【摘 要】
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高寒草地生态系统是青藏高原的主要生态系统,近几十年来,由于气候变化和人为扰动,导致高寒草地系统严重退化,在一定程度上影响了植被群落结构和土壤微生态环境,并且为当地人民的生产和生活造成了一定的影响。土壤微生物在维持草地生态系统的结构和功能方面发挥着关键作用,但目前为止,关于土壤微生物多样性对草地退化过程的响应机制鲜为人知,尤其是在空间尺度上如何变化尚未得到研究。为此,本论文采用高通量测序技术对退化高
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高寒草地生态系统是青藏高原的主要生态系统,近几十年来,由于气候变化和人为扰动,导致高寒草地系统严重退化,在一定程度上影响了植被群落结构和土壤微生态环境,并且为当地人民的生产和生活造成了一定的影响。土壤微生物在维持草地生态系统的结构和功能方面发挥着关键作用,但目前为止,关于土壤微生物多样性对草地退化过程的响应机制鲜为人知,尤其是在空间尺度上如何变化尚未得到研究。为此,本论文采用高通量测序技术对退化高寒草甸土壤微生物群落结构和空间多样性格局进行对比研究,旨在厘清退化高寒草甸植被群落特征、土壤特征及土壤微生物群落间的关系及土壤微生物群落在空间尺度上的变化规律,揭示环境异质性对退化高寒草甸土壤微生物群落的影响机制,明确高寒草地退化过程中土壤微生物群落构建过程中随机性和确定性的相对重要性,为草地退化恢复中微生物的调控提供理论基础。本论文主要研究结果如下:（1）草地退化显著改变了植被群落结构和土壤理化特征。与退化草甸相比,未退化草甸植被群落覆盖度、物种多样性指数及植被生产力更高;另土壤有机质含量、水分含量、电导率等亦高于退化草甸,而退化草甸的p H则更高。（2）草地退化显著改变了土壤微生物α多样性和群落组成。与未退化草甸相比,退化草甸原核生物的α多样性显著降低,真菌则是增加。群落组成中退化草甸原核生物中放线菌门、拟杆菌门的相对丰度比未退化草甸分别增加了3.21%,22.14%,疣微菌门的相对丰度减少了31.85%;真菌中子囊菌门的相对丰度增加,而担子菌门的相对丰度降低。环境因子对土壤微生物群落具有一定的影响,土壤p H、有机质含量、总氮含量和植被盖度对原核生物有显著的影响（P<0.01）,土壤p H、有机质含量、硝态氮含量和植被物种数则对真菌影响较强（P<0.05）。微生物功能预测分析表明草地退化后原核生物中硝化类细菌的相对丰度增加,真菌中的病原型真菌的相对丰度增加。（3）土壤微生物空间尺度分布模式解释了在未退化草甸和退化草甸中土壤微生物群落存在距离衰减关系和种-面积关系,并且随着草地的退化原核生物（退化草甸β=0.0035,P<0.001\z=0.0294,P<0.05,未退化草甸β=0.0030,P<0.001\z=0.0254,P<0.05）和真菌（退化草甸β=0.0142,P<0.001\z=0.0690,P<0.010,未退化草甸β=0.0077,P<0.001\z=0.0620,P<0.010）物种的空间周转率加快,这主要是因为土壤的异质性和微生物物种的扩散限制导致的。确定性过程和随机性过程对土壤微生物β多样性的影响以及代表确定性过程的主要环境驱动因素在不同样地,微生物种类间存在显著的差异。具体来说,未退化草甸和退化草甸的原核生物群落主要受随机性过程的影响（随机性比例>80%,确定性比例<20%）,未退化草甸的真菌群落也受到随机性过程的影响（随机性比例58%,确定性比例42%）,而退化草甸的真菌群落主要受到确定性过程的影响（随机性比例34%,确定性比例66%）。（4）变量分解的方法进一步证明了地理距离和环境因素对群落物种周转率的影响,地理距离是主要影响因素,环境因素只对退化草甸的真菌群落有影响。因此,在地理距离上精确度量每一个装配过程,发现随着地理距离的增加真菌群落的扩散限制比例在增加,同质选择的比例在降低,在未退化草甸两个装配过程（扩散限制、同质选择）并无明显的变化趋势。原核生物群落在未退化草甸和退化草甸中随着地理距离的增加,扩散限制和同质选择无明显的增加趋势,但扩散限制的影响是明显高于同质选择。这些结果表明,随着地理距离的增加,扩散限制对原核生物和真菌群落的影响较强,同时,对于退化草甸的真菌群落该组装起着越来越重要的作用。本研究表明草地退化会对土壤微生物产生显著的影响,草地退化对不同微生物多样性影响不同。本研究通过分析退化草甸土壤微生物群落的β多样性,强调了不同β多样性、地理距离、环境变量对土壤微生物群落构建过程的重要性,解析了导致微生物群落空间转化率增加的主要原因,发现在退化草甸系统中原核生物空间周转率增加主要是因为扩散限制,而在真菌群落中则是生态位选择和扩散限制同时作用。因此,本研究从空间尺度上揭示了退化草甸土壤微生物群落构建的机制,为更好的预测草地退化和评价草地健康状况提供了新的信息。
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