贝加尔针茅草原氨氧化微生物多样性对草地利用方式的响应机制

随着全球气候变化和陆地生态系统氮循环研究的发展，氮循环相关微生物及草地氮素循环机制研究正成为草地生态系统研究的热点。本项目从氨氧化微生物（AOB、AOA）的生态学过程入手，以贝加尔针茅草原为研究对象，应用现代生态学原理与方法及PCR-DGGE、RT-PCR现代生物学技术，研究不同草地利用方式对贝加尔针茅草原土壤氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）种群数量、群落结构、活性及多样性的影响以及土壤微生物量碳氮、土壤酶活性、土壤呼吸等其它环境因素与氨氧化微生物的相互作用过程，阐明不同利用方式下，土壤氨氧化微生物的生态分布、基因的分子多态性以及遗传多样性的演替规律，揭示氨氧化细菌及古菌对草地利用方式的响应机制，为贝加尔针茅草原的合理利用和草地氮素循环机制提供理论依据。

贝加尔针茅（Stipa baicalensis）草原是草甸草原的代表类型之一，在我国畜牧业生产中占有重要的地位。但近年来由于人类扰动的加剧引起了草地生态系统结构和功能的改变，草地出现不同程度的退化现象。随着陆地生态系统氮循环研究的发展，氮循环相关微生物及草地氮素循环机制的研究成为当前草地生态系统研究的热点。项目首先开展了草地不同利用方式对土壤环境因子的影响，研究结果表明，不同利用方式对土壤养分含量及土壤酶活性均有显著影响，适度的放牧有利于土壤养分含量及土壤酶活性的提高。其次开展了不同利用方式对草地土壤微生物影响，结果表明放牧和刈割对土壤微生物群落结构的影响显著高于围封，放牧降低了微生物PLFA总量，刈割处理则有利于微生物量的增加；放牧下土壤微生物群落与刈割具有相似的碳源利用模式，微生物群落代谢功能相似，相对于刈割和围封，放牧有利于提高土壤微生物群落功能多样性。深入开展了利用方式对氮循环微生物的影响，结果表明放牧显著降低了土壤固氮nifH基因的种类和数量，但同时对土壤氨氧化细菌多样性的增加有显著的促进作用；刈割处理则有利于固氮nifH基因的多样性的增加。从这些结果可以得出，不同土壤微生物类群对草地利用方式的响应各有差异，这又与土壤养分、酶活性等因素密切相关。项目开展的一系列研究内容明确了草地利用方式对土壤理化性质及土壤微生物的影响作用，揭示了不同微生物类群的响应机制，这一研究结果对于指导草地的合理利用和提高草地生产力具有重要的理论价值。