三江源国家公园不同草地土壤微生物功能基因的差异性分析

土壤微生物在陆地生物地球化学循环过程中起着非常重要的作用。为了探索青藏高原高寒草地类型地上植被特性和地下土壤环境与土壤微生物功能基因之间关系,以三江源国家公园高寒草原、高寒沼泽化草甸及高寒草甸3种典型草地类型为研究对象,利用基因芯片(GeoChip 5.0)技术测定其微生物功能基因丰度,并分析它们之间的差异及影响因素。结果表明:(1)3种草地类型地上群落结构和地下土壤环境存在差异性,其中高寒草原物种多样性指数、pH值较高,沼泽化草甸中土壤含水量、微生物量碳、地上生物量、土壤速效氮含量较高,高寒草甸中则是土壤微生物量氮含量较高;(2)3种高寒草地类型的碳循环、氮循环、磷循环、有机修复的土壤微生物功能基因丰度存在显著差异,其中这些功能基因的丰度在高寒沼泽化草甸最高,高寒草甸、高寒草原次之;(3)地上植物物种多样性虽对功能基因丰度变化的解释率(r2)在57.1%-61.2%之间,但统计学上不显著(P>0.05),而微生物基因丰度随地上生物量的增加而增加,且解释率(r2)为77.5%-80.0%(P<0.05)。在pH、土壤含水量、土壤微生物量等地下土壤环境因子中,pH对功能基因丰度存在显著影响(P<0.01)解释率在83.4%-87.5%间,且土壤微生物功能基因丰度随土壤pH的增加而降低;土壤含水量、土壤微生物量对土壤微生物功能基因丰度的解释率分别为81.9%-83.1%(P<0.05)和76.8%-86.2%(P<0.05),微生物功能基因丰度随这两者含量的增加呈上升趋势。进一步运用RDA分析发现,pH、土壤微生物量、地上生物量是影响微生物功能基因丰度的主要因子,其中土壤微生物量是土壤有机质的重要组成部分,土壤有机质又是通过地上植被凋落物沉积所得到的。因此,地上植被特性的自上而下控制因子影响了土壤环境中自下而上的控制因子,间接的影响了微生物功能基因丰度。由此得出,地上植被特性和地下土壤环境因子共同作用控制了微生物功能基因丰度使其出现差异性。     

三江源农牧交错区一个种植周期的垂穗披碱草人工草地CO_2通量变化特征

建植多年生人工草地已成为生态环境保护和恢复工程的重要措施之一,探究多年生人工草地生态系统CO_2交换的变化特性,有助于准确评估和预测人工草地碳收支状况及其生态服务功能。利用2012-2016年,5年的涡度相关系统观测的数据,分析了三江源农牧交错区垂穗披碱草(Elymus nutans)人工草地的净生态系统CO_2交换(Net ecosystem CO_2 exchange,NEE)、总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和生态系统呼吸(Ecosystem respiration,R)等参数在一个种植周期的变化特征及其控制因子。结果表明:(1)在一个完整种植周期内(5年),三江源农牧交错区垂穗披碱草人工草地随着种植年限的增加CO_2通量先增加后减小,累计固碳180.4 g·m~(-2),是一个弱的碳汇,其中,除了种植第1年表现为碳源(47g·m~(-2)),其他年份均为碳汇,第3年碳汇强度达到最强-128.3 g·m~(-2);(2)GPP主要由空气温度、植被多样性指数(Simpson指数)和生长季长度共同控制(r~2=0.92),植被多样性指数(Simpson指数)直接影响着生长季NEE(r~2=0.80);(3)管理措施(播种和收割时间)影响着生长季的长度,而生长季长度影响非生长季R和生长季NEE的比值(R/NEE)(96%),进而影响着NEE的年际变异(92%),管理措施影响着人工草地NEE的年际变异。不论是生产功能还是生态功能,每5-6年重新翻耕人工草地是"生产-生态"的双赢模式,人工草地更新是三江源农牧交错区一个生产和生态相结合的有效产业发展模式。