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CATENA:土地利用方式改变干旱沙区土壤微生物群落结构
作者: 沙坡头站 更新时间: 2021-10-09
       我国干旱区绿洲面积在过去几十年内持续扩张,绿洲边缘的大面积天然荒漠被开垦为农田以满足社会经济发展和人口增加的需求。新开垦的农田在短期内对当地社会经济的稳定与发展和防止沙漠化具有一定的积极作用。然而,水资源的匮乏却无法满足急剧增加的农业灌溉需求,再加上由灌溉等引发的土壤盐渍化问题的加剧,导致一部分新开垦的农田被迫弃耕。因此,在绿洲边缘就形成了以开垦和弃耕为代表的两种截然相反的典型土地利用方式。然而,目前对开垦和弃耕后土壤微生物群落的演变过程和驱动机理尚不清楚。

       中科院沙坡头站研究团队在石羊河流域选择了开垦耕作10年的农田、弃耕2、5和10年的弃耕地,以天然荒漠为对照(图1),利用实时定量PCR(qPCR)和16S rRNA高通量测序(Illumina MiSeq)技术研究了土壤微生物群落特征的演变及其主要驱动因子。

图1 研究区农田、弃耕2年、弃耕5年、弃耕10年和天然荒漠景观

研究发现,沙漠开垦为农田后,细菌和古菌群落的生物量显著增加,二者在弃耕后则逐渐降低(图2);

图2 土壤微生物群落基因丰度

古菌群落的物种丰富度降低,真菌群落则增加,细菌群落的物种丰富度在弃耕后5年内持续增加。开垦和弃耕后的土壤微生物群落结构与天然荒漠均有明显差异,微生物对开垦和弃耕的响应因类群落的不同而异(图3)。

图3 细菌、古菌和真菌群落结构LEfSe分析

土壤湿度、全C、全N、有效P和C、N、P之间的化学计量比驱动了微生物群落的演变,解释了24.4-89.0%的群落结构变异。

       本研究对干旱沙区的农业可持续发展和土地管理具有科学和指导意义。研究成果以Alteration of desert soil microbial communitystructure in response to agricultural reclamation and abandonment为题发表在农林科学领域TOP期刊CATENA(IF=5.198)上。中科院沙坡头站胡宜刚副研究员为论文第一作者和通讯作者,研究得到了国家重点研发计划(2017YFC0504301)和国家自然科学基金(31971749)等项目的共同资助。

全文链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816221005361
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