黄河源区斑块化退化高寒草甸...生物多样性对长期封育的响应_杨鹏年.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤微生物多样性对长期封育的响应杨鹏年1，李希来1，2*，李成一1，段成伟1(1 青海大学农牧学院，西宁810016;2 青海大学高原生态与农业国家重点实验室，西宁810016)摘要:为了明确黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤细菌和真菌群落对长期封育的响应特征，通过对土壤理化性质分析和高通量测序技术，对 1 年期(E1)、短期(E4)和长期(E10)围栏封育下土壤 pH、含水量、养分和微生物群落组成及多样性进行分析 结果表明，E1 封育显著降低土壤 pH，而长短期封育均显著提高土壤 pH，长期封育能显著提高土壤含水量和全氮含量，短期封育能显著提高土壤速效磷含量 长期封育能显著提高细菌变形菌门(Proteobacteria)和真菌子囊菌门(Ascomycota)相对丰度，短期封育能显著提高细菌酸杆菌门(Acidobacteriota)相对丰度，但长短期封育均使真菌担子菌门(Basidiomycota)相对丰度下降;随着封育年限的延长，细菌的 Chao1 和 Shannon 多样性指数呈增加趋势，长短期封育无显著差异，真菌的 Chao1 指数逐渐增加，Shannon 多样性指数先增加后减小，长短期封育无显著差异 冗余分析(DA)表明，围栏封育主要通过改变土壤 pH 和含水量来改变微生物群落组成和结构 因此，E4 短期封育能明显改善斑块化退化高寒草甸的土壤理化性质和微生物多样性，无需进行长期封育，否则会造成草地资源浪费、生物多样性减少、限制野生动物活动等诸多不利影响关键词:斑块化退化;高寒草甸;围栏封育;土壤理化性质;微生物多样性中图分类号:X172文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2293-11DOI:1013227/j hjkx202205269收稿日期:2022-05-24;修订日期:2022-07-09基金项目:国家自然科学联合基金项目(U21A20191);青海省自然科学基金创新团队项目(2020-ZJ-904);高等学校学科创新引智计划项目(D18013);青海省科技创新创业团队项目作者简介:杨鹏年(1995 )，男，博士研究生，主要研究方向为高寒生态恢复和环境保护，E-mail:1057672418 qq com*通信作者，E-mail:xilai-li163 comesponse of Soil Microbial Diversity to Long-term Enclosure in Degraded Patches ofAlpine Meadow in the Source Zone of the Yellow iverYANG Peng-nian1，LI Xi-lai1，2*，LI Cheng-yi1，DUAN Cheng-wei1(1 College of Agriculture and Animal Husbandry，Qinghai University，Xining 810016，China;2 State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture，QinghaiUniversity，Xining 810016，China)Abstract:The soil pH，water content，nutrients，and microbial community composition and diversity among one-year term(E1)，short-term(E4)，and long-term(E10)enclosures were analyzed for understanding the response of soil bacterial and fungal communities to long-term enclosure in degraded patches of alpine meadow in the source zoneof the Yellow iver，through determining the soil physicochemical properties and microbial diversity using high-throughput sequencing technology The results showed that theE1 enclosure significantly decreased soil pH，whereas long-term and short-term enclosures increased soil pH The long-term enclosure could significantly increase soil watercontent and total nitrogen content，and the short-term enclosure could significantly increase available phosphorus content The long-term enclosure could significantly increasethe bacterial Proteobacteria The short-term enclosure could significantly increase the abundance of the bacteria Acidobacteriota However，the abundance of the fungusBasidiomycota decreased in both long-term and short-term enclosures With the extension of enclosure years，the Chao1 index and Shannon diversity index of bacteria showedan increasing trend，but there was no significant difference between long-term and short-term enclosures The Chao1 index of fungi gradually increased，and the Shannondiversity index first increased and then decreased，but there was no significant difference between long-term and short-term enclosures edundancy analysis indicated thatenclosure altered microbial community composition and structure mainly by changing soil pH and water content Therefore，the E4 short-term enclosure could significantlyimprove the soil physicochemical properties and microbial diversity at the degraded patches of alpine meadow The long-term enclosure is not necessary and will lead to thewaste of grassland resources，reduction in biodiversity，and restriction of wildlife activitiesKey words:degraded patches;alpine meadow;enclosure;soil physicochemical properties;microbial diversity黄河源区是青藏高原的重要组成部分，是中国重要的生态腹地，具有重要的生态功能和经济价值1 但由于气候变化和过度放牧等不利条件的干扰，黄河源区高寒草甸生态系统出现了不同程度的退化2，导致鼠害频发，使其生态功能和经济价值弱化 甚至局部地区因高原鼠兔种群数量大量暴发，草甸层丢失，地表裸漏，造成严重的斑块化退化3 因此，为保护生态安全，实现草地的可持续发展，退化草地的恢复不容忽视 当地政府和牧民采取了一系列修复措施来缓解草地退化 其中，围栏封育是高寒草甸生态修复中最常用的方式之一，具有操作简单、成本低和可推广性强等优势4，5 有研究指出围栏封育能显著增加高寒草甸植被覆盖率和生物量，可有效缓解草地退化6，7 Erfanzadeh 等8 研究表明4 a 围栏能够改善土壤肥力，提高地上生物量，但延长封育年限会使植物多样性减少，养分循环失衡 聂莹莹等9 研究发现，封育 5 a 的草甸群落多样性和丰富度达到峰值，但长期封育后的退化草地应进行环境科学44 卷适度利用来维持其多样性 李润富等10 认为围栏封育能够显著提高高寒草原地上生物量和植被盖度，但土壤理化性质和植物养分却相对稳定 此外，生物学家认为围栏封育会限制野生动物的活动，使野生动物的迁徙和繁衍受阻 由此可见，围栏封育会影响草地生态系统的物质循环和能量流动，进而改变植被健康状况和土壤肥力，但由于围封年限、海拔、气候和封育前草地退化状况的不同，封育对草地恢复的效果还存在很大差异11，且由于围栏对野生动物的影响等，围栏的建设还存在很大的争议 另外，由于黄河源区气候寒冷，封育产生的凋落物不能及时分解，其物质循环和能量流动相对缓慢，有必要将不同封育年限下对高寒草甸的封育效果做进一步研究土壤微生物是土壤最活跃的组分，参与土壤团粒结构的形成和养分循环过程，其多样性可以在一定程度上代表整个生态系统的稳定性12 土壤微生物(特别是细菌和真菌)的群落结构及其复杂程度直接影响整个草地生态系统的结构、功能和演替过程，在土壤肥力评估和生态系统稳定性等方面有着重要作用13 但土壤微生物对环境的变化非常敏感，土壤细菌因种类多、含量大、与植被演替一致性强等特点而被用来表征土壤的健康状况和土壤肥力14，而土壤真菌因对环境胁迫反应迅速常被用来反映陆地生态系统质量15 在连续放牧的草地上，土壤细菌和植物群落是平行演替的，且细菌的演替速度较真菌快16 尹亚丽等17 研究表明，封育能增加土壤细菌的 多样性 李玉洁等18 研究表明，封育 9 a 的草地土壤微生物多样性显著高于放牧草地 但魏亚兰19 研究发现，在高寒草地生态系统中封育与放牧相比，土壤微生物的差异仅表现在丰度水平上，微生物群落结构组成无明显变化 目前，对封育效果的评价多集中在地上地下生物量和土壤理化性质等方面，对不同封育年限下高寒草甸土壤微生物多样性及其和环境因子的关系研究得较少，但这对揭示封育的内在过程具有重要作用 基于此，本文设置不同围封样地(围封 E1、E4 和 E10)，深入研究不同围封年限下黄河源区高寒草甸土壤微生物多样性及其对环境因子的响应，旨在探究围栏封育对黄河源区斑块化退化高寒草甸修复的关键影响因素，并提出围栏封育时间的对策建议1材料与方法1.1研究区概况研究区位于青海省黄南州河南蒙古族自治县，地处青南高原东北缘，是青海省唯一的蒙古族自治县，也是全国有机畜牧业示范县 全县牧业人口3.32 万人，共7 854户，占全县总人口的 96%有蒙古、藏、汉、回和撒拉这 5 个民族，其中蒙古族占90%当地优势畜种有欧拉羊、雪多牦牛和河曲马全县平均海拔3 600 3 800 m，高原大陆性气候特征明显，春秋季短，四季不分明，无绝对无霜期 每年 510 月温暖、多雨，11 月至次年4 月寒冷、干燥，多大风天气 年均气温在 9.2 14.6，年降水量597.1 615.5 mm，土壤类型多为亚高山草甸土河南县草场面积 66.15 万 hm2，可利用草场64.50 万 hm2，不可利用草场1.65 万 hm2 截至 2021年，全县实行黑土滩综合治理和草原有害生物防控，共治理黑土滩 3.06 万 hm2，黑土坡 0.20 万 hm2，草原有害生物防控鼠害防治 95.07 万 hm2，禁牧围栏8.13 万 hm2，划区轮牧围栏 4.67 万 hm2，休牧围栏22.67 万 hm2，退化草原改良 2.73 万 hm2 全县落实禁牧面积 43.56 万 hm2，草畜平衡面积 15.43 万hm2 但在围封草地的后续利用等方面还存在很多问题1.2试验设计本研究利用 2011 年、2017 年和 2020 年 7 月，分别在河南县高寒草甸上围栏封育内地形地貌、植被组成、群落特征和退化程度基本一致的地段作为试验样地，面积均为 300 m 250 m，即 7.50 hm2 截至 2021 年 8 月，各试验样地已封育 10、4 和 1 a，其中10 a 为长期封育(E10)，4 a 为短期封育(E4)，1 a为较短期封育(E1)，G 为自由放牧 各样地位置、海拔及植物群落主要组成见表 11.3样品采集与分析1.3.1土壤样品采集在 4 个试验样地中随机选择6 个50 cm 50 cm的样方，同时避开斑块地 在每个样方中采用 5 点取样法取 0 20 cm 根际土壤样品 5 份混匀，用酒精消毒后的钥匙取混匀土样装满 50 mL 灭菌离心管中，加盖并用锡箔纸包裹后编号，最后放入便携式液氮罐中保存 另用挖掘法，取 0 20 cm 土块的根际土壤样品，每个样方取 500 g，进行土壤含水量的测定，重复 3 次 所获得的综合土样用 2 mm 和 0.25 mm的筛子分离石砾和植物根系，阴干后用以测定土壤pH、有机碳、全量和速效养分1.3.2土壤理化性质测定参照鲍士旦20 的土壤农化分析，进行土壤养分含量的测定 其中，土壤 pH 采用电位法(水 土=2.5 1);土 壤 含 水 量(SOC)采 用 烘 干 法 测 定(105，24 h);土壤有机碳(organic carbon，SOC)含量采用重铬酸钾容量法测定;土壤全氮(total49224 期杨鹏年等:黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤微生物多样性对长期封育的响应表 1各样地位置、海拔和植物群落主要组成Table 1Location，altitude，and main composition of plant community封育年限样地位置海拔高度/m斑块数量斑块密度(面积占比)/%植物群落主要组成G东经 1014606，北纬 3441023 6101 086.4541.64垂穗披碱草、恰草、小嵩草、黄帚橐吾、龙胆、马先蒿、黄花棘豆、葛缕子、秦艽和蒲公英E1东经 1014608，北纬 3441043 610989.5236.41早熟禾、垂穗披碱草、小嵩草、恰草、委陵菜、马先蒿、美丽风毛菊、龙胆和黄帚橐吾E4东经 1014610，北纬 3441063 610536.7118.63垂穗披碱草、早熟禾、恰草、委陵菜、细叶亚菊、黄芪和龙胆E10东经 1012634，北纬 3418363720331.816.67垂穗披碱草、早熟禾、恰草、苔草、鹅绒委陵菜和龙胆1)植物拉丁学名如下，垂穗披碱草:Elymus nutans、恰草:Koeleria cristata L、小嵩草:Kobresia pygmaea、黄帚橐吾:Ligularia virgaurea、龙胆:Gentiana scabra Bunge、马先蒿:Pedicularis sp、黄花棘豆:Oxytropis ochrocephala、葛缕子:Carun buriaticum、秦艽:Gentiana macrophylla、蒲公英:Taraxacum officinalis、鹅绒委陵菜:Potentilla anserina、美丽风毛菊:Saussurea pulchra、早熟禾:Poa spp、细叶亚菊:Ajania tenuifolia 和黄芪:Astragalus sp;G 表示自由放牧(对照)，E1 表示封育 1 a，E4 表示封育 4 a，E10 表示封育 10 a，下同nitrogen，TN)、铵 态 氮(ammoniumnitrogen，NH+4-N)、硝态氮(nitrate nitrogen，NO3-N)、全磷(totalphosphorus，TP)和 速 效 磷(availablephosphorus，AP)利用 AA3 连续流动分析仪(德国，SEAL)测定1.3.3土壤微生物群落的测定委托北京禾诺基因科技有限公司，采用高通量测序分别对土壤细菌 16S rDNA V3+V4 区域，土壤真菌 ITS1 区进行基因序列测定 本研究分析平台为Qiime 平台，测定步骤为:基因组 DNA 提取-基因组DNA 质检-PC 扩增-PC 产物电泳检测-PC 产物纯化-MiSeq 文 库 构 建-MiSeq 文 库 质 检-IlluminaMiSeq 平台上机测序 为研究各样本的物种组成，对所有样本的有效数据(effective tags)，以97%的一致性(identity)进行 OTUs(operational taxonomic units)聚类，然后对 OTUs 的序列进行物种注释1.4数据分析与作图采用 Microsoft Excel 2010 进行原始数据的整理，运用 SPSS 19.0 进行数据统计分析:采用单因素方差分析(P 0.05)检验不同围封年限下土壤理化性质和微生物丰度的差异 Venn 图和物种组成柱状图由 语言工具统计和作图 并使用 Canoco5.0 对微生物、植被和土壤特征进行冗余分析(redundancyanalysis，DA)，并绘图2结果与分析2.1土壤理化性质分析由表 2 可知，E4 处理的土壤 pH 最高，E10 次之，且 E4 和 E10 处理显著高于 G(对照)处理(P 0.05)，E1 处理最低，且显著低于 G 处理(P 0.05);E10 处理的土壤含水量最高，且显著高于G、E1 和 E4 处理(P 0.05);E10 处理的土壤有机碳含量最高，E4 次之，且 E10 和 E4 处理显著高于E1 处理(P 0.05);E10 处理的土壤全氮含量最高，且显著高于 E4 和 G 处理(P 0.05)，E1 次之;E10 处理的土壤全磷含量最高，且显著高于 G 处理(P 0.05)，E1 次之;各处理间的土壤铵态氮含量无显著差异;E4 处理的土壤硝态氮含量最高，且显著高于 E1 和 E10 处理;E4 处理的土壤速效磷含量最高，且显著高于 G、E1 和 E10 处理，E1 和 E10 处理与 G 处理间无显著差异 由此看出，相对于对照G，E1 封育能显著降低土壤 pH，E10 长期封育能显著提高土壤 pH、土壤含水量和全氮含量，E4 短期封育能显著提高土壤 pH 和速效磷含量表 2不同封育年限间土壤理化性质的差异Table 2Differences in soil physical and chemical properties between different enclosure years封育年限pH含水量/%(SOC)/g kg1(TN)/g kg1(TP)/g kg1(NH+4-N)/mg kg1(NO3-N)/mg kg1(AP)/mg kg1G646 0 06c18 91 001b93 38 863ab385 007c067 001b900 0 79a1714 114ab7 12 0 38bE1630 0 06d21 65 002b83 56 952b437 010ab075 003a965 0 93a1478 076b7 05 0 18bE4691 0 06a21 88 001b115 01 060a400 024bc072 001ab917 049a1865 005a951 0 47aE10668 0 03b26 15 001a116 75 10 09a4 66 015a078 003a886 0 26a1495 090b784 0 43b1)同列不同小写字母表示差异显著(P 0.05)，下同2.2微生物群落结构分析2.2.1OTUs 统计分析对图 1(a)进行分析可得，各样地土壤样品中细 菌 共 有 的 OTUs 总 数 为 2 918 个，占 比 为34.64%G、E1、E4 和 E10 所特有的 OTUs 数目依次为 666、753、411 和1 015个，占比分别为5922环境科学44 卷7.91%、8.94%、4.88%和 12.05%围封和对照处理 的 土 壤 细 菌 门 类 多 集 中 于 变 形 菌 门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteriota)相较于对照 G，E4 封育会使土壤细菌中的 OTUs 数量减少，而 E1 和 E10 封育均会使土壤细菌中的OTUs 数量增加图 1不同封育年限下细菌和真菌 OTUs 数量Fig 1Number of bacterial and fungal OTUs under different enclosure years(a)样本间层次聚类分析，(b)样品的群落结构柱状图;显示的是相对丰度 1%以上的物种信息图 2不同封育年限下门水平细菌群落结构组成Fig 2Composition of bacterial community at the phylum level under different enclosure years不同封育年限下，各样地土壤样品中真菌共有的 OTUs 总数为1 215，占比为 17.48%G、E1、E4和 E10 所特有的 OTUs 数目分别为1 091、722、456和1 010个，占比分别为15.70%、10.39%、6.56%和14.53%围封和对照处理的土壤细菌门类多集中于子 囊 菌 门(Ascomycota)和 担 子 菌 门(Basidiomycota)由此看出，E1、E4 和 E10 封育均会使土壤真菌中的 OTUs 数量减少 图 1(b)2.2.2微生物丰度从门水平分析可知，封育和对照处理的土壤细菌组成多样性较高，已鉴定的优势菌门是变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、放线菌门(Actinobacteriota)、厚壁菌门(Firmicutes)和疣微 菌 门(Verrucomicrobiota)，相 对 丰 度 分 别 为20.51%23.41%、11.96%18.06%、6.28%10.77%、2.92%4.57%和 2.90%4.77%不同封育年限下，E10 处理的变形菌门丰度显著高于 G、E1 和 E4 处理(P 0.05)，E4 处理的酸杆菌门丰度显著高于 G、E1 和 E10 处理(P 0.05)图2(b)对各处理门水平所包含的细菌进行聚类分析，然后根据聚类后各处理中的 OTUs 所含序列的丰度制作样本聚类柱状图 门水平聚类分析表明，E4 和 E10聚为一支，G 和 E1 聚为一支，共聚为两支，说明 E4和 E10 封育与 E1 及自由放牧细菌群落在门水平上存在差异性 图 1(a)已 鉴 定 的 真 菌 优 势 门 是 子 囊 菌 门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)和毛霉亚门(Mucoromycota)，相对丰度分别为 50.66%58.83%、7.18%22.10%、4.26%7.67%、0.32%2.25%和 0.12%1.14%不同封育年限下，E10 处理的子囊菌门丰度显著高于 G、E1 和 E4处理(P 0.05)，E10 和 E4 处理的担子菌门丰度显著低于 G 和 E1 处理(P 0.05)图 3(b)对各处69224 期杨鹏年等:黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤微生物多样性对长期封育的响应理门水平所包含的真菌进行聚类分析，然后根据聚类后各处理中的 OUTs 所含序列的相对丰度制作样本聚类柱状图 结果表明，E4 和 E10 聚为一支，G 和E1 聚为一支，共聚为两支，说明 E4 和 E10 封育与E1 及自由放牧真菌群落在门水平上存在差异性 图3(a)图 4不同封育年限下属水平细菌和真菌群落结构组成Fig 4Composition of bacterial and fungal community structures at subordinate level under different enclosure years(a)样本间层次聚类分析，(b)样品的群落结构柱状图，显示的是相对丰度 1%以上的物种信息图 3不同封育年限下门水平真菌群落结构组成Fig 3Composition of fungal community at the phylum level under different enclosure years已鉴定的细菌优势属为 B41、芽孢杆菌属(Bacillus)、假 诺 卡 氏 菌 属(Pseudonocardia)、Candidatus _ Udaeobacter和 慢 生 根 瘤 菌 属(Bradyrhizobium)，相对丰度分别为4.90%8.71%、0.89%2.44%、1.06%3.19%、1.63%3.14%和 1.30%2.63%不同封育年限下，E4 处理的B41 丰度显著高于 G、E1 和 E10 处理(P 0.05)，但 E4 处理的芽孢杆菌属丰度显著低于 G、E1 和E10 处理(P 0.05)，E1 处理的假诺卡氏菌属和Candidatus_Udaeobacter 丰度显著高于 G、E4 和 E10处理(P 0.05)图 4(a)由图 4(b)可 知 已 鉴 定 的 真 菌 优 势 属 为Minutisphaera、蜡 伞 属(Hygrocybe)、帚 枝 霉 属(Sarocladium)、黄胶黏柄菇属(Gliophorus)和古根茎菌属(Archaeorhizomyces)，相对丰度分别为 0.22%7.10%、0.13%6.71%、0.053%6.58%、7922环境科学44 卷0.23%6.84%和 4.69%8.47%不同封育年限下，G 处理的 Minutisphaera 丰度显著高于 E1、E4 和E10 处理(P 0.05)，E1 处理的蜡伞属丰度显著高于 G、E4 和 E10 处理(P 0.05)，G 处理的帚枝霉属和黄胶黏柄菇属丰度显著高于 E1、E4 和 E10 处理(P 0.05)2.3微生物群落多样性分析通过对比细菌 16S 区和真菌 ITS 区 rDNA 的相似性，对不同封育年限下土壤细菌和真菌丰富度及多样性指数进行分析(表 3)不同封育年限土壤细菌和真菌的 Goods coverage 指数为 98.52%99.20%，说明测序能够比较真实地反映土壤样本的微生物群落特征 从整体来看，细菌的丰富度与多样性由高到低依次为:E10 E4 E1 G 随着封育年限的增加，细菌的丰富度和多样性指数逐渐 增 加，E10 和 E4 显 著 高 于 E1 和 G(P 0.05)，但 E10 和 E4 间差异不显著(P 0.05)真菌的丰富度由高到低依次为:E10 E4 E1 G，真菌的多样性由高到低依次为:E4 E10 G E1 随着封育年限的增加，真菌的丰富度指数Chao1 逐渐增加，E10 和 E4 显著高于 E1 和 G(P 0.05)，但 E10 和 E4 差异不显著(P 0.05)，真菌的多样性指数 Shannon 先增加后减小，但 E10 和E4 差异不显著(P 0.05)表 3不同封育年限间微生物多样性指数的差异Table 3Differences in microbial diversity index under different enclosure years菌群处理Chao1 指数观测深度观测物种数Shannon 指数G2 681.19 52.01c0.989 2 0.000 6a2 446.17 44.06b9.24 0.05b细菌E12 831.44 88.85bc0.987 8 0.000 9ab2 513.17 53.85b9.29 0.07bE43 256.53 89.00ab0.985 7 0.000 6ab2 932.33 75.20a9.59 0.04aE103 400.57 295.66a0.985 2 0.002 1b2 897.83 102.72a9.63 0.06aG1 505.26 171.78b0.992 0 0.001 2a1 247.00 103.38b5.85 0.37b真菌E11 621.49 178.72b0.990 3 0.001 3a1216.83 73.55b5.68 0.21bE42 378.08 52.88a0.985 7 0.000 2b1 746.67 60.45a6.99 0.37aE102 395.57 116.08a0.985 5 0.000 1b1 678.83 48.45a6.50 0.25ab2.4土壤理化性质与微生物群落多样性的关系通过冗余分析探究围封土壤微生物优势门、属的多样性和环境因子的相关性可知，围栏封育引起土壤细菌和真菌变化的土壤理化指标存在差异 在门水平上，土壤 pH 和含水量对细菌丰度存在显著影响，其中土壤 pH 与拟杆菌门和酸杆菌门呈正相关关系，与厚壁菌门和放线菌门呈负相关关系，土壤含水量表现出类似的规律 图5(a);土壤 pH 和土壤有机碳对真菌丰度存在显著影响，其中土壤 pH与被孢霉门和隐菌门呈正相关，与担子菌门和捕虫霉门呈负相关，土壤有机碳与隐菌门、壶菌门呈正相关与球囊菌门和子囊菌门呈负相关 图 5(b)在属水平上，土壤 pH 和土壤含水量对细菌丰度存在显著影响，其中土壤 pH 与 B41 和 IS-44 呈正相关关系，与芽孢杆菌属、假诺卡氏菌属、慢生根瘤菌属、单红杆菌属和不动杆菌属呈负相关关系，土壤含水量与土微菌属呈正相关，与慢生根瘤菌属、丝氨酸球菌属呈负相关 图 5(c);土壤有机碳对真菌丰度存在显著影响，有机碳与黄胶黏柄菇属和布氏白粉菌属呈正相关，与木霉属、帚枝霉属、Minutisphaera 和 Entoloma 呈负相关 图5(d)土壤pH 和速效磷显著影响细菌多样性，其中 pH 和速效磷与 Chao1、Simpson、Shannon 和 Observed species指数均为正相关，但 pH 与 Observed species 指数和Shannon 指数相关性较强，速效磷与 Chao1 指数和Observed species 指数相关性较强 图 5(e);土壤速效磷、pH 和含水量显著影响真菌多样性，其中土壤速 效 磷、pH 和 含 水 量 与 Chao1、Simpson、Shannon 和 Observed species 指数均为正相关，但速效磷与 Observed species 指数和 Shannon 指数相关性较强，pH 和含水量与 Chao1 指数和 Observedspecies 指数相关性较强 图 5(f)3讨论3.1土壤理化性质对围封的响应围封通过限制家畜采食、践踏和粪尿回归来影响土壤中水分和养分的固持、转移和再分配过程，进而改变土壤理化性质21 有研究表明，土壤有机质、碱解氮和速效磷含量在0 6 a 的围封年限内逐渐增加22 本研究中，相对于对照 G，E1 围封使土壤 pH 显著降低，E10 长期围封和 E4 短期围封使土壤 pH 显著提高，使其由弱酸性趋于中性，这与程雨婷23 研究土壤 pH 的有效性对封育的响应，随着封育时间的延长出现先增加(pH 降低)后降低(pH 升高)的趋势一致 而 E10 长期围封的土壤 pH 却低于E4 短期围封，这可能是因为长期围封使地上植被凋落物增加，其在土壤中的腐植化过程产生的腐植酸会降低土壤的 pH 长短期围封均能显著提高土壤含89224 期杨鹏年等:黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤微生物多样性对长期封育的响应(a)和(b)分别表示不同封育年限下优势细菌和真菌相对丰度和环境因子 DA 分析，(c)和(d)分别表示不同封育年限下属水平优势细菌和真菌相对丰度和环境因子 DA 分析，(e)和(f)分别表示不同封育年限下细菌和真菌多样性和环境因子 DA 分析;红色箭头表示环境因子，蓝色箭头表示微生物丰度和多样性指数;A1 A10 分别表示 Proteobacteria、unidentified_Bacteria、Acidobacteriota、Actinobacteriota、Actinobacteriota、Firmicutes、Verrucomicrobiota、Bacteroidota、Crenarchaeota 和 Chloroflexi;B1 B10 分别表示 Ascomycota、Basidiomycota、Mortierellomycota、Chytridiomycota、Mucoromycota、Glomeromycota、Olpidiomycota、Aphelidiomycota、Zoopagomycota 和 ozellomycota;C1 C10分别表示 B41、Bacillus、Pseudonocardia、Candidatus_Udaeobacter、Bradyrhizobium、Solirubrobacter、Oryzihumus、Acinetobacter、IS-44 和Pedomicrobium;D1 D10 分 别 表 示 Minutisphaera、Hygrocybe、Sarocladium、Gliophorus、Archaeorhizomyces、Clavulinopsis、Trichoderma、unidentified、Blumeria 和 Entoloma;Obs_spe 表示 Observed species 指数，NH 表示NH+4-N，NO 表示NO3-N图 5土壤理化性质与微生物群落多样性的关系Fig 5elationship between soil physicochemical properties and microbial community diversity9922环境科学44 卷水量，这是因为长期围封增加了植被盖度和枯草层厚度，减少了土壤水分的蒸发 长短期围封均能增加土壤有机碳含量，但与对照自由放牧样地并无显著差异，这是由于青藏高原气候寒冷干燥，植物残体分解速度较慢 长短期围封均能增加土壤全氮和全磷含量，且长期围封较自由放牧样地差异显著，因为封育后极大地限制了家畜采食，增加了地上地下生物量的积累，从而使围封样地氮磷含量提高 短期围封增加了硝态氮和速效磷含量，且显著高于长期围封3.2细菌群落对围封的响应土壤细菌群落是高寒草甸生态系统中影响生物地球化学循环的一个重要组成部分，其多样性和稳定性对高寒草甸生态系统具有重要意义24 有学者对青藏高原围封 7 a 的高山草地研究发现，由于围栏的有效保护，促进了微生境内的生物地化循环，提高了土壤质量25 而围栏引起的养分可利用性的变化会影响微生物群落本身的丰度和组成，同时也会影响植物群落，而且通过植物的生长和生存提供微环境和养分来影响微生物群26 目前，围栏对土壤细菌多样性的影响没有统一的结论 本研究中，已鉴定的优势菌门是变形菌门、酸杆菌门和放线菌门变形菌门是细菌中最大的一门，其中的 变形菌包括光合自养型菌类、植物共生菌(如根瘤菌)和代谢C1 化和物的菌类27，为土壤提供了多样化的能量输入途径;其中的 变形菌包括很多好氧或兼性细菌，其丰度的提高有利于分解土壤中的有