施肥對高寒草甸地上地下生物群落營養(yǎng)限制類型及偶聯(lián)關(guān)系的研究.pdf

1、地上地下生物群落的偶聯(lián)不僅直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的功能，更關(guān)系到未來全球氣候變化及生態(tài)平衡。傳統(tǒng)研究主要關(guān)注植物群落，近年來，生命科學(xué)技術(shù)方法的不斷進(jìn)步促進(jìn)了微生物群落的研究，越來越多的研究集中到基于植物-土壤-微生物相互作用的地上地下生物群落偶聯(lián)關(guān)系。青藏高原低溫、高海拔、強(qiáng)輻射的獨特生態(tài)環(huán)境使該區(qū)域長期處于寡營養(yǎng)狀態(tài)，對全球氣候變化較敏感。施肥作為一種草地生態(tài)系統(tǒng)管理模式在增加地上生產(chǎn)力的同時也會對生物群落及其參與的生態(tài)過程造成影響。因

2、此，研究地上地下生物群落及其偶聯(lián)關(guān)系對營養(yǎng)元素添加的響應(yīng)能夠?qū)ξ磥砩鷳B(tài)系統(tǒng)變化進(jìn)行預(yù)測并為其保護(hù)措施提供理論指導(dǎo)。
　　本研究通過高通量測序及熒光定量PCR相結(jié)合的方法解析微生物群落結(jié)構(gòu)變化，構(gòu)建了地上地下生物群落營養(yǎng)限制概念模型，通過SEM(Structural Equation Modeling)模型將地上地下生物群落進(jìn)行耦合，研究青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)施加不同濃度氮肥(N)、磷肥(P)和氮磷肥(NP)的土壤中古菌和細(xì)菌群落

3、的營養(yǎng)限制類型及兩者與地上植物群落的偶聯(lián)關(guān)系。主要實驗結(jié)果如下：
　　1.施肥對土壤微生物群落多樣性的影響
　　土壤古菌及細(xì)菌群落高通量測序結(jié)果顯示，共測得182143條古菌序列分別屬于355個OTU和276350條細(xì)菌序列分別屬于6246個OTU，古菌與細(xì)菌群落多樣性差異顯著高于兩者之間豐富度差異，土壤中細(xì)菌群落多樣性較高。Thaumarchaeota(奇古菌門)主導(dǎo)土壤古菌群落，Proteobacteria(變形菌門)、

4、Acidobacteria(酸桿菌門)和Actinabacteria(放線菌門)主導(dǎo)土壤細(xì)菌群落。高濃度NP和P添加分別會增加古菌群落α多樣性和降低細(xì)菌群落α多樣性。
　　2.地上地下生物群落營養(yǎng)限制類型及其關(guān)系
　　根據(jù)地上地下生物群落營養(yǎng)限制模型，古菌(21個OTU)、細(xì)菌(89個order/sub-order)及植物(21個物種)分別劃分至十三種營養(yǎng)限制類型(分屬五大類)。古菌群落營養(yǎng)限制類型相對單一，以P限制型類群占

5、主導(dǎo)。細(xì)菌群落營養(yǎng)限制類型相對多元和平衡，以其他營養(yǎng)限制類群占主導(dǎo)。研究結(jié)果表明，群落和類群兩個角度的營養(yǎng)限制類型有差異，植物群落屬于N限制型，古菌群落屬于P限制型，細(xì)菌群落無可劃分類型。無論地下地上生物群落，P限制型類群均與AN:AP呈負(fù)相關(guān)，N限制型類群均與AN:AP呈正相關(guān)。
　　植物與微生物營養(yǎng)限制類群相關(guān)性分析結(jié)果顯示，植物群落對細(xì)菌群落的競爭力顯著大于古菌，屬于相似營養(yǎng)限制類型的地上地下生物群落顯著正相關(guān)，因此施肥措施

6、可緩解同類型植物及微生物之間的營養(yǎng)競爭。系統(tǒng)進(jìn)化分析結(jié)果顯示，古菌和細(xì)菌對營養(yǎng)元素的響應(yīng)沒有表現(xiàn)出顯著發(fā)育信號。但古菌類群對單獨P元素施加的響應(yīng)表現(xiàn)出功能趨同，細(xì)菌類群對N施加響應(yīng)值表現(xiàn)出顯著的功能趨同。該現(xiàn)象歸因于營養(yǎng)元素響應(yīng)特征屬于微生物簡單特征，其進(jìn)化沒有保守性，易隨環(huán)境發(fā)生改變。
　　3.植物-土壤-微生物耦合關(guān)系
　　植物-土壤-微生物耦合關(guān)系研究結(jié)果顯示，N施加時古菌群落受植物群落的間接影響(λ=0.900)，細(xì)