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【客户发表文章】西藏北部退化高寒草地生态系统类型恢复过程中土壤细菌群落结构和代谢功能的变化

发布日期:2020-12-24 浏览次数:1527


期刊:Science of the Total Environment



IF=6.551



藏北高寒草原生态系统严重退化,严重威胁着当地社会的环境健康和生态安全。因此,恢复DAGENT是当前维持社会稳定和可持续发展的一项紧迫任务。土壤微生物在生态系统的结构和功能执行中起着至关重要的作用。此外,细菌对外界干扰很敏感。本文评价了三种修复处理(即分离播种、水溶性聚氨酯施肥、分株播种和水溶性聚氨酯施肥)对DAGENT土壤细菌群落的影响。分株播种显著提高了土壤pH值和土壤氮磷含量。此外,分株播种和水溶性聚氨酯施肥联合处理显著提高了土壤氮含量,对土壤pH值和土壤磷含量产生了不利影响。三种恢复处理对DAGENT土壤细菌α多样性没有明显影响。但是三种类型的恢复过程在土壤细菌的β多样性和DAGENT中土壤细菌比例的相对丰度产生了明显的变化。这三种类型的修复过程也导致DAGENT土壤细菌代谢功能的发生显著改变。土壤细菌群落结构和代谢功能改变的主要原因可能是植物生长条件以及土壤pH值和养分含量的变化。因此,三种类型的恢复过程主要改变了DAGENT土壤细菌的群落结构和代谢功能,而不是改变土壤细菌的α多样性。




一、材料与方法


研究地点:西藏北部神扎DAGENT(海拔:4750米;年平均温度:≈0.2℃;平均年降水量:299毫米)



实验设计:共四种处理,3个重复。

(Ⅰ)分离播种(植物种类:Elymus nutans Griseb., Medicago sativa L., Lolium perenneL., Poa annua L., Elymus sibiricus Yajiang, and Festuca elata Keng ex E.Alexeev五种植物的比例设定为5:1:1:1:1:1。)

(Ⅱ)3%的水溶性聚氨酯肥料 (C10H8N2O2·C6H14O3 )n

(Ⅲ)植物播种与水溶性聚氨酯施肥联合处理;

(Ⅳ)对照,不进行恢复处理(即原DAGENT)。



16S rRNA测序:Illumina Novaseq 6000,V3-V4可变区

扩增引物:341F (5’–CCTACGGGNGGCWGCAG–3′) ,

806R (5’–GGACTACHVGGGTATCTAAT–3′)。


二、结果分析


1、土壤pH值和养分含量的差异

分株播种(P)显著提高了土壤pH值和磷含量(P < 0.05)。与对照相比,P和PW显著提高了土壤含氮量。P的土壤pH值和磷含量显著高于PW,P的土壤含氮量显著大于W。






CK:对照(无恢复处理);P、分株播种;W、分离出的水溶性聚氨酯施肥;PW,植物播种和水溶性聚氨酯施肥联合处理。



2、土壤细菌群落的差异




土壤细菌群落的α多样性指数在4种恢复处理中表现出很高的相似性。“ns”表示差异无统计学意义(P >0 .05)。基于加权UniFrac 距离的土壤细菌比例的β多样性存在明显差异。










在门水平中,与对照组相比,恢复过程Proteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria和 Bacteroidetes的相对丰度明显提高,极大地降低了Planctomycetes的相对丰度。





在纲水平上,恢复过程明显提高了Blastocatellia_Subgroup_4 和Gammaproteobacteria的相对丰度,但严重降低了Phycisphaerae 和 Planctomycetacia的相对丰度




目水平上,修复处理显著增加了变形菌门、其他细菌和未分类细菌的相对丰度,而显著降低了Tepidisphaerales和Pirellulales的相对丰度。





门、纲、目水平土壤细菌生物标志物气泡图,三种类型的恢复处理导致了几种主要的土壤细菌生物标志物的出现。






LEfSe分析检查土壤细菌分类群丰度的统计显著差异,并确认不同类型恢复处理下土壤细菌物种的生物相关性。三种修复处理对对照下的几个细菌类群(Litorilinea, Zavarzinella,Pelagibius,and Rhodovibrionales)造成了显著的变化。








在三种类型的恢复过程中,大量土壤细菌类群的明显变化引起其代谢功能的明显变化。



3、土壤酸碱度、养分含量与土壤细菌群落α多样性的关系


土壤碳含量与Chao1指数和ACE指数呈显著负相关(P < 0.05)。土壤磷含量与OTU丰富度、Chao1指数、ACE指数呈显著负相关(P < 0 . 0 5)。土壤pH值和氮含量与土壤细菌群落alpha多样性的关系并不密切(P > 0.05)。






本研究生理检测工作由南京集思慧远生物有限公司完成。