3000 m和3750 m外,土壤电导率和土壤过氧化氢酶活性均表现为洽草种群高于金露梅,在其他海拔上则相反;土壤容重在两种群之间无显著变化规律,土壤温度在两种群之间差异较小,均随着海拔升高而递减。(2)根际土壤微生物群落以细菌为主,随着海拔增加,金露梅种群根际土壤微生物总数表现为波动下降的变化趋势,在海拔3000 m上微生物总数最多,达到了26.2×106 cfu/g,在海拔3250 m时微生物总数仅为9.92×106cfu/g;洽草种群根际土壤微生物总数则随海拔升高逐渐减小,在海拔4000 m时数量最少,为13.31×106cfu/g。微生物功能群数量在两种群之间的变化趋势一致,均随海拔升高呈倒“V”型变化;当海拔达到3500 m时,金露梅和洽草种群根际土壤功能群总数分别达到了30.4×106 cfu/g和21.34×106 cfu/g。不同植物种群根际土壤微生物及功能群数量在不同海拔梯度上分布也有显著差异(p(27)0.05)。随海拔升高,金露梅种群根际土壤细菌表现为先减小后增加再减小的变化,放线菌数量逐渐减小,真菌则呈“V”型变化;洽草种群根际土壤微生物细菌和放线菌随海拔升高而递减,真菌数量则表现为先减小后增加的变化。微生物功能群中,固氮菌、氨化细菌和硝化细菌均随海拔升高呈“倒V”型变化,在海拔3500 m时数量最多。(3)通径分析发现:金露梅种群根际土壤中,细菌的主要环境限制因子是土壤有机碳,随着海拔不断升高,土壤容重逐渐成为限制细菌生长的主要环境因子,海拔4000 m时土壤容重的决策系数达到了-4.482;放线菌的主要环境限制因子为土壤容重,而当海拔升高到3750 m以上时,土壤温度则成为了限制放线菌生长的主要环境因子。在海拔3000 m和3250 m上,固氮菌、氨化细菌和硝化细菌的主要环境限制因子是土壤脲酶,而当海拔升高,土壤全氮成为限制其生长的主要环境因素。洽草种群根际土壤中,细菌的主要环境限制因子从土壤温度变为土壤有机碳;除了海拔3000 m外,放线菌的主要环境限制因子均为土壤容重,而在海拔3000 m上,放线菌主要受到土壤温度的影响。三种微生物功能群的主要环境限制因子均为土壤全氮,且随海拔增加无变化。真菌的环境限制因子为土壤有机碳且在两种群之间无变化。此外,土壤含水量是影响土壤微生物类群和微生物功能群数量变化的主要环境决定因子,且随海拔增加决策系数基本表现为增加的趋势。
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