黄土-古土壤微生物特征及其对气候变化的响应

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黄土-古土壤序列是记录第四纪气候环境变化的良好载体,而土壤微生物又能够良好反应土壤环境的变化。因此,明确黄土-古土壤序列中土壤微生物群落的变化能够为研究第四纪古气候提供新思路、新指标,同时为研究长时间尺度上微生物群落如何适应气候变化提供依据。本文以黄土高原四个不同地理位置的黄土-古土壤序列(兰州市九州台剖面、榆林市石峁村剖面、洛川县坡头村剖面和白鹿原任家坡剖面)为研究对象,通过调查剖面上的土壤性质、古气候替代指标、微生物群落的丰度、多样性和结构组成的分布特征及其影响因素,寻找驱动微生物群落发生变化的关键物种,探索古气候对土壤微生物群落的作用关系。主要结论如下:(1)黄土-古土壤中土壤性质变化的根本原因都是土壤发育过程中干冷、暖湿的气候交替,地理位置的差异导致不同剖面成壤时期所受季风影响的类型和强度不同,土壤性质差别较大。(2)四个剖面的土壤细菌群落在黄土-古土壤交替中差异显著,变形菌门和放线菌门为优势菌门。细菌丰度表现为石峁村>坡头村>九州台>任家坡,不同剖面影响细菌丰度、多样性和群落组成的驱动因子不同。部分土壤性质对细菌多样性无显著影响,但通过影响群落结构中的优势物种改变了细菌特征。关键物种的功能从南到北发生变化,不同地理位置的黄土剖面由于土壤性质的差异选择了具有相应生理特性和环境耐受性的关键物种,最终形成独特的网络结构。(3)四个剖面的土壤真菌群落在黄土-古土壤交替中差异较小,子囊菌门、担子菌门和被孢菌门占总序列的80%以上。子囊菌门由粪壳菌纲、座囊菌纲、散囊菌纲等共同作用来维持其在黄土-古土壤中的稳定。真菌丰度在黄土层高于古土壤,p H和有机碳是影响真菌群落组成的关键驱动因子。真菌群落的网络结构可能与土壤质地有关,不同层位的土壤通过影响关键物种从而驱动真菌群落发生改变。(4)细菌网络的差异实际上反映的是古气候的差异,在同一气候背景条件下,细菌群落的差异反映的是不同地理位置的环境差异。古气候通过影响环境变量和生态系统特征来促进微生物群落发生改变,部分古气候替代指标不仅能对微生物群落产生间接影响,其自身性质也可直接改变微生物群落特征,但影响程度明显小于古气候意义,进一步证实了古气候在黄土-古土壤序列微生物的活动中起主要作用。古气候对微生物的影响主要体现为在营养限制条件下促进微生物群落通过获取固定限制元素和释放过量供应元素来满足其营养需求,适应机制,且细菌群落比真菌群落更容易受到土壤性质的影响。
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