增溫增雪和放牧對青藏高原高寒草甸土壤細菌群落的影響

摘要：近50年來青藏高原的土壤溫度、水分條件發(fā)生顯著改變。前期許多研究關注了溫度或水分變化對青藏高原微生物群落的影響，對于放牧背景下增溫增水對微生物群落多樣性和組成的耦合影響研究相對較少。本研究在青藏高原納木錯典型高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)展開，采用增溫增雪耦合放牧的原位控制實驗，研究了土壤細菌群落組成、多樣性和功能類群對增溫、增雪和放牧及其交互作用的響應。結(jié)果表明，增溫增雪和放牧及其交互作用對土壤細菌整體的多樣性和組成沒有顯著的影響，增雪放牧顯著影響了細菌群落的豐富度；增溫、增雪和放牧改變了植物種群和微生物部分種群的相對豐度；增溫增雪和放牧都降低了多種細菌功能類群的數(shù)量。在氣候暖濕化的趨勢下，青藏高原細菌多樣性、組成和相對豐度不會在短時間內(nèi)發(fā)生巨大的改變。

關鍵詞：增溫；增雪；放牧；微生物群落；高寒草甸

中圖分類號：S154.3""" 文獻標識碼：A"""" 文章編號：1007-0435（2024）06-1710-09

Combined Effects of Warming，Snow Increase and Grazing on Soil

Microorganisms in Alpine Meadows of the Tibetan Plateau

FAN Yong-shuai1， YANG Zhe1， LIU Si-qi1， SU De-rong1， LI Yao-ming1*， SIQUE Duo-ji2*

（1. Research Center of Grassland Ecology and Resources， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China; 2. Key Laboratory

of Alpine Ecology， Institute of Tibetan Plateau Research， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China）

Abstract：Soil temperature and moisture conditions on the Tibetan Plateau have changed significantly over the past 50 years. Many previous studies have focused on the effects of either temperature or moisture changes on microbial communities on the Tibetan Plateau，and relatively few studies have investigated the combined effects of increased temperature and water on the diversity and composition of microbial communities in the context of grazing. In this study，we investigated the responses of soil bacterial community composition，diversity and functional taxa to warming，snow increase and grazing and their interactions in a typical alpine meadow ecosystem of Namtso on the Tibetan Plateau using an in situ controlled experiment of warming and snow increase coupled with grazing. The results showed that warming，snowing and grazing and their interactions did not significantly affect the overall diversity and composition of soil bacteria;snowing and grazing significantly affected the abundance of bacterial communities;warming，snowing and grazing changed the relative abundance of plant populations and microbial parts of populations;and both warming，snowing and grazing reduced the abundance of a wide range of bacterial functional taxa. Bacterial diversity，composition and relative abundance on the Tibetan Plateau are not likely to change dramatically in a short period of time under a warming and humidifying climate trend.

Key words：Warming;Snow increase;Grazing;Microbial communities;Alpine meadow

草地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性、防風固沙等功能，在陸地生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化如物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量循環(huán)中都發(fā)揮著重要作用［1］。青藏高原海拔高、面積廣，擁有我國最大的天然高寒草甸草原，面積約為 1. 28×106 km2，其中大部分在海拔4 000 m以上［2］，對氣候變化極其敏感［3-4］。近幾十年來，青藏高原的氣溫上升速度約為全球平均變暖速度的3倍，降水量持續(xù)增加［5］，氣候趨于暖濕化。溫度和水分條件的改變直接影響到草地生態(tài)系統(tǒng)的植物群落和土壤環(huán)境［6］。土壤微生物是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是生物地球化學循環(huán)的主要驅(qū)動者，它們在調(diào)節(jié)有機質(zhì)分解和營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)等生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著重要作用［7-9］，有著重要研究意義。氣候條件的改變，也影響到了青藏高原高寒草甸的土壤微生物群落。

溫度是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能的重要環(huán)境因子。易艷蕓等人［10］的研究中表明，土壤細菌的物種多樣性和豐富度都隨土壤溫度的升高而增大；Zhang等在青藏高原高寒草甸3年的增溫實驗中發(fā)現(xiàn)，增溫增加了土壤微生物生物量，并改變了土壤微生物群落組成［11］。但王軍等人的研究表明，短期增溫不會改變土壤微生物群落的生理狀態(tài)和結(jié)構(gòu)［12］。水分也是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能的重要因素［13］，青藏高原的高海拔和高寒氣候條件決定了降水往往以降雪的形式出現(xiàn)。潘曉悅等人的研究發(fā)現(xiàn)，不增溫背景下，青藏高原高寒草甸nirS反硝化基因豐度隨降水的增加而上升［14］。楊陽等人運用高通量測序技術，探究土壤微生物群落特征在不同降水梯度下的變化及其與土壤理化因子的關系，發(fā)現(xiàn)不同梯度的降水處理可以顯著改變青海湖河源濕地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，降低土壤微生物的豐富度［15］。此外，有研究認為降雪可以改變氣候變暖對微生物群落組成的影響［16］。當缺水條件發(fā)生時，氣候變暖會導致微生物種群數(shù)量減少［17］。以植物群落為重點的多因素研究表明，氣候變暖和降雪減少的相互作用導致地上凈初級生產(chǎn)力的減少，從而影響土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)與功能［18］。

當前與氣候變化相關的土壤微生物研究多關注單一的環(huán)境影響因素，而沒有考慮到青藏高原核心的草地利用方式——放牧對微生物結(jié)構(gòu)及功能的影響。在青藏高原氣候暖濕化背景下，放牧將依然是本地區(qū)高寒草地的主要利用方式。家畜通過對植物的選擇性采食、踩踏和糞尿歸還等影響土壤理化性質(zhì)和地上植被特征，從而影響土壤微生物群落［19-21］。有研究結(jié)果顯示，放牧增強了土壤微生物的代謝活性，但對微生物群落結(jié)構(gòu)不存在顯著影響［22］。土壤微生物對氣候變化和放牧的綜合響應機制仍不清楚，需要進一步研究。

對放牧和暖濕化對草地生態(tài)系統(tǒng)的耦合影響的研究將更加有利于認識氣候變化對青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的影響。本研究在位于青藏高原納木錯地區(qū)的高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)中進行，以不增溫不增雪不放牧（C）作為對照，研究增溫（W）、增雪（S）、放牧（G）、增溫增雪（SW）、增溫放牧（WG）、增雪放牧（SG）、增溫增雪放牧（WSG）處理下，高寒草甸微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性的變化及其主要驅(qū)動因素。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于西藏中部念青唐古拉山北坡的納木錯湖附近的典型高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)（30.72°N，91.05°E），海拔約為4 900 m。試驗點2006—2017年測量的年平均氣溫為－0.71℃，冬季（12月1日至2月30日）平均氣溫為－9.59℃，夏季（6月1日至8月30日）平均氣溫為8.43℃，生長期（5月1日至9月30日）平均氣溫為5.93℃，年平均降水量為407 mm，主要集中在6—9月的夏季［23］。實驗點地上植被以高山嵩草（Carex parvula）、紫花針茅（Stipa purpurea）、鵝絨委陵菜（Potentilla anserina）、青藏薹草（Carex moorcroftii）、弱小火絨草（Leontopodium pusillum）為主［24］。

1.2 試驗設計及處理

本研究采用三因子［增溫（W）、增雪（S）、放牧（G）］的實驗設計，全部交叉組合產(chǎn)生8個處理，即不增溫不增雪不放牧（C）、增溫（W）、增雪（S）、放牧（G）、增溫增雪（SW）、增溫放牧（WG）、增雪放牧（SG）、增溫增雪放牧（WSG）。2009年6月在研究點隨機選擇4個試驗區(qū)（①～④，圖1），每個試驗區(qū)內(nèi)布置8個直徑為8 m的圓形觀測樣地，分別隨機對應8個不同的處理，共32個樣地，每個樣地內(nèi)隨機布置5個直徑為1 m的樣方，以此進行增溫與增雪實驗處理（圖1）［23］。

本實驗研究為8個處理，4個重復，5點取樣。在每一個實驗小區(qū)中直徑為8 m的觀測樣地內(nèi)進行實驗處理，對觀測樣地內(nèi)5個直徑為1 m的樣方進行加雪和增溫處理。2009—2015年，每年的4月中旬，從研究地點附近的自然積雪中鏟雪運到實驗地，裝入固定在直徑1 m的樣方的鐵絲籠中，加雪量約相當于1.3 m降雪，增雪厚度用平均水層厚度換算為水量，約為300 mm。增溫實驗使用ITEX （International Tundra Experiment）開放式頂室（OTC）來實現(xiàn)增溫［24］。在每年增加的積雪融化后立即建立OTC，錐形OTC由Sun-Lite HP玻璃纖維（Solar Components Corporation，Manchester，New Hampshire，USA）制成，底部直徑1.5 m，頂部直徑0.75 m，高0.4 m。只在植物生長季節(jié)進行增溫處理，平均生長季空氣溫度（地上10 cm處）增加了1.19℃，平均生長季土壤溫度（10 cm深度）增加了1.82℃。當年的8月末拆除OTC增溫裝置。放牧實驗在直徑8 m圓形樣地內(nèi)進行，圓心處設一木樁，將1頭家畜用繩索系于木樁上，以保證放牧范圍在8 m直徑以內(nèi)，家畜為附近牧民家中處成長期健康狀況的牦牛。2010—2012年和2015年（6月、7月和8月）分三次放牧處理，2014年（7月和8月）分兩次放牧處理，2009年和2013年（7月中旬）分一次放牧處理。在每次放牧期間，用當?shù)啬撩竦年笈Ｔ诿總€放牧樣地上拴上1頭，持續(xù)三天，每天約拴7小時。

1.3 樣品采集

經(jīng)過7年的實驗處理，于2015年9月采集土壤樣品。在每個處理樣方中，使用直徑為5 cm的土鉆采集0～10 cm的土壤樣品，同一觀測樣地5個樣方的土樣混勻，并利用2 mm網(wǎng)格土篩去除明顯的根系和石頭，然后將土樣低溫運輸至實驗室并保存在—80℃冰箱中。

1.4 植物群落特征和土壤理化性質(zhì)分析

在每個樣方中記錄植被種類、密度、豐度和平均高度。10 cm深度的土壤溫濕度利用5 TM土壤溫度和水分傳感器（Decagon Devices，Pullman，Washington，USA）測量。土壤全碳、全氮采用元素分析儀（Elementar Analysensysteme Vario MACRO cube，Germany）測定。

1.5 DNA提取，PCR和DNA測序

土壤總DNA利用Mobio土壤DNA提取試劑盒（PowerSoil DNA Isolation Kit，Carlsbad，CA，USA）進行提取。每份土壤樣品稱取0.5 g后按照試劑盒說明書提取土壤總DNA。提取的DNA利用NanoDrop （Thermo Scientific，Wilmington，MA）進行定量和質(zhì)量分析。16S rRNA 基因文庫和測序數(shù)據(jù)處理均按照EMP 標準方法進行［25-26］。使用引物 515F（GTGYCAGCMGCCGCGGTAA）和 806R（GGACTACNVGGTWTCTAAT）擴增16S rRNA基因V4區(qū)。擴增結(jié)束后利用DNA純化試劑盒AxyPrep DNA Gel Extraction Kit （Axygen Biosciences，Union City，CA，USA）純化獲得的PCR產(chǎn)物，并將純化后的PCR產(chǎn)物送到廣東美格基因科技有限公司（http：//www.magigene.com/）利用Illumina MiSeq PE250平臺進行高通量測序。

1.6 序列分析

測序數(shù)據(jù)處理和多樣性分析都使用QIIME II進行［27］。首先利用DADA2將長度小于200 bp和多于300 bp的序列、質(zhì)量低于20、含有模糊堿基和錯誤引物以及包含嵌合體的序列去掉，然后根據(jù)Barcode信息將序列按照樣品分類，并將序列劃分擴增子序列變體（ASV）［26］。經(jīng)過質(zhì)控后32個樣品合計獲得2 533 601條高質(zhì)量序列，序列數(shù)最少的樣品序列數(shù)為39 900。將所有樣品序列重抽樣至39 900序列數(shù)后進行細菌多樣性計算，包括物種豐富度和香農(nóng)多樣性指數(shù)。最后利用SILVA數(shù)據(jù)庫對ASV進行物種注釋。同時，為了進一步分析與植物顯著相關的功能微生物類群的相應變化，我們利用Li等人建立的功能細菌類群數(shù)據(jù)庫將細菌類群進行了分類［28］。序列提交至NCBI的SRA數(shù)據(jù)庫，序列號為SUB13888270。

1.7 數(shù)據(jù)分析

本研究中所有數(shù)據(jù)利用R語言軟件（3.6.1版本）的“vegan”包［29］和“ARPobservation”包［30］進行。增溫增雪和放牧處理對微生物細菌群落的影響利用三因素方差分析和最小顯著差法（LSD）進行多重比較（P=0.05）。利用Mantel檢驗分析細菌群落組成和土壤理化性質(zhì)的相關性，作出NMDS圖。使用R語言“vegan”包的varpart（）函數(shù)進行方差分解分析（VPA），之后使用plot函數(shù)對結(jié)果進行可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤和植物的影響

不同實驗處理對土壤、植物的顯著性檢驗顯示，單獨增溫、單獨放牧、單獨增雪對土壤有機碳（Total organic carbon，TOC）、全氮（Total nitrogen，TN）、碳氮比（Carbon nitrogen ratio，C/N）、植物群落豐富度和物種密度均無顯著影響，只有增溫放牧處理對植物群落的香農(nóng)多樣性產(chǎn)生了顯著影響（P＜0.05）（表1）。此外，部分處理對某些植物優(yōu)勢物種的種群數(shù)量存在顯著影響，并有明顯的交互作用。比如，相比單獨增雪和單獨放牧，在增雪放牧條件下，紫花針茅的種群數(shù)量發(fā)生顯著變化（P＜0.05）。除紫花針茅外，小嵩草（Kobresia pygmaea）、青藏薹草、堅硬黃耆（Astragalus rigidulus）、墊狀點地梅（Androsace tapete）也都在不同處理下，存在種群數(shù)量顯著變化的情況（表1）。

2.2 不同處理對細菌群落多樣性的影響

由表2可知，各個實驗處理組都沒有對細菌群落的香農(nóng)多樣性和β多樣性產(chǎn)生顯著的影響。增溫、放牧處理降低了物種豐富度，增雪處理提高了物種豐富度，但影響并不顯著。只有增雪放牧的處理組合，對物種豐富度存在顯著性影響，其他處理組合均無顯著性影響。這說明增雪放牧兩種處理對物種豐富度存在交互影響，增溫增雪放牧條件下又不存在顯著變化，說明溫度的增加消除了這種交互作用。

2.3 不同處理對細菌群落組成的影響

通過測序分析，土壤中原核生物共檢測出45個門。該高寒草甸土壤細菌相對豐度由高到低為變形菌門（Proteobacteria 27.2%～30.4%）、放線菌門（Actinobacteria 19.3%～28.4%）、酸桿菌門（Acidobacteria 13.3%～17.5%）、擬桿菌門（Bacteroidetes 4.3%～8.1%）、疣微菌門（Verrucomicrobiota 3.7%～9.5%）、綠彎菌門（Chloroflexi 3.5%～4.6%）、浮霉菌門（Planctomycetota 3.2%～4.2%）、芽單胞菌門（Gemmatimonadota 2.5%～3.5%）、厚壁菌門（Firmicutes 2.0%～4.4%）、藍菌門（Cyanobacteria 0.5%～4.2%）、粘菌門（Myxococcota 1.5%～2.4%）。在門類層別上，不同門類的細菌群落對不同處理的反應不同。以其中占絕對優(yōu)勢的變形菌門為例進行分析，發(fā)現(xiàn)在變形菌門上的豐度表現(xiàn)為：對照＞增溫增雪＞單獨增雪＞增雪放牧＞單獨放牧＞增溫增雪放牧＞增溫放牧＞單獨增溫。

對不同處理對細菌豐度的影響作三因素方差分析和多重比較（圖2）。結(jié)果表明：①只有酸桿菌門和擬桿菌門的相對豐度受到單一增溫和增雪因素的顯著影響。②增溫增雪處理的交互作用影響到最多個數(shù)的菌門，使放線菌門、酸桿菌門、擬桿菌門、綠彎菌門和粘菌門的相對豐度發(fā)生顯著改變，以其中相對豐度最高的放線菌門為例，相比于單獨增溫和單獨增雪，增溫增雪處理使放線菌門的相對豐度分別顯著增加了4%和9.1%。③增溫放牧處理顯著影響了疣微菌門的相對豐度，相比于單獨增溫和單獨放牧，疣微菌門的相對豐度分別增加了4.8%和4.7%。④增雪放牧處理顯著影響了擬桿菌門的相對豐度，相比于單獨增雪和單獨放牧，擬桿菌門的相對豐度分別增加了1.3%和1.1%。⑤增溫增雪放牧處理僅顯著影響到了粘菌門的相對豐度。

2.4 不同處理對細菌功能類群的影響

功能注釋結(jié)果表明該細菌群落的主要功能與以下方面相關：有益于植物（Plant beneficial，PB），有害于植物（Plant harmful，PH），植物生長促進（Plant growth promoting，PGP），生物防治（Bio control，BC），植物病原體（Plant pathogen，PP），抗壓力（Stress resistance，SR），固氮能力（Nitrogen fixation，NF），植物生長素（IAA），乙烯合成物質(zhì)（ACC），鐵離子結(jié)合載體（Siderophores，Si），磷增溶（P solubilization，PS），鉀增溶（K solubilization，KS），耐光暈性（Halo tolerant，HT）等。其中植物生長促進型和有益植物型是該高寒草甸的主要細菌功能類群。研究不同處理對細菌功能類群的影響（圖3），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①在不進行實驗處理的情況下，各個細菌功能類群的數(shù)量最高。進行處理之后，每種細菌功能類群的數(shù)量都顯著降低。②增溫放牧處理間的交互作用對固氮型功能微生物的數(shù)量產(chǎn)生顯著影響，相比于單獨增溫和單獨放牧，增溫放牧條件下，細菌數(shù)量分別顯著增加了3 757和7 172。③增溫增雪加放牧處理的交互作用影響到了最多的細菌功能類群，使有益植物型細菌數(shù)量顯著降低了5 797，有害植物型顯著降低了3 202，植物生長促進型顯著降低了9 292，生物防治型顯著降低了4 514，固氮型顯著降低了7 334，植物生長素相關型顯著降低了8 712，乙烯合成物質(zhì)相關型顯著降低了7 434，鐵離子結(jié)合載體型顯著降低了7 526，磷增溶型顯著降低了5 291。值得注意的是，雖然各個細菌功能類群的數(shù)量都有所下降，但是有利于植物生長的細菌功能類群所占比例得到提升。

2.5 細菌群落組成的變化與環(huán)境變量的關系

選取TOC，TN，C/N作為3個土壤化學變量，土壤溫度（Soil temperature，ST）和土壤濕度（Soil moisture，SM）作為2個土壤物理變量，植物豐富度和物種密度作為2個植物變量，來闡明環(huán)境變量和細菌群落之間的關系（表3）。植物群落豐富度對細菌群落的組成存在顯著影響（P＜0.05）；土壤C，N濃度、C/N、植物物種密度對細菌群落組成不存在顯著影響，土壤的溫度與濕度對細菌群落的多樣性也不存在顯著影響。通過Mantel檢驗研究環(huán)境變量與細菌群落組成之間的相關性，對不同處理組的門水平細菌進行非度量多維尺度分析（Non-metric multidimensional scaling，NMDS）（圖4），stress值小于0.2，說明可接受度較高。分析發(fā)現(xiàn)不同處理水平下土壤樣品細菌群落組成差異不顯著，這也得到了Mantel檢驗的支持，增溫和增雪放牧的樣品聚集在一起，說明這兩個樣品的細菌群落結(jié)構(gòu)組成較為相似。

進一步對細菌群落進行方差分解分析（VPA分析）（圖5），研究植物和土壤環(huán)境對其的方差變異貢獻度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)植物群落的變化是細菌群落變異的重要解釋因子，可以解釋細菌群落13.2%的變異，土壤化學變量和土壤溫濕度分別貢獻了2.2%和3.2%的變異。同時方差分解分析也發(fā)現(xiàn)有79%的變異不能被所測的植物和土壤理化性質(zhì)解釋。

3 討論

土壤微生物多樣性是評價土壤質(zhì)量的一個重要指標，研究土壤微生物功能與多樣性能夠促進土壤的可持續(xù)利用，提高土壤實際應用價值［31-32］。然而，氣候變化研究中的不一致性，特別是在多因素氣候變化壓力的情況下，很難準確了解土壤微生物如何應對氣候變化及其驅(qū)動因素。本文利用增溫增雪和放牧因素，研究變暖、降水以及放牧改變及其交互作用如何影響一個對氣候變化特別敏感的生態(tài)系統(tǒng)中土壤細菌群落的豐度和組成。經(jīng)過5年的處理，細菌的多樣性沒有受到增溫增雪和放牧條件改變的影響。然而，細菌群落結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)是敏感的，該研究觀察到了特定細菌分類群的相對豐度的變化，以及細菌功能類群數(shù)量的改變。

3.1 增溫對微生物群落的影響

增溫對該高寒草甸的細菌組成、功能細菌類群不存在顯著影響，說明增溫對細菌群落多樣性及豐富度的影響不高，與前人研究不符［12，18］，可能是因為增溫年限較少，溫度尚未達到使微生物多樣性變化的高度。有研究表明，變暖引起的土壤和植物特性的變化，可能主要是調(diào)節(jié)土壤微生物對變暖的響應［33］。因此，不同土壤和地上植被特性的生態(tài)系統(tǒng)，土壤微生物對變暖的響應模式可能不同。此外，該草甸的相對干燥程度也可能是該草甸成分抗暖性的原因，變暖導致土壤含水量下降，而放牧可以通過踩踏來限制水分的流失。未來需要進一步研究這種抵抗性的持續(xù)時間，以及細菌群落的變化趨勢。

3.2 增雪對微生物群落的影響

水分是土壤微生物群落的十分重要的環(huán)境因子［13］。本文通過研究發(fā)現(xiàn)，增雪未顯著改變微生物群落的多樣性和功能細菌數(shù)量，門水平細菌相對豐度由高到低為變形菌門、放線菌門、酸桿菌門、擬桿菌門、疣微菌門和綠彎菌門等，絕大部分優(yōu)勢菌群的相對豐度并沒有因為水分條件這一單一因素的改變而發(fā)生顯著的變化，與前人研究一致［34］。水分脅迫通常為土壤微生物群落創(chuàng)造不利的生長條件，并抑制大多數(shù)微生物的活動，這可能導致微生物群落對變暖缺乏響應［14］。有研究表明，在非干旱條件下，溫度降低沒有影響細菌的豐富度和均勻度，而在干旱條件下，變暖增加了細菌的豐富度和均勻度［35］，這說明水分和溫度對微生物群落的影響存在交互作用。

3.3 放牧對微生物群落的影響

放牧活動對土壤和土壤微生物群落有著多種直接和間接影響［20，36］。本研究結(jié)果顯示，放牧對細菌和植物的影響不顯著。牲畜的糞便有利于細菌生長，而過度放牧的草地，植被蓋度劇烈下降，導致土壤濕度和溫度改變，大量的踐踏增大土壤容重，減少土壤透氣性，從而使得土壤微生物生長的環(huán)境變差，多樣性和群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。譚紅妍等在呼倫貝爾草原的研究表明，放牧降低了土壤總磷脂脂肪酸、細菌、革蘭氏陰性細菌、腐生真菌和叢枝菌根真菌含量［37］。鄒雨坤等在呼倫貝爾羊草典型草原的研究發(fā)現(xiàn)，放牧降低了土壤放線菌含量［38］。該實驗研究結(jié)果與前人研究不符，這或許與實驗的放牧強度不夠有關。

3.4 增溫增雪放牧的交互作用

微生物多樣性對草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要的影響，且微生物多樣性指數(shù)可以評價土壤中微生物群落的豐度和均一性，同時可以反映微生物群落的種類組成及功能的變化［39-41］。前人大多研究只關注了溫度或者水分變化對微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性等特征的影響，對于放牧背景下增溫和增水對微生物群落多樣性和組成的耦合影響研究相對較少。本研究中，增溫增雪和放牧之間的交互作用對高寒草甸土壤微生物群落的影響，主要體現(xiàn)在不同菌門相對豐度和功能微生物數(shù)量的變化上。

在菌門的相對豐度方面，有6個菌門對不同實驗處理間的交互存在顯著響應，其中相對豐度較高的放線菌門、酸桿菌門、擬桿菌門和綠彎菌門都對增溫增雪處理產(chǎn)生了響應，這說明增溫增雪的交互作用及其影響要遠遠大于其他的實驗處理。以酸桿菌門為例，單獨增溫和單獨增雪處理分別使其相對豐度增加了4.7%和3.7%，但是在增溫增雪處理下僅增加了0.5%，說明單一因素的改變改善了酸桿菌門的生存條件，使其在環(huán)境中的生存或競爭能力更強，而增溫增雪兩種因素共存顯然減弱了酸桿菌門的生存與競爭能力，這或許是由于酸桿菌門應對兩種環(huán)境條件改變的能力要弱于應對單一環(huán)境條件的改變，從而導致了相對豐度的減少。在自然界中，溫度和水分的改變往往是同時發(fā)生的。因此，在未來的研究中，要更加側(cè)重溫度和水分與微生物群落之間的關系。在加入放牧處理之后，增溫增雪處理對以上4個菌門產(chǎn)生的顯著影響變?yōu)椴伙@著，這說明放牧會一定程度上消除增溫增雪之間的交互作用，使整個群落更加穩(wěn)定。

微生物功能的變化和結(jié)構(gòu)變化密切相關。在細菌功能類群方面，增溫增雪處理顯著降低了功能類群的數(shù)量（P＜0.05），但兩種處理間沒有交互作用。在添加放牧處理之后，有益于植物型、有害于植物型、植物生長促進型、生物防治型、固氮型、植物生長素相關型、乙烯合成物質(zhì)相關型、鐵離子結(jié)合載體型、磷增溶型等9種細菌功能類群的數(shù)量都顯著降低（P＜0.05），說明細菌功能類群數(shù)量對3種處理的綜合響應要比單一菌門相對豐度的變化更加敏感。值得注意的是，雖然各個細菌功能類群的數(shù)量顯著下降，但是有利于植物生長的細菌功能類群所占比例得到了提升，相比于增溫增雪處理，增溫增雪加放牧處理使整個細菌群落的功能向利于植物生長的方向轉(zhuǎn)變，這說明適度的放牧有益于植被的生長。

除細菌群落對增溫增雪和放牧之間的交互作用做出響應之外，植物群落和土壤環(huán)境的變化也與這3種處理存在交互作用，從而影響微生物群落發(fā)生改變。此外，實驗期間的自然降水和氣溫，會造成實驗處理略有偏差，與平均年份的降水和氣溫有差異，從而減弱控制實驗的結(jié)果。實驗處理組合的不同，分別影響著不同門類水平的細菌群落；而不同菌群微生物因自身生長繁殖特性不同，對各種干擾存在不同的響應。該實驗只探討了不同處理對細菌群落結(jié)構(gòu)和功能細菌數(shù)量的影響，接下來的研究也應該考慮不同處理與細菌具體功能之間的關系。

4 結(jié)論

該高寒草甸土壤細菌組成對增溫、增雪和放牧的響應不明顯。放牧和增雪對細菌群落的豐富度存在交互作用，增溫增雪和放牧對細菌組成和多樣性沒有顯著的交互作用，但是對部分優(yōu)勢細菌種群的相對豐度和功能細菌類群的數(shù)量存在顯著的交互作用。本研究結(jié)果表明，在氣候暖濕化的趨勢下，青藏高原細菌群落的組成對于氣候的響應不會在短期內(nèi)發(fā)生巨大的改變。

參考文獻

［1］ ZHAO D，WU S. Vulnerability of natural ecosystem in China under regional climate scenarios：An analysis based on eco-geographical regions［J］. Journal of Geographical Sciences，2014，24（2）：237-248

［2］ 張鐿鋰. 論青藏高原范圍與面積［J］. 地理研究，2002，21（1）：1-8

［3］ 姚檀棟. 青藏高原水-生態(tài)-人類活動考察研究揭示\"亞洲水塔\"的失衡及其各種潛在風險［J］. 科學通報，2019，64（27）：2761-2762

［4］ 胡雪，魏晶晶，馬麗，等. 西藏嵩草草甸植物功能群去除影響群落生物量及土壤理化性質(zhì)［J］. 草地學報，2023，31（11）：3240-3250

［5］ WANG T，YANG D，YANG Y，et al. Unsustainable water supply from thawing permafrost on the Tibetan Plateau in a changing climate［J］. Science Bulletin，2023，68（11）：1105-1108

［6］ 劉明蕊，劉世婷，馬春燕，等. 草地植物和土壤對溫度和降水變化的響應研究進展［J/OL］. 生態(tài)學雜志，https：//kns.cnki.net/kcms/detail/21.1148.Q.20231026.1119.002.html，2023-10-26/2023-12-11

［7］ 付剛，沈振西.放牧改變了藏北高原高寒草甸土壤微生物群落［J］. 草業(yè)學報，2017，26（10）：170-178

［8］ 王啟蘭，曹廣民，王長庭. 高寒草甸不同植被土壤微生物數(shù)量及微生物生物量的特征［J］. 生態(tài)學雜志，2007（7）：1002-1008

［9］ 彭岳林，蔡曉布，薛會英. 退化高寒草原土壤微生物變化特性研究［J］. 西北農(nóng)業(yè)學報，2007（4）：112-115

［10］易艷蕓，張一平，沙麗清，等. 哀牢山亞熱帶常綠闊葉林土壤微生物多樣性對碳輸入變化和增溫的響應［J］. 武夷科學，2023，39（1）：9-22

［11］ZHANG B，CHEN S Y，ZHANG J F，et al. Depth-related responses of soil microbial communities to experimental warming in an alpine meadow on the Qinghai-Tibet Plateau［J］. European Journal of Soil Science，2015，66（3）：496-504

［12］王軍，王冠欽，李飛，等. 短期增溫對紫花針茅草原土壤微生物群落的影響［J］. 植物生態(tài)學報，2018，42（1）：116-125

［13］李儀. 降水減少和施氮對亞熱帶山地山地森林土壤有機碳含量和微生物群落的影響［D］. 武漢：中國科學院大學，2021：29-48

［14］潘曉悅，王曉，郭光霞，等. 增溫與降水變化對青藏高原高寒草甸土壤nirS反硝化菌群落豐度和群落結(jié)構(gòu)的影響［J］. 生態(tài)學報，2017，37（23）：7938-7946

［15］楊陽，陳克龍，章妮，等. 青海湖流域高寒濕地土壤微生物群落對不同降水梯度的響應［J］. 應用與環(huán)境生物學報，2022，28（2）：290-299

［16］劉彥琪. 雪被變化對溫帶典型草地非生長季土壤呼吸以及微生物群落的影響［D］. 天津：天津師范大學，2022：6-12

［17］岳淏偉. 青藏高原高寒草甸土壤微生物對增溫降水的響應機理［D］. 北京：清華大學，2017：58-72

［18］LI Y，LIN Q，WANG S，et al. Soil bacterial community responses to warming and grazing in a Tibetan alpine meadow［J］. FEMS Microbiology Ecology，2016，92（1）：v152

［19］LUO C，XU G，WANG Y，et al. Effects of grazing and experimental warming on DOC concentrations in the soil solution on the Qinghai-Tibet plateau［J］. Soil Biology and Biochemistry，2009，41（12）：2493-2500

［20］YANG Y，WU L，LIN Q，et al. Responses of the functional structure of soil microbial community to livestock grazing in the Tibetan alpine grassland［J］. Global Change Biology，2013，19（2）：637-648

［21］雷蕾，張峰，鄭佳華，等. 放牧強度對短花針茅荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響［J］. 草地學報，2024，32（1）：275-283

［22］陳懂懂，孫大帥，張世虎，等. 放牧對青藏高原東緣高寒草甸土壤微生物特征的影響［J］. 蘭州大學學報（自然科學版），2011，47（1）：73-77

［23］DORJI T，HOPPING K A，WANG S，et al. Grazing and spring snow counteract the effects of warming on an alpine plant community in Tibet through effects on the dominant species［J］. Agricultural and Forest Meteorology，2018，263：188-197

［24］DORJI T，TOTLAND ，MOE S R，et al. Plant functional traits mediate reproductive phenology and success in response to experimental warming and snow addition in Tibet［J］. Global Change Biology，2013，19（2）：459-472

［25］CAPORASO J G，LAUBER C L，WALTERS W A，et al. Ultra-high-throughput microbial community analysis on the Illumina HiSeq and MiSeq platforms［J］. The ISME Journal，2012，6（8）：1621-1624

［26］楊帆，李耀明，方震，等. 冰川凍融對末端高寒草甸真菌群落結(jié)構(gòu)和功能的影響［J］. 中國草地學報，2022，44（5）：91-101

［27］KNIGHT R，CAPORASO J G，KUCZYNSKI J，et al. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data［J］. Nature Methods，2010，7（5）：335-336

［28］LI P，TEDERSOO L，CROWTHER T W，et al. Fossil-fuel-dependent scenarios could lead to a significant decline of global plant-beneficial bacteria abundance in soils by 2100［J］. Nature Food，2023，4（11）：996-1006

［29］DIXON P. VEGAN，a package of R functions for community ecology［J］. Journal of Vegetation Science，2003，14（6）：927-930

［30］PUSTEJOVSKY J E. ARPobservation：Simulating recording procedures for direct observation of behavior，R package version 1.1［EB/OL］. http：//cran.r-project.org/web/packages/ARPobservation，2023-08-05/2023-12-11

［31］姚世庭，蘆光新，鄧曄，等. 模擬增溫對高寒草地土壤原核生物群落組成及多樣性影響［J］. 草地學報，2021，29（S1）：27-34

［32］張曉馥，白雪，張起迪，等. 禁牧對內(nèi)蒙古克氏針茅草原表層土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的影響［J］. 草地學報，2023，31（11）：3376-3383

［33］RINNAN R，MICHELSEN A，BTH E，et al.Fifteen years of climate change manipulations alter soil microbial communities in a subarctic heath ecosystem［J］. Global Change Biology，2007，13（1）：28-39

［34］孫欣. 半干旱草原微生物物種組成和功能基因?qū)邓兓捻憫跠］. 北京：清華大學，2015：75-82

［35］ZHOU J，XUE K，XIE J，et al. Microbial mediation of carbon-cycle feedbacks to climate warming［J］. Nature Climate Change，2012，2（2）：106-110

［36］丁成翔，楊曉霞，董全民. 青藏高原高寒草原放牧方式對植被、土壤及微生物群落的影響［J］. 草地學報，2020，28（1）：159-169

［37］譚紅妍. 不同放牧強度下溫性草甸草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)PLFAs分析［J］. 草業(yè)學報，2015，24（3）：115-121

［38］鄒雨坤，張靜妮，楊殿林，等. 不同利用方式下羊草草原土壤生態(tài)系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)的PLFA分析［J］. 草業(yè)學報，2011，20（4）：27-33

［39］DELGADO-BAQUERIZO M，MAESTRE F T，REICH P B，et al. Microbial diversity drives multifunctionality in terrestrial ecosystems［J］. Nature Communications，2016，7（1）：77-89

［40］VOS M，WOLF A B，JENNINGS S J，et al. Micro-scale determinants of bacterial diversity in soil［J］. FEMS Microbiology Reviews，2013，37（6）：936-954

［41］楊陽，賈麗欣，喬薺瑢，等. 重度放牧對荒漠草原土壤養(yǎng)分及微生物多樣性的影響［J］. 中國草地學報，2019，41（4）：72-79

（責任編輯 閔芝智）