季節(jié)性凍融對亞高山-高山森林土壤微生物多樣性的影響.pdf

1、季節(jié)性凍融是全球中高緯度和高海拔地區(qū)普遍存在的現(xiàn)象，而全球變暖引起的季節(jié)性凍融變化必然直接或者間接作用于森林生態(tài)系統(tǒng)，從而對生態(tài)系統(tǒng)過程施加強(qiáng)烈的影響。作為森林生態(tài)系統(tǒng)重要的成分之一，土壤微生物在森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中具有十分重要的和不可替代的作用，并受到生物和非生物因素的綜合調(diào)控。但迄今為止的研究更集中在土壤凍結(jié)前和融化后的生長季節(jié)內(nèi)，有關(guān)土壤凍結(jié)和融化過程中森林土壤微生物數(shù)量、種類、空間分布、群落結(jié)構(gòu)變化及其多樣性等研究

2、仍然相對缺乏，這很難深入理解土壤微生物在高寒森林生態(tài)系統(tǒng)過程，如凋落物分解、養(yǎng)分元素的釋放與轉(zhuǎn)化、腐殖質(zhì)的形成等過程中的功能和作用，更不利于理解未來氣候變化下該生態(tài)系統(tǒng)過程可能發(fā)生的變化。因此，本實(shí)驗(yàn)以川西亞高山/高山地區(qū)分布范圍最廣和面積最大的冷杉(Abiesfaxoniana)原始林、紅樺(Betulaalbosinensis)+冷杉混交林、冷杉次生林為研究對象，采用PCR-DGGE的方法研究季節(jié)性凍融期土壤凍結(jié)階段和解凍階段土壤細(xì)

3、菌群落結(jié)構(gòu)變化特征，探討三種森林群落土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)對季節(jié)性凍融過程的響應(yīng)，以期為深入認(rèn)識(shí)亞高山/高山森林冬季土壤生態(tài)學(xué)過程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　 (1)在土壤季節(jié)性凍結(jié)期間，3個(gè)森林群落土壤有機(jī)層的細(xì)菌條帶數(shù)均大于礦質(zhì)層，并且兩個(gè)層次的細(xì)菌條帶總數(shù)在凍結(jié)前表現(xiàn)為：MF＞SF＞PF，而土壤完全凍結(jié)后則表現(xiàn)為：PF＞MF＞SF，3個(gè)森林群落土壤的細(xì)菌條帶總數(shù)下降率分別達(dá)到18％(PF)、38％(MF)和40％(SF)；在土壤融化期間

4、，3個(gè)森林群落土壤有機(jī)層的細(xì)菌條帶數(shù)較礦質(zhì)層低，總數(shù)表現(xiàn)為：PF＞SF＞MF，但細(xì)菌條帶總數(shù)隨著解凍過程呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢，均在4月達(dá)到最低點(diǎn)，3個(gè)森林群落土壤的細(xì)菌條帶總數(shù)上升率分別達(dá)到54％(PF)、41％(MF)和49％(SF)，在生長季節(jié)里總數(shù)表現(xiàn)為：SF＞MF＞PF。這些結(jié)果說明季節(jié)性凍融對3個(gè)森林群落土壤有機(jī)層和礦質(zhì)層的細(xì)菌種群數(shù)量產(chǎn)生不同程度的影響。
　　 (2)Shannon-Wiener指數(shù)(H)、均勻度(

5、EH)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)也具有相似的變化趨勢。土壤完全凍結(jié)后，3個(gè)森林群落不同層次土壤細(xì)菌的Shannon-Weiner指數(shù)均明顯減小。MF群落2個(gè)土層的土壤細(xì)菌均勻度(EH)指數(shù)在凍結(jié)后表現(xiàn)出減小的趨勢，但PF、SF群落中的均勻度(EH)指數(shù)在凍結(jié)前后無顯著差異。相反，PF和MF群落土壤細(xì)菌的Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)在土壤凍結(jié)后明顯增加。而在土壤解凍期，3個(gè)森林不同土壤層次的樣品，其Shannon-Wiener指數(shù)

6、和均勻度均表現(xiàn)出隨土壤解凍先降低再升高的趨勢，但其達(dá)到谷值的時(shí)間不同，而Simpson優(yōu)勢度指數(shù)表現(xiàn)出先升高再降低的趨勢。
　　 (3)3個(gè)森林土壤有機(jī)層和礦質(zhì)層中細(xì)菌群落組成表現(xiàn)出較大的變異性（相似性48％～92％），同時(shí)表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，季節(jié)性凍融前后，3種森林群落土壤細(xì)菌類群聚類存在較大的差異，說明季節(jié)性凍融對土壤微生物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有重要影響。
　　 (4)通過測序和對比同源性分析，3個(gè)森林群落有機(jī)層和礦質(zhì)層

7、上壤樣品里含有厚壁菌門(Firmicutes)，變形細(xì)菌門(Proteobacteria)和擬桿菌門(Acidobacteria)，綠彎菌門(Chloroflexi),Band7與藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacterium)和脫鐵桿菌目(Deferribacterales)同源性高。Band5和Band9都與變形細(xì)菌門(Proteobacteria)，且同源性都為100％。有一個(gè)樣品含有的是未經(jīng)鑒定的細(xì)菌克隆，同源性為96％。這些結(jié)果表明亞高

8、山/高山森林在凍融季節(jié)極端環(huán)境變化條件下仍然具有相對豐富的耐寒優(yōu)勢微生物種群，以維持冬季土壤生態(tài)過程的持續(xù)進(jìn)行。
　　 綜上所述，亞高山/高山地區(qū)的季節(jié)性凍融變化對森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)具有重要影響。盡管在土壤經(jīng)歷凍結(jié)后，森林群落土壤各層次細(xì)菌類群大量死亡，凍結(jié)過程顯著降低了土壤細(xì)菌類群的豐富度及多樣性，但一定程度上提高了土壤細(xì)菌種群的優(yōu)勢度，而土壤解凍過程造成激烈的土壤水熱動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)一步加大了對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。這種由