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青藏高原高寒草地土壤细菌共现网络

徐倩  
【摘要】:随着降水模式、气候等环境因素的变化以及土地利用方式的改变,青藏高原草地生态系统受到严重破坏,草地退化情况日益严峻。草地退化严重影响着土壤环境和植物多样性,土壤微生物作为草地生态系统中的重要参与者,其多样性及微生物之间的关系也受到严重影响。草地生态系统中微生物群落结构组成、多样性以及相互作用模式一直以来都是研究的热点,对于土壤微生物的研究有助于理解草地生态系统,为草地生态系统治理和恢复提供依据。针对土壤微生物群落组成、结构及多样性的研究有很多,大量的研究主要是沿着环境梯度,集中在降水模式及放牧方式等条件,研究土壤微生物多样性指标与土壤理化属性和植物多样性之间的关系,这种方法忽视了土壤微生物群落内部各物种之间的关系,不能很好的揭示土壤微生物形成和变化的机理。为了探究土壤细菌间的相关关系及其影响因素,本硕士论文在土壤细菌丰富的青藏高原选取一处沟底阳坡设置植物物种剔除实验,设置七个区组,八个处理,分别是对照实验、剔除优势物种嵩草、剔除禾本科物种、每个功能群剔除两到三个物种、剔除豆科植物、剔除稀有物种植物、剔除杂草科植物及全部植物物种剔除实验,分析了在相同生境中不同植物多样性(植物物种剔除导致)环境下,土壤细菌共现网络差异及其可能的原因;此外,本硕士论文还在青藏高原区域尺度内的不同生境(四个站点)进行调查研究,在四个沿环境梯度的站点(沟底平地、阳坡、山顶和阴坡)比对不同生境土壤细菌共现网络的差异及其受到环境因素(土壤环境、植物因子)的影响。在各实验样地中,利用高通量测序技术和网络分析手段比对土壤共现网络间的差异,进一步利用线性回归分析,探究土壤细菌共现网络差异与土壤环境及植物因子的关系。以期通过分析受到土壤环境和植物多样性影响时,土壤细菌相互关系发生的变化,理解土壤细菌与土壤环境和植物多样性的关系,为草地生态系统保护和恢复提供理论依据。研究结果发现,在对照实验、剔除优势物种嵩草、剔除禾本科物种及每个功能群剔除两到三个物种的样地中植物多样性较高,土壤细菌共现网络结构较简单,网络拓扑性质相似,优势菌群相同都是浮霉菌门,土壤细菌间的负相关关系大于正相关关系;而在剔除豆科、稀有物种、杂草及全部剔除实验中植物多样性较低,土壤细菌共现网络结构复杂,优势菌群均为拟杆菌门,土壤细菌间的相关关系显著增强,且正相关关系大于负相关关系。在不同生境中土壤细菌共现网络存在较大差异,主要表现在网络拓扑性质参数、优势菌群及土壤细菌相关性等方面。具体表现为:1)不同生境的土壤细菌共现网络结构差异较大,拓扑性质参数差异显著,如阳坡的土壤细菌共现网络结构最复杂,沟底平地的网络最简单;2)不同生境的土壤细菌共现网络中的优势土壤细菌菌群及其相对丰度也各不相同;3)在不同生境的土壤细菌共现网络中,阴坡的土壤细菌间正相关性最强,负相关性最弱,沟底平地的土壤细菌间负相关性最强,正相关性最弱。这种细菌间的相关关系与土壤理化属性存在显著关联,土壤细菌间的正相关关系与土壤速效氮含量存在显著正相关性,而与速效磷、有机质含量及土壤酸杆菌门生物量存在显著的负相关关系(P0.05),在土壤速效氮含量丰富的阴坡,土壤细菌间的正相关性最强,而在土壤速效磷、有机质含量丰富及酸杆菌门生物量较多的沟底平地,土壤细菌间的正相关性最弱。在相同生境的研究中,植物多样性对土壤细菌共现网络影响十分明显;在分析不同生境中植物多样性和土壤环境对于细菌网络的影响时发现,土壤理化属性对细菌网络有直接影响,而植物通过影响土壤中的细菌含量而影响细菌共现网络。本文从两个实验研究证实了土壤细菌间的共现网络与土壤环境存在明显的相关关系,与土壤速效氮、速效磷、土壤有机质含量关系最为密切。生境变化对于土壤细菌相关关系影响显著,由于不同生境不仅植物多样性存在差异,土壤环境也有明显的差别,在生境适宜、植物多样性高的环境中,细菌网络结构简单,反之亦然。


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