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内蒙古锡林河流域位于内蒙古高原的中东部,原生植被是以羊草和大针茅为优势种的典型草原,由于近年来全球气候的变化,草原生态系统的结构和功能发生一系列的改变,旱生半灌木小叶锦鸡儿的密度和盖度呈不断增加的趋势,这种草原中木本植物增多的现象在全球范围内已普遍发生,而土壤微生物是指示环境变化较为敏感的指标,研究全球气候变化条件下小叶锦鸡儿和羊草根际微生物意义重大。
本人于2008年在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站附近的CO2倍增控制实验场开展研究,该实验场有六个开顶式气室,其中三个为正常CO2浓度(约380μmol·mol-1)气室,另外三个气室在生长季(5月初到8月底)通入加倍CO2浓度处理(约760μmol·mol-1);选取的两个植物种分别是羊草草原优势种禾本科植物羊草(Leymus chinensis)和具有共生固氮作用的灌丛优势种豆科半灌木植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla);设置的N素梯度水平分别是不添加N素和添加17.5 g·m-2·y-1N;水分梯度分别是正常降水量和正常降水量的1.5倍。每个处理设置三个重复,运用平板培养法和Biolog技术研究其根际微生物的群落结构和功能多样性。本研究的主要结果如下:
1)小叶锦鸡儿根际微生物数量均以细菌类群占绝对优势,占微生物总数的54.7％-59.60%,放线菌次之,占微生物总数的37.54%-41.10%,真菌最少,占微生物总数的2.65%-7.24%,对菌落总数、细菌、放线菌和真菌数量来说,加倍CO2浓度和高水处理均表现显著的促进作用,氮素添加则表现显著的抑制作用;羊草根际微生物群落结构表现与小叶锦鸡儿相似的规律,即均以细菌类群占绝对优势,放线菌次之,真菌最少,分别占微生物总数的55.68%-61.05%、33.32%-40.13%、4.19%-6.21%,此外,除氮素对真菌数量有一定的抑制作用,加倍CO2浓度、氮素添加和高水处理对菌落总数及各类群菌落数目均表现一定的促进作用。
2)小叶锦鸡儿和羊草根际土壤微生物利用比例较高的碳源类型均为氨基酸、聚合物和糖类。对小叶锦鸡儿而言,主成分分析表明,从31个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2依次能够解释变量方差的68.7%、8.3%。其中与主成分1显著相关的碳源有14种,分别是氨基酸、聚合物、糖类和羧酸,与主成分2显著相关的碳源有7种,分别是氨基酸、聚合物和糖类;对羊草而言主成分1、主成分2依次能够解释变量方差的76.1%、6.9%。与PC1显著相关的碳源共有11种,它们分别属于氨基酸、聚合物、糖类和羧酸,与PC2显著相关的碳源有6种,它们分别属于氨基酸、聚合物、糖类。
3.)对小叶锦鸡儿而言,加倍CO2浓度显著提高表征土壤微生物活性的指标AWCD以及表征微生物功能多样性的丰富度指数和Shannon均匀度,而对Shannon指数和Simpson指数影响不显著;对羊草而言,加倍CO2浓度显著增加AWCD和Shannon指数,对丰富度指数、Shannon均匀度以及Simpson指数则无显著影响。
4)对小叶锦鸡儿而言,氮素添加使AWCD、丰富度指数和Shannon均匀度均极显著降低,其抑制效应在CO2浓度倍增时有所缓解;对羊草而言,氮素添加效应同加倍CO2效应,对AWCD和Shannon指数表现显著的促进效应。
5)对小叶锦鸡儿而言,高水处理对上述指标均有一定的促进作用,但是差异未达显著水平:对羊草而言,高水处理的促进效应则达显著水平。
6)小叶锦鸡儿根际土壤微生物总数、细菌、放线菌以及真菌均与微生物活性指标AWCD存在显著或极显著的正相关,细菌、菌落总数以及AWCD与表征微生物多样性的丰富度指数R存在显著的正相关;羊草根际土壤微生物菌落总数、细菌以及放线菌均与微生物活性指标AWCD存在极显著的正相关,细菌、放线菌、菌落总数以及AWCD与表征微生物多样性的Shannon指数存在显著的正相关。