黄河源区斑块化退化高寒草甸...生物多样性对长期封育的响应_杨鹏年.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤微生物多样性对长期封育的响应杨鹏年1，李希来1，2*，李成一1，段成伟1(1 青海大学农牧学院，西宁810016;2 青海大学高原生态与农业国家重点实验室，西宁810016)摘要:为了明确黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤细菌和真菌群落对长期封育的响应特征，通过对土壤理化性质分析和高通量测序技术，对 1 年期(E1)、短期(E4)和长期(E10)围栏封育下土壤 pH、含水量、养分和微生物群落组成及多样性进行分析 结果表明，E1 封育显著降低土壤 pH，而长短期封育均显著提高土壤 pH，长期封育能显著提高土壤含水量和全氮含量，短期封育能显著提高土壤速效磷含量 长期封育能显著提高细菌变形菌门(Proteobacteria)和真菌子囊菌门(Ascomycota)相对丰度，短期封育能显著提高细菌酸杆菌门(Acidobacteriota)相对丰度，但长短期封育均使真菌担子菌门(Basidiomycota)相对丰度下降;随着封育年限的延长，细菌的 Chao1 和 Shannon 多样性指数呈增加趋势，长短期封育无显著差异，真菌的 Chao1 指数逐渐增加，Shannon 多样性指数先增加后减小，长短期封育无显著差异 冗余分析(DA)表明，围栏封育主要通过改变土壤 pH 和含水量来改变微生物群落组成和结构 因此，E4 短期封育能明显改善斑块化退化高寒草甸的土壤理化性质和微生物多样性，无需进行长期封育，否则会造成草地资源浪费、生物多样性减少、限制野生动物活动等诸多不利影响关键词:斑块化退化;高寒草甸;围栏封育;土壤理化性质;微生物多样性中图分类号:X172文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2293-11DOI:1013227/j hjkx202205269收稿日期:2022-05-24;修订日期:2022-07-09基金项目:国家自然科学联合基金项目(U21A20191);青海省自然科学基金创新团队项目(2020-ZJ-904);高等学校学科创新引智计划项目(D18013);青海省科技创新创业团队项目作者简介:杨鹏年(1995 )，男，博士研究生，主要研究方向为高寒生态恢复和环境保护，E-mail:1057672418 qq com*通信作者，E-mail:xilai-li163 comesponse of Soil Microbial Diversity to Long-term Enclosure in Degraded Patches ofAlpine Meadow in the Source Zone of the Yellow iverYANG Peng-nian1，LI Xi-lai1，2*，LI Cheng-yi1，DUAN Cheng-wei1(1 College of Agriculture and Animal Husbandry，Qinghai University，Xining 810016，China;2 State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture，QinghaiUniversity，Xining 810016，China)Abstract:The soil pH，water content，nutrients，and microbial community composition and diversity among one-year term(E1)，short-term(E4)，and long-term(E10)enclosures were analyzed for understanding the response of soil bacterial and fungal communities to long-term enclosure in degraded patches of alpine meadow in the source zoneof the Yellow iver，through determining the soil physicochemical properties and microbial diversity using high-throughput sequencing technology The results showed that theE1 enclosure significantly decreased soil pH，whereas long-term and short-term enclosures increased soil pH The long-term enclosure could significantly increase soil watercontent and total nitrogen content，and the short-term enclosure could significantly increase available phosphorus content The long-term enclosure could significantly increasethe bacterial Proteobacteria The short-term enclosure could significantly increase the abundance of the bacteria Acidobacteriota However，the abundance of the fungusBasidiomycota decreased in both long-term and short-term enclosures With the extension of enclosure years，the Chao1 index and Shannon diversity index of bacteria showedan increasing trend，but there was no significant difference between long-term and short-term enclosures The Chao1 index of fungi gradually increased，and the Shannondiversity index first increased and then decreased，but there was no significant difference between long-term and short-term enclosures edundancy analysis indicated thatenclosure altered microbial community composition and structure mainly by changing soil pH and water content Therefore，the E4 short-term enclosure could significantlyimprove the soil physicochemical properties and microbial diversity at the degraded patches of alpine meadow The long-term enclosure is not necessary and will lead to thewaste of grassland resources，reduction in biodiversity，and restriction of wildlife activitiesKey words:degraded patches;alpine meadow;enclosure;soil physicochemical properties;microbial diversity黄河源区是青藏高原的重要组成部分，是中国重要的生态腹地，具有重要的生态功能和经济价值1 但由于气候变化和过度放牧等不利条件的干扰，黄河源区高寒草甸生态系统出现了不同程度的退化2，导致鼠害频发，使其生态功能和经济价值弱化 甚至局部地区因高原鼠兔种群数量大量暴发，草甸层丢失，地表裸漏，造成严重的斑块化退化3 因此，为保护生态安全，实现草地的可持续发展，退化草地的恢复不容忽视 当地政府和牧民采取了一系列修复措施来缓解草地退化 其中，围栏封育是高寒草甸生态修复中最常用的方式之一，具有操作简单、成本低和可推广性强等优势4，5 有研究指出围栏封育能显著增加高寒草甸植被覆盖率和生物量，可有效缓解草地退化6，7 Erfanzadeh 等8 研究表明4 a 围栏能够改善土壤肥力，提高地上生物量，但延长封育年限会使植物多样性减少，养分循环失衡 聂莹莹等9 研究发现，封育 5 a 的草甸群落多样性和丰富度达到峰值，但长期封育后的退化草地应进行环境科学44 卷适度利用来维持其多样性 李润富等10 认为围栏封育能够显著提高高寒草原地上生物量和植被盖度，但土壤理化性质和植物养分却相对稳定 此外，生物学家认为围栏封育会限制野生动物的活动，使野生动物的迁徙和繁衍受阻 由此可见，围栏封育会影响草地生态系统的物质循环和能量流动，进而改变植被健康状况和土壤肥力，但由于围封年限、海拔、气候和封育前草地退化状况的不同，封育对草地恢复的效果还存在很大差异11，且由于围栏对野生动物的影响等，围栏的建设还存在很大的争议 另外，由于黄河源区气候寒冷，封育产生的凋落物不能及时分解，其物质循环和能量流动相对缓慢，有必要将不同封育年限下对高寒草甸的封育效果做进一步研究土壤微生物是土壤最活跃的组分，参与土壤团粒结构的形成和养分循环过程，其多样性可以在一定程度上代表整个生态系统的稳定性12 土壤微生物(特别是细菌和真菌)的群落结构及其复杂程度直接影响整个草地生态系统的结构、功能和演替过程，在土壤肥力评估和生态系统稳定性等方面有着重要作用13 但土壤微生物对环境的变化非常敏感，土壤细菌因种类多、含量大、与植被演替一致性强等特点而被用来表征土壤的健康状况和土壤肥力14，而土壤真菌因对环境胁迫反应迅速常被用来反映陆地生态系统质量15 在连续放牧的草地上，土壤细菌和植物群落是平行演替的，且细菌的演替速度较真菌快16 尹亚丽等17 研究表明，封育能增加土壤细菌的 多样性 李玉洁等18 研究表明，封育 9 a 的草地土壤微生物多样性显著高于放牧草地 但魏亚兰19 研究发现，在高寒草地生态系统中封育与放牧相比，土壤微生物的差异仅表现在丰度水平上，微生物群落结构组成无明显变化 目前，对封育效果的评价多集中在地上地下生物量和土壤理化性质等方面，对不同封育年限下高寒草甸土壤微生物多样性及其和环境因子的关系研究得较少，但这对揭示封育的内在过程具有重要作用 基于此，本文设置不同围封样地(围封 E1、E4 和 E10)，深入研究不同围封年限下黄河源区高寒草甸土壤微生物多样性及其对环境因子的响应，旨在探究围栏封育对黄河源区斑块化退化高寒草甸修复的关键影响因素，并提出围栏封育时间的对策建议1材料与方法1.1研究区概况研究区位于青海省黄南州河南蒙古族自治县，地处青南高原东北缘，是青海省唯一的蒙古族自治县，也是全国有机畜牧业示范县 全县牧业人口3.32 万人，共7 854户，占全县总人口的 96%有蒙古、藏、汉、回和撒拉这 5 个民族，其中蒙古族占90%当地优势畜种有欧拉羊、雪多牦牛和河曲马全县平均海拔3 600 3 800 m，高原大陆性气候特征明显，春秋季短，四季不分明，无绝对无