念青唐古拉东坡金露梅灌丛草地“肥岛”效应研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jasonmcp
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在干旱半干旱区,“肥岛”的形成是植物适应干旱贫瘠环境的结果,能够反映出植被在恶劣环境下如何有效利用土壤养分及其生存策略和机制。随着近年来气候和人为因素的影响,青藏高原地区的部分草地逐渐灌丛化,灌丛化草地已成为当地重要植被类型之一,而这会影响草地生态系统的结构与功能,导致草地生产力和生物多样性发生变化。本文以念青唐古拉东坡优势灌木金露梅(Potentilla fruticosa L.)为研究对象,设置3个不同大小灌丛组,同时区分灌丛内外位置,通过野外调查和室内分析,研究了金露梅灌丛对周围植被和土壤含水量、养分和微生物的影响,分析了金露梅灌丛周围地上植被特征,探讨了金露梅灌丛“肥岛”对土壤肥力、微生物群落分布的空间异质性作用以及及其相互关系,对进一步揭示青藏高原植物群落适应环境的生物学机制,深入理解灌丛在气候变化背景下与土壤协同变化的生态学规律具有重要参考价值。主要结论如下:(1)通过灌丛下、灌丛边缘和灌丛外的植被调查,发现金露梅灌丛下的生境并不利于草本植物的生存,无论是盖度、生物量均表现出小于边缘和外部位置。但在距离灌丛中心相同位置上,草本植物物种数量、盖度和生物量会随着冠幅增大而增加,这可能与大灌丛“肥岛”效应更强,土壤环境更利于草本植物生存和“保种”。(2)金露梅灌丛大小影响土壤含水量及养分含量。大、中“肥岛”的土壤含水量要高于小肥岛灌丛土壤,而无论灌丛大小,距离灌丛中心40 cm处的土壤含水量均高于其它位置(P<0.05),其0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm的土壤含水量差异均达到了显著水平。不同大小以及3个土壤深度梯度的金露梅灌丛“肥岛”土壤均呈弱酸性至中性,大肥岛及中等肥岛的土壤p H值由中心处向外依次升高,小肥岛的p H值除表层土壤在距离灌丛中心40 cm处有所波动外,其余位置也均随距灌丛中心距离的增加而上升。相同位置处土壤有机质含量随着土层深度增加而减少,小灌丛“肥岛”灌丛中心及距离灌丛中心20 cm处,表层有机质含量远远高于深层土壤并达到了显著水平(P<0.05);同时,随距灌丛中心的距离增加,土壤有机质含量降低,大“肥岛”灌丛中心及距离灌丛中心20 cm处的3个深度的土层有机质含量均显著(P<0.05)高于其他距离处的同一深度土壤,因此,不论灌丛大小,土壤有机质主要富集在灌丛“肥岛”中心表层土壤。金露梅大灌丛及小灌丛全钾、全磷、含量表层显著(P<0.05)大于深层,而中等大小灌丛则深层土壤高于表层,各位置间土壤全钾含量差异不大;金露梅大灌丛及中等灌丛全氮含量深层高于表层,而小“肥岛”主要10-20 cm土层含量高于深层,且距离灌丛中心40 cm、60 cm处的全氮含量要高于其他位置处。无论灌丛大小,土壤表层速效钾、速效氮、速效磷含量较高,灌丛的中心土壤速效养分含量较高。金露梅灌丛下草本植物群落的盖度及生物量与土壤有机质、速效氮、磷养分有着显著相关性(P<0.05),在小灌丛中尤其明显。(3)土壤细菌α多样性分析结果表明,细菌丰富度、多样性指数和均匀度指数均呈现“肥岛”内大于“肥岛”外,微生物的变化规律与土壤理化特性的变化规律相似。不同大小金露梅灌丛均表现出大、中灌丛“肥岛”细菌丰富度大于小灌丛“肥岛”;Shannon指数表明大灌丛“肥岛”的细菌群落多样性最高;群落均匀性表现出和多样性相同的趋势,大灌丛“肥岛”下细菌群落多样性和均匀度都高于中、小灌丛“肥岛”。β多样性分析表明,3种大小肥岛及距灌丛中心的不同距离之间细菌真菌群落无显著差异(P>0.05)。比较不同大小和距灌丛“肥岛”中心不同距离的土壤微生物在门水平上的群落结构发现,丰度较高的细菌和真菌类型的整体趋势一致。在对不同大小和距灌丛“肥岛”中心不同距离土壤进行属水平上的随机森林分析发现,在真菌群落中,最外部土壤样品中标志物种Trichocladium属重要值最高;大灌丛中标志物种数量最多且Paraphaeosphaeria属重要性最高。在细菌群落中,在灌丛“肥岛”中心标志物种Brybacter重要性最高且数量最多,达到12个。在中灌丛中标志物种Dubosiella重要性最高且标志物种数量最多。(4)在高寒干旱半干旱区,土壤微生物对于生存环境有着极强的依赖性,微生物的空间分布差异与土壤理化性质有着强烈的关联。与灌丛外相比,灌丛下有着更高的含水量和养分有效性,为微生物生存发育提供了良好的基础。随着冠幅的增加,土壤养分和含水量愈发利于微生物种群数量和多样性的增加。含水量的空间分布格局不仅影响着土壤养分有效性,也在数量、多样性和丰富度上影响着微生物的分布格局。门水平上选择了丰度前十的细菌和真菌与土壤理化因子进行相关性分析发现,优势细菌门放线菌与土壤p H值、全钾呈显著正相关(P<0.05),与有效磷和有效氮呈极显著负相关(P<0.01)。变形菌门与土壤有机质、有效磷和有效氮呈极显著正相关(P<0.01),与p H、全钾、全氮呈显著负相关(P<0.05),其中与p H值呈极显著负相关(P<0.01)。真菌门只有Rozellomycota门与土壤有机质、全磷、有效磷显著正相关(P<0.05)。
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