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南京土壤所揭示我國北方農牧交錯帶土壤微生物群落對雙向頻繁土地利用變化的響應特征

2021-07-27 分享到:

土地利用變化是土壤微生物群落變化的主要驅動力,但是過去研究主要涉及土地利用單向變化。然而,在中國北方農牧交錯帶,受氣候變化和人爲幹擾的影響,農田和草地利用之間經常發生轉換,這種雙向頻繁變化究竟如何影響土壤微生物群落多樣性和組成尚不清楚。

爲此,南京土壤所潘賢章研究員課題組2017年在該區域采集了36對農田和草地土壤樣品,進行了理化分析和高通量測序,同時對區域土地利用曆史進行了遙感解譯。結果顯示,2008~2017年所有采樣地農田和草地利用之間的平均轉換速率爲3~4次,2種利用持續時間爲1~9年,平均均爲4年。在農田和草地之間土壤微生物多樣性差異不顯著,但其群落組成差異顯著(圖1),且對群落組成差異貢獻最大類群是Pseudarthrobacter、Azotobacter、BacillusBlastococcus,均與植被類型密切相關。結合考慮農田和草地之間土壤理化屬性沒有顯著差異,可以看出,植被類型導致了農田和草地土壤微生物群落組成的差異。此外,土壤微生物多樣性隨農田持續利用時間的延長而減小,而隨草地持續利用時間延長無明顯變化(圖2);持續時間越長,2種利用方式的群落組成的差異越大(圖3)。這預示著隨著利用時間延長,到一定年限後農田和草地土壤微生物群落多樣性可能會發生顯著變化。

綜上所述,在土地利用方式雙向頻繁轉換的北方農牧交錯帶,土壤微生物群落組成比多樣性對土地利用方式變化更加敏感,但它們在農田和草地中的差異隨利用時間延長而變大。因此,相比于土壤微生物多樣性,群落組成更適合評估人類短期幹擾的影響。該研究也啓示我們,結合曆史信息有助于深入理解土壤微生物對外界幹擾的響應機制。

上述研究工作发表在Geoderma期刊上。博士生徐爱爱为論文第一作者,研究员潘贤章为論文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划(2020YFC1807401)的资助。

論文链接

图1 农田和草地中土壤微生物多样性(A)和群落组成(B)

图2 土壤微生物多样性随农田和草地持续利用时间的变化

  图3 农田和草地的群落组成的差异性随持续利用时间的变化

A短期(1-4年),B長期(5-9年)