【摘 要】
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非共生固氮作用是指大气中的分子态氮在微生物（固氮生物）体内由固氮酶催化还原为氨的过程,是生态系统中重要的固氮方式之一,尤其在草原生态系统氮素固定中发挥了重要作用。青藏高原高寒草甸,海拔较高、气候常年湿冷,近年来呈现不同程度的退化,退化的高寒草甸生态系统固氮酶活性和非共生固氮菌群落的变化规律及其影响因素等问题有待深入研究。本文利用乙炔还原法测定固氮酶活性,利用nifH基因扩增子高通量测序技术分析固氮
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非共生固氮作用是指大气中的分子态氮在微生物（固氮生物）体内由固氮酶催化还原为氨的过程,是生态系统中重要的固氮方式之一,尤其在草原生态系统氮素固定中发挥了重要作用。青藏高原高寒草甸,海拔较高、气候常年湿冷,近年来呈现不同程度的退化,退化的高寒草甸生态系统固氮酶活性和非共生固氮菌群落的变化规律及其影响因素等问题有待深入研究。本文利用乙炔还原法测定固氮酶活性,利用nifH基因扩增子高通量测序技术分析固氮微生物的多样性和群落组成,同时结合生物信息学和统计学等分析方法,研究川西北不同程度退化的高寒草甸土壤固氮酶活性和非共生固氮菌群落的空间分异规律及其影响因素。主要结论如下:1川西北高寒草甸退化土壤固氮酶活性空间分布特征及其影响因素:（1）川西北不同地理位置高寒草甸退化土壤中GZ（甘孜县）的固氮酶活性平均值最低,SD（色达县）的固氮酶活性平均值最高。（2）川西北不同地理位置高寒草甸退化土壤中SQ（石渠县）的nifH基因丰度平均值最低,SD的nifH基因丰度平均值最高。（3）固氮微生物对固氮酶活性的影响最大。nifH基因丰度和固氮菌群落结构对土壤固氮酶活性均产生了显著的影响,其中nifH基因丰度与土壤固氮酶活性存在显著正相关关系;SEM分析结果显示固氮菌群落结构与土壤固氮酶活性存在显著的负相关性（4）土壤理化性质对土壤固氮酶活性有重要的影响,TC与固氮酶活性的相关性最高,TP能直接或通过影响固氮菌群落结构间接影响固氮酶活性,固氮酶活性受到磷的限制。2川西北不同地理位置高寒草甸退化土壤中非共生固氮菌α多样性、群落结构和组成的空间分异及主要驱动因子:（1）SQ（石渠县）点的固氮菌α多样性平均值最低,SD（色达县）点的最高;（2）不同样点间的固氮菌群落结构显著差异。（3）pH是驱动川西北不同地理位置高寒草甸退化土壤中非共生固氮菌群落特征分异的关键因子。不同pH条件下,土壤固氮菌群落组成和多样性存在显著差异。（4）川西北不同地理位置高寒草甸退化土壤中非共生固氮菌群落构建以确定性过程为主,固氮菌群落在整个pH梯度上呈现谱系聚集且pH的改变会提高固氮菌的群落谱系周转。除了pH,AI对固氮菌谱系β多样性也具有较大影响。3退化影响固氮酶活性和固氮菌群落特征:（1）川西北不同退化高寒草甸土壤中nifH基因丰度变化趋势与固氮酶活性的变异规律一致,即随退化程度的加剧而下降,并且按照LD（轻度退化）、MD（中度退化）、SD（重度退化）依次降低。（2）土壤非共生固氮菌α多样性随退化程度加剧而下降,土壤固氮菌群落在退化梯度上产生明显的结构分异;不同退化程度下,土壤固氮菌群落组成和多样性存在显著差异,纲水平分类上的优势种群包括α变形菌纲、β变形菌纲、γ变形菌纲、硝化螺旋菌纲等（3）确定性过程主导了不同退化梯度下土壤中固氮菌的群落构建,确定性过程的相对贡献度随退化程度加剧而下降。pH随退化梯度增加,pH是造成不同程度退化土壤固氮菌群落结构差异的关键影响因素。综上所述,本文探究了川西北高寒草甸退化对土壤固氮酶活性和非共生固氮菌群落的影响,揭示了影响土壤固氮酶活性、非共生固氮菌群落组成和群落构建的关键驱动因子,表明了生物因素和非生物因素对川西北退化高寒草甸土壤固氮作用的重要性,为高寒草甸土壤的养分管理提供参考,为退化高寒草甸修复或提升土壤肥力提供科学依据。
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