李超然,溫仲明,李鳴雷,朱朵菊,曾鴻文,史海靜

1 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所, 楊凌 712100 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 3 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 楊凌 712100 4 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院, 楊凌 712100

黃土丘陵溝壑區(qū)地形變化對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響

李超然1,2,溫仲明1,3,*,李鳴雷1,3,朱朵菊3,曾鴻文4,史海靜3

1 中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所, 楊凌 712100 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 3 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 楊凌 712100 4 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院, 楊凌 712100

研究黃土高原丘陵溝壑區(qū)破碎地形對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響,對(duì)于理解復(fù)雜地形區(qū)生態(tài)過程與系統(tǒng)功能的空間變化具有重要意義。選擇陜西省安塞縣陳家洼為研究區(qū),依據(jù)坡面地形變化選擇不同坡位土壤,采用Biolog微平板培養(yǎng)法探究地形變化對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),土壤微生物群落培養(yǎng)的平均顏色變化率(AWCD)增長(zhǎng)曲線總的呈現(xiàn)出坡下部>坡中部>坡上部的規(guī)律,且坡下部AWCD值與坡中部、坡上部間差異顯著(P<0.05)；坡下部土壤微生物群落功能多樣性顯著高于坡中部和坡上部,但不同土層深度(0—10 cm、10—20 cm)間無顯著性差異(P>0.05)；對(duì)土壤微生物群落功能多樣性差異貢獻(xiàn)較大的碳源是糖類、羧酸類和多酚化合物類碳源；土壤含水率高低是不同坡位土壤微生物群落功能多樣性差異顯著的主要原因；微生物群落豐富度(H)和均一度(D)與土壤全氮含量正相關(guān),優(yōu)勢(shì)度(U)反之,土壤全碳、全磷和pH對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性差異作用不顯著。

黃土丘陵溝壑區(qū)；坡位；土壤微生物群落；功能多樣性

Abstract： In the loess hilly-gully region, a fragmented terrain considerably impacts soil physical and chemical properties and vegetation distribution. Soil microbial community is an important biological component of terrestrial ecosystems, and its structural and functional diversity directly affects the ecological processes of carbon, nitrogen, and other elements. Exploring the influence of the terrain changes on soil microbial functional diversity is of great significance in order to better understand the ecological processes and system functional changes at spatial scales. The objective of the present study is to evaluate the impact of terrain changes on soil microbial community structures in the loess hilly-gully region and support the vegetation restoration in this area. We collected soil samples at three different slope positions (downslope, mid-slope, and upslope) along a slope transect in Chenjiawa, Ansai County of Shaanxi Province. At each sampling site, soil samples were collected in two vertical layers (0—10 cm and 10—20 cm) along soil profile. All soil samples were divided into two parts: one part was used to measure the physical and chemical properties (total carbon, total nitrogen, total phosphorus, moisture content, and pH) and the other part was used to analyze the soil microbial community functional diversity using the Biolog microplate culture method. We then used the principal component analysis (PCA) to explore the impact of terrain changes on the functional diversity of the soil microbial communities. The results showed that the growth curves of the Average Well Color Development (AWCD) are higher in the downslope position than that in the mid-slope position, which is higher than that in upslope position. Meanwhile, the functional diversity of soil microbial community at the downslope position is significantly higher (P<0.05) than that in the mid-slope and upslope positions; however, there are no significant differences (P>0.05) between two soil layers (0—10 cm and 10—20 cm). The differences in using carbon sources reflect the structure and function of soil microbial communities. PCA shows that sugar, carboxylic acids, and polyphenol compounds contribute most to soil microbial community functional diversity. The changes in soil moisture content along slope positions are the main factors affecting the soil microbial community functional diversity. There was a positive correlation between the microbial community richness(H)and homogeneous degree(D)and the total nitrogen content, whereas the dominance index (U)is negatively correlated with the total nitrogen content. Total carbon content, total phosphorus content, and pH have little effect on community structure and functional diversity. In the present study, the soil physical and chemical properties showed no significant differences among the three slope positions, but significant differences did exist in soil microbial community functional diversity among slope positions. The downslope position had a higher soil microbial community functional diversity than that in the mid-slope and upslope positions, suggesting that the microbial functional diversity is more sensitive to environmental changes than soil elements such as carbon and phosphorus, and can better reflect the impact of terrain changes on ecological processes.

KeyWords: the loess hilly-gully region; slope; soil microbial community; functional diversity

黃土高原丘陵溝壑區(qū)地形破碎,復(fù)雜地形對(duì)土壤理化性質(zhì)及地表植被均有顯著影響。不同地形、土壤性質(zhì)以及植被覆蓋下發(fā)育不同的土壤微生物群落。土壤微生物群落是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要生物成分,其結(jié)構(gòu)和功能多樣性與土壤功能關(guān)系密切,直接影響到系統(tǒng)的碳、氮等生態(tài)過程,所以土壤微生物群落既是土壤功能的保證,也是恢復(fù)土壤功能的基礎(chǔ)[1]。微生物結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,對(duì)環(huán)境變化能產(chǎn)生快速、靈敏的應(yīng)答,土壤微生物功能多樣性能夠綜合反映土壤質(zhì)量指標(biāo)信息[2],可以看作是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量變化的敏感參數(shù)[3]。土壤生物化學(xué)過程、有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化以及菌根的形成均離不開土壤微生物的參與,作為分解者,土壤微生物通過營(yíng)養(yǎng)元素的周轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)養(yǎng)分的供應(yīng),作用植物的生長(zhǎng)、資源分配和化學(xué)組成,影響植物的生長(zhǎng)、植被發(fā)育、群落結(jié)構(gòu)演替和土壤發(fā)育[4-5]。

土壤微生物群落功能多樣性是土壤微生物群落狀態(tài)與功能的指標(biāo),能夠反映土壤中微生物的生態(tài)特征[6]。研究表明,微生物群落功能多樣性與地上植被類型變化密切相關(guān)[7],如李剛[8]等人通過研究呼倫貝爾沙地不同植被恢復(fù)模式下土壤固氮微生物多樣性發(fā)現(xiàn)不同植被恢復(fù)模式間的土壤固氮微生物群落組成差異顯著；胡雷[9]和張于光[10]等人研究了三江源地區(qū)不同退化演替階段高寒草甸和不同植被的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)地上植被與地下微生物之間存在明顯的關(guān)聯(lián)性,植物種類容易影響土壤微生物群落的活性。

黃土丘陵區(qū)地形破碎,形成了千溝萬壑、不計(jì)其數(shù)的微小地形,豐富的坡面結(jié)構(gòu)會(huì)引起局部環(huán)境的較大變化,如張宏芝[11]研究發(fā)現(xiàn)微地形會(huì)改善原狀坡的土壤化學(xué)性質(zhì),而鄺高明[12]提出微地形對(duì)土壤水分和生物量有顯著影響。目前較多的研究還分析了地形變化對(duì)植被分布或生物多樣性的影響,如盧紀(jì)元[13]與王晶[14]對(duì)陜北黃土區(qū)植被特征對(duì)微地形的響應(yīng)進(jìn)行了研究,張麗娟[15]和白紅梅[16]研究了沙地植被功能群及其多樣性對(duì)微地形變化的響應(yīng),馬寶霞[17]研究了喬木群落的多樣性與微地形的關(guān)系,但少有研究分析地形變化對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。由于微生物對(duì)于群落生態(tài)過程與系統(tǒng)功能的重要性,本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析地形變化對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響,有助于深入認(rèn)識(shí)黃土丘陵區(qū)復(fù)雜地形區(qū)的主要生態(tài)過程與格局變化。

本文利用Biolog微平板培養(yǎng)法對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)同一坡面的不同坡位土壤微生物群落功能多樣性進(jìn)行研究,探究地形變化對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響,以為理解該區(qū)主要生態(tài)過程與系統(tǒng)功能的空間變化提供依據(jù),并為該區(qū)植被恢復(fù)重建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省延安市安塞縣陳家洼小流域(36°49′—36°50′N,109°15′—109°19′E),海拔1148—1222 m,屬于典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū),為暖溫帶半濕潤(rùn)向半干旱過渡區(qū)；氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候,年平均氣溫8.8 ℃,年平均降水量505.3 mm,無霜期157 d；土壤為黃綿土與沙黃土交錯(cuò)分布；植被區(qū)劃屬于暖溫帶落葉闊葉林向干草原過渡的森林草原區(qū),受地形影響,喬木多分布于溝谷中,坡面分布有矮喬木伴生的疏林草原群落[18],是典型受人類活動(dòng)影響的水土流失嚴(yán)重區(qū)。研究樣地信息及群落組成見表1,群落優(yōu)勢(shì)種主要有草木樨狀黃耆(Astragalusmelilotoides)、鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)、達(dá)烏里胡枝子(Lespedezadavurica)、異葉敗醬(Patriniaheterophylla)和菊葉委陵菜(Potentillatanacetifolia),在不同坡位還分布有白羊草(Bothriochloaischaemum)和旱生蘆葦(Phragmitesaustralis),群落蓋度在63%—75%之間。

表1 樣地信息及群落組成

1.2 試驗(yàn)材料

依據(jù)地形變化,選擇坡上部(PS)、坡中部(PZ)和坡下部(PX) 3個(gè)坡位進(jìn)行采樣。樣品于2015年8月6日在研究樣地選定坡面采用土鉆采集,在坡上部、坡中部和坡下部0—10 cm和10—20 cm分層取樣,每個(gè)坡位采用“S”型路線選擇5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)混合采樣作為一個(gè)樣品,過2 mm篩,去除可見動(dòng)植物殘?bào)w,一部分用鋁盒密封,用作土壤含水率的測(cè)定；一部分冰盒冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室,供測(cè)土壤微生物群落功能多樣性；剩余部分風(fēng)干,留測(cè)土壤理化性質(zhì)。

1.2.1 土壤理化指標(biāo)及其測(cè)定

土壤含水率采用烘干法測(cè)定；土壤pH使用梅特勒-托利多pH計(jì)測(cè)定(土水比1∶2.5)；土壤有機(jī)質(zhì)含量使用重鉻酸鉀氧化法；全氮使用全自動(dòng)凱氏定氮儀(FOSS全自動(dòng)凱氏定氮儀KJELTEC 2300)測(cè)定；全磷含量采用硫酸高氯酸氧化法。測(cè)定結(jié)果見表2。

1.2.2 微生物群落功能多樣性指標(biāo)及其測(cè)定

試驗(yàn)采用的Biolog EcoPlate是美國(guó)Biolog公司生產(chǎn)的微平板培養(yǎng)基,用于測(cè)定微生物群落水平多樣性,每塊平板有8×12共計(jì)96個(gè)微孔,為3個(gè)重復(fù),各包含有31種碳源和1個(gè)水空白。接種土壤微生物溶液后,在一定溫度下培養(yǎng),微生物代謝底物產(chǎn)生的電子會(huì)使微孔內(nèi)的氧化還原染料變色,通過比對(duì)顏色變化的差異可以分析土壤微生物群落對(duì)底物的代謝情況。此方法操作簡(jiǎn)便,培養(yǎng)時(shí)間短,是研究土壤微生物群落功能多樣性的主流方法之一[19]。

表2 土壤理化性質(zhì)

同列不同字母表示P<0.05水平差異顯著

稱取相當(dāng)于5.0 g風(fēng)干質(zhì)量的新鮮土壤,加入裝有45 mL無菌生理鹽水(0.85% NaCl)的三角瓶中,搖床(200 r/min)振蕩30 min,獲得土壤樣品表面和內(nèi)部的微生物懸浮液。靜置片刻后取上清液,采用10倍稀釋法,用無菌生理鹽水將其稀釋至濃度為10-3的懸浮液接種于ECO微平板中,每孔150 μL。將接種的ECO板裝入聚乙烯盒中置于25 ℃暗箱培養(yǎng),連續(xù)培養(yǎng)13 d,在此培養(yǎng)過程中每隔24 h在ELISA反應(yīng)微平板讀數(shù)器上590 nm處讀數(shù)1次。本試驗(yàn)供試土樣來自黃土高原丘陵溝壑區(qū),為pH值在8.6—8.7的強(qiáng)堿性黃綿土,土壤養(yǎng)分含量低,微生物量本底值小,因此需要較長(zhǎng)時(shí)間來達(dá)到使微孔發(fā)生穩(wěn)定顏色變化。觀察圖1和圖2發(fā)現(xiàn)AWCD培養(yǎng)曲線趨于穩(wěn)定時(shí)間為第10天前后,所以選擇第11天數(shù)據(jù)進(jìn)行群落多樣性指數(shù)的計(jì)算和主成分分析。多樣性指數(shù)包括碳源利用豐富度指數(shù)(S)、Shannon豐富度指數(shù)(H)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)和McIntosh均一度指數(shù)(U)。

1.3 數(shù)據(jù)處理[19]

1.3.1 平均顏色變化率(AWCD)

AWCD值可用于評(píng)判群落對(duì)31種碳源利用的總能力,式中,Ci為各反應(yīng)孔在590 nm處的吸光值；R為ECO板對(duì)照孔A1在590 nm處的吸光值。(Ci-R)小于零的孔,計(jì)算時(shí)記(Ci-R)為零,即：(Ci-R)≥0。

1.3.2 群落多樣性指數(shù)

碳源利用豐富度指數(shù)(S)：

S=發(fā)生顏色反應(yīng)碳源總數(shù)

H=-∑Pi×lnPi

Simpson指數(shù)(D)用于評(píng)估群落常見種優(yōu)勢(shì)度,式中Pi為第i孔相對(duì)吸光值與整板平均相對(duì)吸光值總和之比,計(jì)算公式如下：

McIntosh指數(shù)(U)用于評(píng)估群落均一度,ni為第i孔相對(duì)吸光值(Ci-R),計(jì)算公式如下：

使用Biolog EcoPlate培養(yǎng)第11天AWCD值用于主成分分析。采用SPSS 22.0和Origin 9.0軟件進(jìn)行主成分分析,數(shù)據(jù)處理和制圖采用Excel 2013與Origin 9.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 Biolog EcoPlate每孔平均顏色變化率(AWCD)

平均顏色變化率(AWCD)反映了土壤微生物在群落水平上利用單一碳源的能力,從圖1和圖2可以看出,隨著培養(yǎng)時(shí)間的變化,所有EcoPlate的AWCD值均呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì),從第11天逐漸趨于穩(wěn)定,且不同樣品穩(wěn)定值之間差異很明顯,在第13天時(shí)極差已經(jīng)達(dá)到0.41,占最小值坡上部10—20 cm土層土壤AWCD的61.4%。對(duì)于表層0—10 cm土壤,樣品培養(yǎng)前期各坡位差異不大,中期第4天至第8天坡上部的AWCD值最大且呈現(xiàn)相互交叉的變化過程,在此后的培養(yǎng)過程中坡下部AWCD快速上升,最終保持在三者最大,而坡中部和坡下部之間差異不明顯。對(duì)于10—20 cm土層樣品,隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),AWCD始終保持著坡下部>坡中部>坡上部的規(guī)律,且各坡位差異較為明顯。圖1和圖2 AWCD值增長(zhǎng)曲線總的呈現(xiàn)出坡下部>坡中部>坡上部的規(guī)律,且坡下部AWCD值與坡中部、坡上部間差異顯著。

圖1 不同坡位0—10 cm土壤微生物AWCD隨培養(yǎng)時(shí)間的變化Fig.1 AWCD changes with incubation time of different positions at 0—10cm PS: 坡上部 Upslope；PZ: 坡中部 Mid-slope；PX: 坡下部 Downslope

圖2 不同坡位10—20 cm土壤微生物AWCD隨培養(yǎng)時(shí)間的變化Fig.2 AWCD changes with incubation time of different positions at 10—20 cm

2.2 土壤微生物群落功能多樣性分析

根據(jù)AWCD值隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線,選取第11天的AWCD值用于計(jì)算土壤微生物群落的各項(xiàng)多樣性指數(shù),可以在簡(jiǎn)單的數(shù)字特征上對(duì)土壤微生物群落的功能多樣性進(jìn)行比較。如表3所示,坡下部在不同土層深度間碳源利用豐富度指數(shù)(S)和各指數(shù)均無顯著性差異,坡上部與坡中部的McIntosh指數(shù)(U)、坡中部Simpson指數(shù)(D)在不同土壤深度之間也無顯著性差異；坡上部與坡中部碳源利用豐富度指數(shù)(S)和Shannon指數(shù)(H)、坡上部的Simpson指數(shù)(D)在不同土壤深度均有顯著性差異。

表3 微生物群落多樣性指數(shù)

綜合比較,坡下部不論是碳源利用豐富度指數(shù)(S)、Shannon指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)還是McIntosh指數(shù)(U)均比坡上部和坡中部高,而坡下部0—10 cm層有25個(gè)孔發(fā)生顏色反應(yīng),Shannon指數(shù)(H)為3.175,Simpson指數(shù)(D)為0.955,McIntosh指數(shù)(U)為6.872均為所有培養(yǎng)樣品中的最大值,與AWCD值隨培養(yǎng)時(shí)間的變化曲線表現(xiàn)結(jié)果一致。

2.3 土壤微生物群落碳源利用分析

坡面地形會(huì)影響土壤和環(huán)境間的物質(zhì)交換與能量流動(dòng),對(duì)光照、溫度、水分、養(yǎng)分等環(huán)境因子具有再分配作用。不同坡位土壤養(yǎng)分剖面分布的差異主要是由于坡面土壤性質(zhì)和坡面養(yǎng)分在降雨侵蝕過程中的再分配所造成的。在坡面上,地形部位是決定土壤性質(zhì)變化的重要因素,沿坡面不同位置土壤的成土過程導(dǎo)致了坡面土壤性質(zhì)的差異[20],不同坡位微生境不論是溫濕度還是養(yǎng)分含量都有較大差異,這使得土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能也有所不同,表現(xiàn)在本試驗(yàn)中則是各樣品對(duì)碳源的利用各有差異。

圖3 土壤微生物群落主成分分析 Fig.3 Principal component analysis of soil microbial community

采用第11天的AWCD值進(jìn)行主成分分析,將31個(gè)因子降維得到9個(gè)主成分(PC),它們的特征值分別是5.63、4.10、3.67、3.26、2.62、2.45、2.12、1.64和1.300,累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了86.40%,因此認(rèn)為這9個(gè)主成分可以表征不同坡位土壤微生物對(duì)單一碳源的代謝能力。如圖3所示,坡下部與坡上部和坡中部在PC1發(fā)生明顯分離聚集,這表明坡位的不同的確對(duì)表層土壤微生物群落的碳源利用有較大影響。分析前2個(gè)主成分(PC1和PC2)的因子載荷,其中單一碳源對(duì)PC1貢獻(xiàn)較大(因子載荷>0.5)的碳源共有10種,對(duì)PC2貢獻(xiàn)較大的碳源共6種。結(jié)合因子載荷圖(圖4)可以直觀地發(fā)現(xiàn)糖類碳源(β-甲基D-葡萄糖苷、D-甘露醇、葡萄糖- 1-磷酸鹽和D,L-a-甘油等)和氨基酸類碳源(L-精氨酸、L-天冬酰胺酸和L-絲氨酸等)對(duì)PC1起主要分異作用；而羧酸類碳源(丙酮酸甲脂、D-半乳糖醛酸、D-葡萄胺酸和衣康酸等)、多酚化合物類碳源(2-羥苯甲酸)和多胺類碳源(苯乙基胺)則對(duì)PC2貢獻(xiàn)較大。因此可以認(rèn)為對(duì)于本試驗(yàn)樣品,對(duì)土壤微生物群落功能多樣性差異貢獻(xiàn)較大的碳源是糖類、羧酸類和多酚化合物類碳源。

圖4 31種碳源(A2-H4)對(duì)PC1和PC2的因子載荷Fig.4 Factor loadings of 31 carbon sources(A2-H4)for PC1 and PC2

3 討論

微生物群落功能多樣性受溫度、濕度、生物等環(huán)境因子的影響。本研究中,土壤微生物群落培養(yǎng)的平均吸光度值(AWCD)增長(zhǎng)曲線總的呈現(xiàn)坡下部>坡中部>坡上部的規(guī)律,且坡下部AWCD值與坡中部、坡上部間差異顯著,表明不同坡位的土壤微生物群落功能多樣性存在差異。下坡位土壤微生物群落多樣性明顯高于坡中部和坡上部,微生物群落豐富度和均一度與土壤全氮含量正相關(guān),優(yōu)勢(shì)度反之,這與楊云鋒的研究結(jié)果[21]青藏高原微生物功能多樣性與環(huán)境條件,特別是土壤氮循環(huán)之間強(qiáng)烈相關(guān)相似。但本文的供試土樣全碳、全磷和pH在各坡位間無顯著性差異,沒有顯示出微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性與全碳、全磷和pH的顯著相關(guān)性。一方面可能與黃土母質(zhì)發(fā)育的土壤本身堿性強(qiáng),磷含量高,地面植被發(fā)育較差有關(guān),坡面地形對(duì)這些元素的遷移和累積沒有達(dá)到顯著性差異；但另一方面也說明微生物功能多樣性對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)較碳、磷等土壤元素更為敏感,能更好地反映地形變化對(duì)生態(tài)過程的影響[2]。因此將微生物功能多樣性作為衡量黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤質(zhì)量與立地條件的一個(gè)間接指標(biāo),可能能更好地區(qū)分不同立地環(huán)境質(zhì)量,對(duì)于評(píng)估立地環(huán)境質(zhì)量的空間變化,進(jìn)而為植被恢復(fù)規(guī)劃與布局提供更好的支持。

不同坡位的土壤微生物群落功能多樣性存在顯著差異,可能與不同地形條件下的土壤環(huán)境及生物組成密切相關(guān)。地形變化會(huì)影響土壤的一系列重要指標(biāo)[22]如密度、孔隙度、含水率、養(yǎng)分、pH和Eh等,同時(shí)也深刻影響著土壤微生物群落[23]。本研究中地形變化對(duì)土壤微生物群落生境的影響主要體現(xiàn)在土壤含水率的高低,土壤水分可以通過影響土壤有機(jī)碳、全氮含量等理化性質(zhì),對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。下坡位土壤水分含量遠(yuǎn)高于上坡位和中坡位,土壤水分的增加可導(dǎo)致土壤通氣性變差,減緩有機(jī)質(zhì)分解速率,使有機(jī)質(zhì)及其他一些營(yíng)養(yǎng)元素更易于累積[24],同時(shí)影響地面植被組成和分布；地面植被的發(fā)育對(duì)土壤理化性質(zhì)亦有作用,植物根系分泌物作用于土壤,可為微生物群落提供豐富的資源以及差異性的理化環(huán)境[25],促成微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能變遷改變土壤微生物群落多樣性。在下坡位地面植物群落主要由旱生蘆葦、鐵桿蒿、異葉敗醬和草木樨構(gòu)建,群落多樣性和生物量均高于坡上部和坡中部,這使得在坡下部表層土壤凋落物含量和組成均與坡上部和坡中部有較大差異。同時(shí),主成分分析發(fā)現(xiàn)對(duì)土壤微生物群落功能多樣性差異貢獻(xiàn)較大的碳源是糖類、羧酸類和多酚化合物類碳源,這表明在不同坡位土壤微生物群落組成的差異是底物篩選作用的結(jié)果。

土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能多樣性能夠快速響應(yīng)環(huán)境變化,對(duì)于監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)環(huán)境生態(tài)過程具有重要實(shí)用價(jià)值,繼續(xù)深入研究地形變化對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響對(duì)于黃土高原丘陵溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和保護(hù)具有重要意義,可以加深對(duì)該區(qū)主要生態(tài)過程與系統(tǒng)功能的空間變化的理解,為該區(qū)植被恢復(fù)重建提供依據(jù)。

致謝：感謝西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院錢勛博士、孫薇博士、殷亞楠博士和張雅君碩士對(duì)本研究的幫助。

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Impactofterrainchangesonthefunctionaldiversityofsoilmicrobialcommunityintheloesshilly-gullyregionofChina

LI Chaoran1,2, WEN Zhongming1,3,*, LI Minglei1,3, ZHU Duoju3, ZENG Hongwen4, SHI Haijing3

1InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling712100,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China4CollegeofForestry,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271297, 41501055)；中國(guó)科學(xué)院重要方向項(xiàng)目(KZCX2-EW- 406)

2016- 05- 16; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 03- 27

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zmwen@ms.iswc.ac.cn

10.5846/stxb201605160944

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