刈牧、水分和有機(jī)質(zhì)添加對(duì)草地土壤微生物群落的作用在全球氣候變化背景下,我國北方草地有機(jī)質(zhì)輸入和降水量有潛在增加的可能。放牧是我國北方草地生態(tài)系統(tǒng)主要的管理方式之一。土壤微生物(soilmicrobes)是土壤中種類最豐富、數(shù)量最龐大的生物類群,在草地生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分周轉(zhuǎn)、物質(zhì)循環(huán)和土壤物理結(jié)構(gòu)的保持等方面發(fā)揮重要作用。土壤微生物群落同時(shí)受到放牧、有機(jī)質(zhì)輸入和降水量的增加等多重因素干擾將呈現(xiàn)何種變化,各干擾因素之間對(duì)土壤微生物群落存在怎樣的交互作用。目前,尚無針對(duì)這類問題的綜合研究。本研究以盆栽控制實(shí)驗(yàn)的形式開展,選擇松嫩草地優(yōu)勢(shì)種植物羊草(Leymuschinensis)及其常見伴生種全葉馬蘭(Kalimerisintergrifolia)和蒙古蒿(Artemisiamongolica)為實(shí)驗(yàn)材料,在松嫩草地生態(tài)研究站開展為期兩年的三因素控制實(shí)驗(yàn),設(shè)置刈割處理、有機(jī)質(zhì)添加處理和水分梯度處理。通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)和HiSeq2500高通量測(cè)序技術(shù)研究土壤真菌和細(xì)菌數(shù)量、多樣性以及群落組成,探究刈牧、土壤水分和有機(jī)質(zhì)添加對(duì)土壤微生物群落的作用規(guī)律及關(guān)鍵影響因子,揭示其作用途徑,有助于深入了解土壤微生物群落對(duì)多因素干擾的響應(yīng),為預(yù)測(cè)和解釋全球氣候變化條件下我國北方草地土壤微生物群落的潛在變化提供理論依據(jù)。通過研究獲得以下主要結(jié)果和結(jié)論:(1)在本研究的土壤微生物群落中,細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)地位。平均每克干土中細(xì)菌基因拷貝數(shù)為9.98×106個(gè),平均每克干土中真菌基因拷貝數(shù)為3.53×104個(gè),真細(xì)菌拷貝數(shù)之比平均為2.84×10-3。刈割和水分梯度處理及其及交互作用對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量有顯著影響。土壤細(xì)菌數(shù)量隨水分梯度增加顯著升高,與土壤含水量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系;刈割通過提高土壤含水量來增加土壤細(xì)菌數(shù)量,土壤含水量是影響土壤細(xì)菌數(shù)量變化的主要因素。(2)真菌和細(xì)菌的豐富度指數(shù)在實(shí)驗(yàn)處理下變化顯著。刈割降低植物的總生物量進(jìn)而降低真菌的豐富度。刈割和有機(jī)質(zhì)添加及其交互作用對(duì)細(xì)菌豐富度作用顯著。土壤細(xì)菌豐富度指數(shù)與土壤全碳含量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系,但土壤全碳含量在實(shí)驗(yàn)處理下并無顯著性變化,刈割增加細(xì)菌豐富度這一結(jié)果可能由于刈割改變了植物根系分泌的碳素的種類或質(zhì)量,進(jìn)而提高細(xì)菌豐富度。整體來看,有機(jī)質(zhì)添加降低了土壤細(xì)菌豐富度,并且削弱了刈割對(duì)土壤細(xì)菌豐富度的正向作用。(3)水分和刈割對(duì)土壤細(xì)菌群落組成作用顯著,主要是通過影響放線菌門(Actinobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)與疣微菌門(Verrucomicrobia)的相對(duì)豐度實(shí)現(xiàn)的。冗余分析(RDA)的結(jié)果表明,多因子互作實(shí)驗(yàn)處理下,土壤含水量和土壤銨態(tài)氮含量是影響土壤細(xì)菌群落組成的主要環(huán)境因子,其中土壤銨態(tài)氮是最重要的影響因子。(4)水分和刈割對(duì)土壤真菌部分類群的相對(duì)豐度(relativeabundance)有顯著影響。刈割通過提高土壤硝態(tài)氮含量增加了接合菌門(Zygomycota)的相對(duì)豐度。刈割和水分梯度處理及其交互作用對(duì)球囊菌門(Glomeromycota)的相對(duì)豐度影響顯著。球囊菌門的相對(duì)豐度與土壤含水量具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,刈割通過增加土壤含水量來降低球囊菌門的相對(duì)豐度。綜上所述,土壤微生物群落對(duì)模擬動(dòng)物采食以及水分變化響應(yīng)敏感,而添加有機(jī)質(zhì)在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)對(duì)土壤微生物群落沒有顯著影響。土壤水分含量變化直接作用于細(xì)菌數(shù)量,動(dòng)物采食引起土壤含水量變化進(jìn)而影響土壤細(xì)菌數(shù)量。動(dòng)物采食通過降低植物總生物量來影響真菌的豐富度,而動(dòng)物采食和有機(jī)質(zhì)輸入對(duì)土壤細(xì)菌豐富度的交互作用還需進(jìn)一步探究來解釋。本研究證實(shí)了水分和養(yǎng)分對(duì)微生物群落的調(diào)控作用,土壤含水量和土壤銨態(tài)氮含量是土壤細(xì)菌群落組成的主要驅(qū)動(dòng)因子,土壤銨態(tài)氮含量是最重要的影響因素。降水量變化以及動(dòng)物采食通過改變土壤水分和速效氮這一途徑,作用于土壤微生物部分類群進(jìn)而影響土壤微生物的群落組成。土壤細(xì)菌群落對(duì)實(shí)驗(yàn)處理