高寒草甸微生物群落的结构来源哪里？其中又有什么生态学意义？

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文丨大白有话讲

编辑丨大白有话讲

前言

本研究的目的和生态学意义湿地作为世界上最重要的生态系统之一，一直以来都备受关注不仅是因为湿地在维护地球生物多样性和调节区域气候等方面有着举足轻重的作用，它对于人为干扰和环境变化也是非常敏感的。

这也是世界范围内湿地退化趋势加重的重要原因，在高原湿地昔日大范围的沼泽湿地、沼泽化草甸逐步演变为了今天的退化草甸甚至是沙化地，湿地生态系统的结构和功能也发生了巨大的变化。

有机质能量形成

土壤微生物作为湿地生态系统的重要组成部分，其群落组成和结构在退化过程中也会相应改变，而且土壤不同深度的微生物类群对湿地退化的响应又不一样这也是值得我们研究和考察的方面，近些年湿地生态系统的碳储存功能受到广大研究者的关注。

主要包括小嵩草、甘青剪股颖、芒剪股颖、波伐早熟禾、垂穗披碱草、瑞苓草、和鹅绒委陵菜等，土壤类型为亚高山草甸土，而湿地碳固存的潜力取决于植物生产力、微生物活性和碳在植物-土壤-微生物系统中的分配，它调控着微生物群落的组成和土壤有机质的形成。

因此研究地点位于境内的大学高寒湿地生态系统野外定位研究站，地理坐标平均海拔3500m，该地区属于青藏高原寒冷气候区年霜期较长，平均为270d年平均气温仅有1.2℃其中一月份温度最低平均为-8.4℃，七月份温度最高平均为13.1℃。

其中青藏高原沼泽化草甸植被组成以木里苔草、蔵嵩草、乌拉苔草、华扁穗草等为主，以及一定数量的羊茅、四川嵩草、垂穗披碱草、侧茎垂头菊、水生酸模和驴蹄草等，土壤类型为泥炭沼泽土青藏高原高寒草甸植被组成以草本为主。

微生物类群百分比较

对比沼泽化草甸和高寒草甸土壤不同深度的微生物类群含量所占百分比，结果表明0-5cm土层中沼泽化草甸的革兰氏阴性菌和真菌含量所占百分比显著高于高寒草甸，而革兰氏阳性菌、AM真菌和放线菌含量所占百分比则是高寒草甸更高且差异显著。

在5-15cm土层中沼泽化草甸的真菌含量所占百分比显著高于高寒草甸，而革兰氏阳性菌和真菌含量所占百分比则是高寒草甸更高且差异显著，革兰氏阴性菌和放线菌含量所占百分比并无显著差异。

在15-30cm土层中沼泽化草甸的革兰氏阴性菌而革兰氏阳性菌含量所占百分比则是高寒草甸更高且差异显著，其中不管是在0-5cm土层还是5-15cm和15-30cm土层中革兰氏阳性菌占比最高，最高能达到59%的含量占比最低也有44%占比最少的为真菌基本保持在1%-3%。

可以看出土壤理化因子能够很好地解释沼泽化草甸和高寒草甸土壤微生物群落的变化，其中沼泽化草甸土壤微生物类群与土壤理化因子的分析，结果表明轴的解释率为92.55%轴的解释率为1.63%。

土壤含水量、全氮、土壤有机碳、速效磷、铵态氮和硝态氮对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌、真菌和AM真菌具有显著的正相关作用，其中土壤含水量、全氮和土壤有机碳更是与各微生物类群之间呈极显著的正相关关系，它们土壤微生物群落变化的主要影响因子。

分别解释了71.5%、71.0%和69.6%的微生物群落变化，而pH对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌、真菌和AM真菌具有极显著的负相关作用，全磷对各微生物类群的影响不显著高寒草甸土壤微生物类群与土壤理化因子的分析结果与上述结果基本一致轴的解释85.91%。

轴的解释率为2.06%全氮、土壤有机碳、土壤含水量、硝态氮、铵态氮对各微生物类群具有显著的正相关作用，其中全氮、土壤有机碳和土壤含水量与各微生物类群之间呈极显著的正相关关系，各微生物类群具有极显著的负相关作用全磷和速效磷对各微生物类群的影响并不显著。

生物量真菌类群

对比沼泽化草甸和高寒草甸土壤微生物类群生物量的年际变化的，表明在0-5cm、和15-30cm土层中沼泽化草甸和高寒草甸的总微生物生物量、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌和真菌的生物量均在第40天秋季达到峰值，在第104天冬季各微生物类群的生物量为全年的最低值。

各微生物类群的生物量的差异是极其显著的但随着土层深度的增加，这种差异变得不那么明显，在15-30cm土层中二者差异几乎都不显著，从时间和生态系统的交互效应来看在0-5cm土层中存在明显的交互效应，随时间推移沼泽化草甸的土壤微生物的含量变化幅度更大，而随深度到了15-30cm土层中二者的变化幅度差异不明显。

丛枝菌根真菌的生物量在第278天春季达到峰值据重复测量方差分析，在季节变化上是极显著的，从两个生态系统来看，在0-5cm土层中沼泽化草甸和高寒草甸的总微生物生物量。

使用标记后在草甸和高寒草甸不同深度的土壤微生物类群中的分布随标记时间的推移变化显著，在0-5cm和5-15cm土层中沼泽化草甸和高寒草甸的革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和放线菌的δ13C值均随着时间的推移而显著增加。

在沼泽化草甸和高寒草甸中并没有发现这种增加的趋势有明显差异，而在15-30cm土层中只有高寒草甸的革兰氏阳性菌随着时间的推移显著增加，革兰氏阴性菌和放线菌没有明显的变化趋势，对于沼泽化草甸和高寒草甸的真菌和AM真菌而言土层中均没有随时间推移发生变化。

也有研究表明由于氧化还原条件和碳基质质量的变化，湿地中的微生物群落和相关分解过程会随深度垂直分层，在土壤表层根际沉积物、地表凋落物和根系碎屑等有效碳基质的输入比较丰富，而在土壤剖面更深的土层中碳基质的数量和质量相较于表层降低。

对比沼泽化草甸和高寒草甸的微生物类群生物量的结果，可以发现两种生态系统的微生物群落的差异尤其是在0-5cm土层，这与研究结果相似他们发现在短期水位下降后跟表层土壤碳有效性的变化有很大关系，水位降低后地上植被群落的组成和结构发生变化。

导致根际沉积物和地表凋落物的质量改变，表层土壤碳有效性的变化进而影响了表层的微生物群落结构，可能对较深层土壤的微生物群落影响不大。

实验结果

本次实验表明，在三个土层深度中沼泽化草甸的总微生物生物量以及细菌，主要是革兰氏阳性菌和阴性菌真菌的生物量显著高于高寒草甸，结合土壤理化性质的结果沼泽化草甸的含水量、有机碳和全氮显著高于高寒草甸，并且分析的结果也表明含水量、有机碳和全氮与微生物类群之间存在极显著的。

因此可以推测沼泽化草甸的微生物类群含量高，很可能是受土壤含水量、有机碳和全氮这几个因素的影响，在荒漠草原的野外模拟研究表明总微生物生物量的变化规律与土壤水分水平相对应，其中细菌类群与土壤含水量呈显著的正相关关系，这与我们的RDA结果一致。

土壤含水量作为影响微生物类群的主要因素之一与各微生物类群呈显著的正相关关系，细菌一般依赖于水进行底物的移动和扩散，当土壤水位下降后底物扩散变得困难细菌可能就会受到干燥的负面影响而真菌与土壤含水量的相关性则要弱得多。

也有研究得出了不同的结论水位的下降对真菌和某些革兰氏阴性细菌是有利的，而对某些革兰氏阳性菌和放线菌不利，在干燥的土壤中真菌以通过充满空气的孔隙扩展菌丝以获取溶解的营养物质并将其转移到自身的细胞中，而真菌含量的增加促进革兰氏阴性细菌的生长。

因为革兰氏阴性细菌可以利用真菌释放的简单有机物为食，这与我们的研究结果有一定出入，真菌即使在含水量较高的沼泽化草甸中其含量也显著高于高寒草甸，结合其他因素的影响，我们发现高寒草甸过高的铵态氮可能是造成真菌生物量下降的原因之一。

有研究表明铵态氮的积累会对土壤真菌产生负面影响，发现无机氮输入量的增加显著降低了森林土壤中的真菌丰富度而无机氮的更大作用可能会减少植物的碳库，这些碳库本来可以用于与菌根共生时被真菌利用，在我们的研究中湿地和草地的放线菌含量没有显著差异说明该类群对于土壤含水量和其他理化性质的反应很小。

笔者观点

笔者认为高寒草甸微生物群落的结构来源，主要是受到环境因素和植物根际的影响高寒草甸位于高海拔地区气候条件恶劣温度低土壤贫瘠，在这样的环境下微生物扮演着重要角色它们对土壤养分循环、有机物分解和植物生长等过程起着关键作用。

高寒草甸微生物群落结构的来源受到环境因素和植物根际的影响，对生态系统的稳定和植物的生长具有重要的生态学意义，深入研究高寒草甸微生物群落的结构和功能有助于更好地了解高寒生态系统的运行机制为保护和恢复高寒生态环境提供科学依据和技术支持，因此对高寒草甸微生物群落的研究具有重要的理论和实践价值。

参考文献

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