蘇延桂

(中國科學(xué)院干旱區(qū)生物地理與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011)

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水氮添加對古爾班通古特沙漠土壤細(xì)菌多樣性的影響

蘇延桂

(中國科學(xué)院干旱區(qū)生物地理與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011)

本研究以我國古爾班通古特沙漠東南緣原生梭梭生長區(qū)為研究區(qū)，通過模擬30%的年降雨量增加和5 gN m-2·yr-1的氮沉降，研究土壤微生物生物量和土壤細(xì)菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)對模擬降水增加和氮沉降的響應(yīng).研究結(jié)果表明，模擬降雨增加顯著提高了春季短生植物和春夏一年生植物生長旺季土壤微生物生物量碳和氮，模擬氮沉降對微生物生物量的影響非常微弱，與單獨(dú)模擬降水增加相比較，降水和氮沉降同時(shí)增加對微生物生物量并沒有顯著影響.模擬降水增加和氮沉降對細(xì)菌多樣性的影響因采樣時(shí)段而異.模擬降水增加在春季短生植物和春夏一年生植物生長旺季對細(xì)菌多樣性的影響強(qiáng)度高于冬季和早春融雪期，模擬氮沉降對細(xì)菌多樣性的影響在冬季更為顯著.微生物群落結(jié)構(gòu)在不同采樣時(shí)段表現(xiàn)出明顯的不同，雖然模擬降水增加和氮沉降也影響微生物群落結(jié)構(gòu)，但影響強(qiáng)度不如季節(jié)變化明顯.

PCR-DGGE; 氮沉降; 降雨增加; 微生物群落結(jié)構(gòu); 溫帶荒漠

土壤細(xì)菌是土壤微生物的重要組成部分，它們在土壤發(fā)生和發(fā)育過程中的重要作用不僅表現(xiàn)在對土壤微生物多樣性的維持和貢獻(xiàn)方面，更重要的是，細(xì)菌群落多樣性的變化對土壤主要生態(tài)過程的影響非常深刻[1-2].如異養(yǎng)細(xì)菌對土壤有機(jī)質(zhì)的分解過程和特征的改變影響著土壤有機(jī)碳的儲量和穩(wěn)定性特征[3]；一些具有異形胞細(xì)菌對土壤氮儲量和累積的貢獻(xiàn)[4-5].基于土壤細(xì)菌群落的重要生態(tài)功能，近年來對土壤細(xì)菌多樣性和物種組成的研究已在各類生態(tài)系統(tǒng)開展了大量的研究工作，尤其是利用分子生物學(xué)的手段從微觀尺度上揭示了不同生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)特征[6-7].

現(xiàn)有的模型研究和實(shí)證調(diào)查均表明，我國北方生態(tài)系統(tǒng)正經(jīng)歷著降水增加[8]和氮沉降加劇[9]的雙重環(huán)境影響，大量的野外模擬控制實(shí)驗(yàn)多集中于地上部分對氣候變化的響應(yīng)方式和強(qiáng)度[10-12].然而，土壤微生物作為對氣候變化響應(yīng)較為敏感的一個(gè)類群，卻長期沒有得到應(yīng)有的重視，與地上植物群落的研究相比，對地下微生物的響應(yīng)研究相對匱乏[13-15].

古爾班通古特沙漠是我國最大的固定、半固定沙漠，對該區(qū)域年降雨量的模擬研究發(fā)現(xiàn)，到2030年，該沙漠年降雨增加量將是本世紀(jì)初年降雨量的30%[8]；對氮沉降的多年觀測研究也發(fā)現(xiàn)，由于近些年沙漠周邊綠洲的開發(fā)，大氣氮沉降量已達(dá)到3.6 gNm-2·yr-1[9].前期對古爾班通古特沙漠東南緣水氮添加引起的生態(tài)系統(tǒng)過程相關(guān)參數(shù)的調(diào)查研究表明，水分添加顯著提高了春季短命植物和春夏一年生草本生物量，而氮素添加對草本的影響相當(dāng)有限，并且，在降雨增加的情況下，氮素添加的正效應(yīng)才能得到顯現(xiàn)[16].同時(shí)對碳通量的觀測表明，水分增加對生態(tài)系統(tǒng)凈通量的影響依賴于年降雨量，在降雨量較高的年份，降雨的增加有利于生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的增加，而在干旱年份，水分的增加卻刺激了生態(tài)系統(tǒng)的碳釋放[17].由于植物生物量的改變必然會引起土壤地下碳輸入量的改變，這可能會對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[18]；同時(shí)，考慮到細(xì)菌對水分變化的敏感性[3]，我們假設(shè)水分的增加可能會改變細(xì)菌群落結(jié)構(gòu).氮沉降使得土壤酸化已在很多生態(tài)系統(tǒng)中得到了證明[19]，而pH的改變被認(rèn)為是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)最為關(guān)鍵的環(huán)境因素.我們假設(shè)，氮沉降對土壤微生物群落的影響可能會通過改變土壤pH而實(shí)現(xiàn).

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于古爾班通古特沙漠東南緣 (44°17′ N，87°56′ E，475 m a.s.l).該區(qū)氣候?qū)儆诖箨懶愿珊禋夂颍緡?yán)寒，夏季干熱，春秋溫涼，年平均降水量約為160 mm，其中60%的降雨分布在4～9月，冬季降雨可到30 cm，是該區(qū)域春季短命植物和春夏一年生植物種子萌發(fā)的主要水分來源.年平均氣溫約為6.6 ℃，年平均蒸發(fā)潛力約為1 000 mm.沙丘表面植被覆蓋度可達(dá)15%～50%, 主要灌木為白梭梭(Haloxylonpersicum)和梭梭(Haloxylonammodendron)，草本包括條葉庭薺(Alyssumlinifolium), 齒稃草(Schismusarabicus) , 飄帶萵苣(Lactucaundulate), 尖喙?fàn)脚好?Erodiumoxyrrhynchum), 卷果澀薺(Malcolmiaafricana), 絲葉芥(Leptaleumfilifolium), 漿果豬毛菜(Salsolafoliosa)，粗枝豬毛菜(Salsolasubcrassa) , 角果藜(Ceratocarpusarenarius) 和珍珠豬毛菜(Salsolapasserina)等.沙漠中土壤以固定、半固定的風(fēng)沙土占絕對優(yōu)勢, 固定風(fēng)沙土主要分布于壟間低地及沙壟中下部, 半固定風(fēng)沙土多分布于沙壟中部和中上部.

2　材料與方法

2.1實(shí)驗(yàn)處理和土樣采集

長期樣地建立于2010年，實(shí)驗(yàn)處理開始于2011年初.樣地建設(shè)包括增加降水和增加N素兩個(gè)處理，每個(gè)處理因素包括對照在內(nèi)共三個(gè)水平，N素添加以硝酸銨為原料，三個(gè)水平為無添加，中水平N素添加(2.5 gNm-2·yr-1)和高水平N素添加(5 gNm-2·yr-1).于每年的4月中旬和7月中旬添加，以分別滿足春季短生植物和春夏一年生草本植物的需要.降水添加通過設(shè)置降水轉(zhuǎn)移裝置，將樣地外圍的自然降水匯集，通過滴灌的方式均勻添加至樣方內(nèi).降水添加的三個(gè)水平為：無添加、增加正常降水15%、增加正常降水30%.各因素水平按正交處理，形成9個(gè)處理水平.另外，在每一區(qū)組外，增加正常自然對照.總計(jì)包括10個(gè)處理水平.每個(gè)處理水平設(shè)置6個(gè)重復(fù)，共計(jì)60個(gè)試驗(yàn)小區(qū).區(qū)長10 m，寬10 m，小區(qū)面積為100 m2.小區(qū)間距10 m，區(qū)組間距10 m，四周留歩道各1 m.每組試驗(yàn)區(qū)(不含保護(hù)行)長 120 m，寬30 m，占地0.36 hm2.小區(qū)布設(shè)按區(qū)組設(shè)置，選擇地勢平坦、一致的三個(gè)壟底，作為三個(gè)樣地，每個(gè)樣地中，按照地形因素，設(shè)置兩個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組中隨機(jī)排列10個(gè)處理樣方.在本研究中，我們選擇對照，5 gNm-2·yr-1氮添加，30%降雨增加和5 gNm-2·yr-1氮添加與30%降雨同時(shí)添加四個(gè)處理.

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)明顯的季節(jié)特征，我們分別采集了代表冬季土壤凍結(jié)時(shí)段(11中旬)，早春融雪期間(3月22日)，春季短命植物生長旺季(5月20日)和春夏一年生植物生長旺季(8月15日)的土壤.土壤采集利用土鉆和環(huán)刀在梭梭灌木間采集0～5 cm土壤樣品，每個(gè)樣地采集3個(gè)重復(fù)，將三個(gè)樣品均勻混合，置于滅菌袋中帶回實(shí)驗(yàn)室.在采集過程中，對于不同的樣地，土壤采集前先將酒精噴灑于采樣器表面，點(diǎn)火高溫處理后采集土壤.

在每次土壤采集中測定土壤含水量.在土壤凍結(jié)和早春融雪期，利用環(huán)刀采集0～5 cm土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室將土樣置于105 ℃烘箱中72 h，測定土壤質(zhì)量含水量，結(jié)合土壤容重，計(jì)算土壤體積含水量；在春季短生植物生長旺季和春夏一年生植物生長旺季，利用時(shí)域反射儀測定土壤體積含水量(HH2-Delta T Device moisture meter, UK).土壤速效氮用0.2 mol·L-1KCl提取，采用流動(dòng)分析儀測定(AA3, BRAN-LUEBBE Ltd.,Hamburg,Germany).土壤可溶性有機(jī)碳采用0.5 mol·L-1K2SO4提取后用碳、氮分析儀測定(multi N/C 3100,Jena,Germany).

2.2PCR-DGGE

土壤細(xì)菌總DNA提取采用改良CTAB法.以樣品基因組DNA為模板，采用細(xì)菌通用引物GC-338F(CGCCCGGGGCGCGCCCCGGGGCGGGGCGGGGGCGCGGGGGG CCT ACG GGA GGC AGC AG)和518R(ATT ACC GCG GCT GCT GG)擴(kuò)增樣品16S rDNA高變區(qū)序列.其中，50 μL PCR擴(kuò)增體系為：10×PCR buffer 5 μL；dNTP(2.5 mM)3.2 μL；rTaq(5 U/μL)0.4 μL；GC-338F(20 mM)1 μL；518R(20 mM)1 μL；模板DNA 50 ng；補(bǔ)ddH2O至50 μL.PCR反應(yīng)條件為：94 ℃預(yù)變性5 min，94 ℃變性1 min，55 ℃復(fù)性45 s，72 ℃延伸1 min，30個(gè)循環(huán)，最終72℃延伸10 min.

DGGE電泳：PCR產(chǎn)物采用OMEGA公司DNA Gel Extraction Kit純化回收.PCR儀為Biometra公司生產(chǎn)的T-gradient，凝膠成像儀為Bio-Rad公司的Gel-Doc2000凝膠成像系統(tǒng).取10 μL PCR的產(chǎn)物進(jìn)行變形梯度凝膠電泳(DGGE)分析.采用變性梯度為35%～55%、濃度為8%的聚丙烯酰胺凝膠(化學(xué)變性劑為100%尿素7 mol·L-1和40% (v/v)的丙烯酰胺)在1×TAE緩沖液中150 V 60 ℃下電泳5小時(shí).變形梯度凝膠電泳(DGGE)完畢后、采用銀染法染色.用滅菌的手術(shù)刀切下待回收DGGE條帶，采用OMEGA 公司Poly-Gel DNA Extraction Kit回收目的條帶.以2 μL回收產(chǎn)物為模板，338F/518R為引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增.其中PCR擴(kuò)增體系(50 μL)為：10× PCR buffer 5 μL；dNTP(2.5 mM)3.2 μL；rTaq(5 U/μL)0.4 μL；338F(20 mM)1 μL；518R(20 mM)1 μL；模板DNA 1 μL；補(bǔ)ddH2O至50 μL.PCR擴(kuò)增程序?yàn)樵?4℃預(yù)變性4 min，94 ℃變性30 s，55 ℃復(fù)性30 s，72 ℃延伸30 s，30個(gè)循環(huán)，最后，72 ℃延伸10 min.將重新擴(kuò)增的DNA片段切膠回收、純化后，連接到Pmd18-T載體上，并轉(zhuǎn)化至DH5α感受態(tài)細(xì)胞中，篩選陽性克隆，進(jìn)行序列測定.

2.3數(shù)據(jù)處理

DGGE圖譜分析:采用QuantityOne-1-D軟件(Version 4.5)對DGGE條帶進(jìn)行數(shù)字化分析.DGGE條帶中DNA含量與其灰度(范圍0-255，0為最小值，255為最大值)呈線性關(guān)系，因此，條帶灰度來代替每個(gè)DGGE條帶的擴(kuò)增量(Ni)用于計(jì)算.每個(gè)條帶的相對含量fi為該條帶的灰度值與該列所有條帶灰度平均值的比值.根據(jù)fi值計(jì)算細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)(H′)和均勻度指數(shù)(J).利用R(http://www.r-project.org)中vegan包進(jìn)行排序分析.模擬降水增加和氮沉降對土壤可溶性有機(jī)碳，速效氮和體積含水量的影響利用重復(fù)測定的方差分析(Repeated measures ANOVA).

3　結(jié)果與分析

3.1環(huán)境條件的季節(jié)變化特征

土壤體積含水量，土壤速效氮和土壤可溶性有機(jī)碳在四個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)差異顯著(表1-4，P<0.05).土壤體積含水量在早春融雪階段和冬季較高，而在植物生長旺季相對較低；土壤速效氮和土壤可溶性有機(jī)碳也表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律.在春季短生植物生長旺季和春夏一年生植物生長旺季，模擬降雨增加顯著提高了土壤含水量和土壤可溶性有機(jī)碳；而在冬季和早春融雪期，模擬降雨增加對土壤體積含水量的影響非常有限.模擬氮沉降顯著提高了土壤速效氮，而對土壤體積含水量和可溶性有機(jī)碳含量的影響非常有限.

表1　模擬降水增加和氮沉降在冬季對土壤體積含水量、土壤速效氮和土壤可溶性碳

表2　模擬降水增加和氮沉降在早春融雪期對土壤體積含水量、土壤速效氮和土壤

表3　模擬降水增加和氮沉降在春季短生植物生長旺季對土壤體積含水量、土壤速效氮和

表4　模擬降水增加和氮沉降在春夏一年生植物生長旺季對土壤體積含水量、土壤速效氮和

3.2模擬降水增加和氮沉降對土壤微生物生物量碳、氮的影響

模擬降水增加顯著提高了春季短生植物生長旺季和一年生植物生長旺季土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮(圖1,P<0.05).氮添加對土壤微生物生物量碳和氮的影響非常小，在兩個(gè)觀測季節(jié)，氮添加微弱地提高了微生物生物量氮含量(圖1,P>0.05).與對照相比，模擬降雨增加和氮沉降對微生物生物量碳和微生物生物量氮均有顯著刺激作用(圖1,P<0.05)，然而與單獨(dú)模擬降雨增加的處理相比，并沒有顯著提高土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮(圖1,P>0.05).

在兩個(gè)觀測季節(jié)，土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮在春夏一年生植物生長季顯著高于春季短生植物生長季(圖1).土壤微生物生物量碳在對照區(qū)分別為0.23 gC·kg-1和0.46 gC·kg-1，微生物生物量氮分別為0.02 gN·kg-1和0.04 gN·kg-1.

圖1　模擬降雨增加和氮沉降對微生物生物量碳和氮的影響(不同小寫字母表示處理之間差異顯著)

3.3模擬降水增加和氮沉降對土壤細(xì)菌多樣性的影響

模擬降水增加普遍增加了土壤細(xì)菌香農(nóng)-威爾多樣性指數(shù)和豐富度，相應(yīng)的，降低了土壤細(xì)菌均勻度指數(shù)(圖2).模擬降水增加對細(xì)菌多樣性和豐富度的最強(qiáng)影響作用出現(xiàn)在春季短生植物生長季，分別提高了15.2%和56.5%，最低出現(xiàn)在冬季和早春融雪階段(圖2).與模擬降水不同，模擬氮沉降對土壤細(xì)菌多樣性和豐富度的影響程度在四個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)表現(xiàn)不同.模擬氮沉降對冬季細(xì)菌多樣性和豐富度的分別提高了7.3%和26.7%，而在春季短生植物生長旺季的影響作用最低，分別提高了2.4%和8.6% (圖2).模擬降水和氮沉降同時(shí)增加對土壤細(xì)菌多樣性和豐富度的最大影響出現(xiàn)在春季短生植物和春夏一年生植物生長旺季，對細(xì)菌多樣性和豐富度的提高分別為7.8%～9.8%和23.3%～34.8%(圖2).

在四個(gè)觀測時(shí)段，細(xì)菌多樣性和豐富度指數(shù)表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化(圖2).細(xì)菌香農(nóng)-威爾多樣性指數(shù)在冬季最高(3.33)，而在春季短生植物生長季最低(2.98).相似的，細(xì)菌豐富度指數(shù)在冬季和春夏一年生植物生長旺季最高(30)，在春季短生植物生長旺季和早春融雪期最低(23).

PCA排序表明(圖3)，細(xì)菌群落組成在不同觀測時(shí)段差異明顯，其中，冬季細(xì)菌群落組成明顯不同與其它三個(gè)觀測時(shí)段.除春季短生植物生長旺季外，模擬降雨增加和氮沉降對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的改變非常有限.在早春短生植物生長旺季，模擬降水增加和氮沉降以及二者同時(shí)增加均明顯改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu).在檢測到的53種細(xì)菌中，其中22種屬于變形菌門，9種屬于放線菌門，7種屬于藍(lán)藻門，7種屬于酸桿菌門，4種屬于擬桿菌門.

4　結(jié)論與討論

干旱荒漠區(qū)土壤微生物生態(tài)功能的執(zhí)行在很大程度上取決于水分和呼吸底物的有效性[20-21].本研究發(fā)現(xiàn)，模擬降水增加和氮沉降對土壤微生物生物量的影響不同.模擬降雨增加顯著提高了微生物生物量碳和氮，而模擬氮沉降對微生物生物量碳和微生物生物量氮的影響很有限，這說明，在干旱荒漠區(qū)，微生物的生長首先受限于水分.同時(shí)，研究結(jié)果表明，與單獨(dú)模擬降水增加相比較，模擬降水和氮沉降并沒有產(chǎn)生疊加效應(yīng)，這說明，在降水增加的背景下，氮素可能不會對微生物生長產(chǎn)生抑制作用.

圖2　模擬降水增加和氮沉降在不同采樣時(shí)間點(diǎn)對土壤細(xì)菌香農(nóng)-威爾多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)的影響

干旱、半干旱區(qū)水分增加對土壤微生物生物量的正效應(yīng)在以往的很多研究中得到了證實(shí)[22-23]，其中，較多的研究通過模擬土壤干、濕交替，觀測微生物生物量的變化以闡述土壤水分的效應(yīng)[24-26]，也有部分研究通過在室內(nèi)控制土壤含水量，測定土壤微生物生物量的變化以闡明水分的效應(yīng)[27].然而，很少有研究通過長期的野外控制實(shí)驗(yàn)，闡明水分對土壤微生物生物量變化的作用[22].事實(shí)上，土壤水分的變化會引起其它土壤環(huán)境條件的改變，其中土壤可溶性氮和土壤溫度與水分的協(xié)同變化可能也對土壤微生物生物量的變化產(chǎn)生影響[28-29]，而這一點(diǎn)在室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)中并不能得到很好的檢驗(yàn).同時(shí)，雖然野外的干、濕交替能在一定程度上反映水分改變所引起的土壤其他環(huán)境條件的變化，但是考慮到微生物相對較短的生活史和快速的適應(yīng)特征，持續(xù)幾天到幾個(gè)月的野外模擬實(shí)驗(yàn)可能并不能完全的反映微生物的這些變化.因此，長期的觀測實(shí)驗(yàn)更能夠真實(shí)的反映干旱荒漠區(qū)微生物對降水增加的響應(yīng)特征.

模擬降水增加對細(xì)菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)的影響在四個(gè)觀測時(shí)段表現(xiàn)不同.水分增加對細(xì)菌多樣性的影響在春季短生植物和春夏一年生植物生長旺季更加明顯，而在冬季和早春融雪階段的作用很微弱.土壤含水量在春季短生植物生長旺季和春夏一年生植物生長旺季相對其余兩個(gè)時(shí)段較低，同時(shí)，增加的降水顯著提高了草本層植物生物量，使得土壤可溶性碳的含量顯著增加.土壤水分和可溶性碳對干旱荒漠區(qū)土壤微生物多樣性和生長的影響在很多研究中得到證實(shí)[20-21]，我們的研究進(jìn)一步說明，模擬降水的增加一方面通過水分有效性的提高，另一方面通過提高微生物呼吸底物的含量而對土壤細(xì)菌多樣性產(chǎn)生影響.而在冬季和早春融雪階段，模擬降雨增加對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變非常有限，一個(gè)可能的原因是由于土壤含水量本身相對較高，可達(dá)到8.9%，對于適應(yīng)于干旱環(huán)境的荒漠土壤微生物，模擬降雨增加的土壤含水量(1.5%)對土壤細(xì)菌多樣性的改變可能非常有限；另一個(gè)方面，由于冬季和早春融雪期較低的土壤溫度限制了土壤微生物的生長，使得水分增加對土壤細(xì)菌多樣性的影響程度很有限.

圖3　模擬降水增加和氮沉降對土壤細(xì)菌群落組成的PCA排序分析

與模擬降水增加的效應(yīng)不同，模擬氮沉降對土壤細(xì)菌多樣性的影響在冬季和早春融雪階段更加明顯，而在春季短生植物和春夏一年生植物生長旺季的效應(yīng)相對較弱.土壤速效氮增加對土壤微生物多樣性的影響多集中于討論氮添加對土壤pH的改變方面，在本研究區(qū)，模擬氮沉降對土壤pH的改變非常微小，并且現(xiàn)有的結(jié)論也表明，土壤微生物群落與pH并沒有直接的相關(guān)性[16].此外，以往對土壤氮循環(huán)的相關(guān)研究表明，土壤微生物在冬季固持氮以維持其基本的生理活性[30-32]，在本研究中，氮素添加顯著提高了冬季土壤速效氮含量，速效氮含量的提高可能有利于冬季土壤微生物多樣性的提高，同時(shí)，對土壤細(xì)菌生物量氮的研究將有利于我們認(rèn)識氮沉降對微生物動(dòng)態(tài)的效應(yīng).

[1]Six J, Frey S D, Thiet R K, et al. Bacterial and fungal contributions to carbon sequestration in agroecosystems [J].Soil Science Society of America Journal,2006,70(2):555-569.

[2]林先貴,胡君利.土壤微生物多樣性的科學(xué)內(nèi)涵及其生態(tài)服務(wù)功能[J].土壤學(xué)報(bào),2008,45(5)：892-900.

[3]Fierer N, Schimel J P. Effects of drying-rewetting frequency on soil carbon and nitrogen transformations[J].Soil Biology and Biochemistry,2002,34(6)：777-787.

[4]吳慶標(biāo),王效科,郭然,等.土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性及其影響因素[J].土壤通報(bào),2005,36 (5)：743-747.

[5]Pushkareva E,Pessi I S,Wilmotte A,et al.Cyanobacterial community composition in Arctic soil crusts at different stages of development [J].Fems Microbiology Ecology,2015,91(12):143.

[6]Fierer N,Strickland M S,Liptzin D,et al.Global patterns in belowground communities[J].Ecology Letters,2009,12(11):1 238-1 249.

[7]于水強(qiáng),王文娟,Li B L.環(huán)境DNA技術(shù)在地下生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(15):4 968-4 976.

[8]Liu Y X,Li X, Zhang Q,et al.Simulation of regional temperature and precipitation in the past 50 years and the next 30 years over China[J].Quaternary International,2010,212(1):57-63.

[9]Liu X J,Zhang Y,Han W X,et al.Enhanced nitrogen deposition over China[J].Nature,2013,494(7438):459-462.

[10]孫羽,張濤,田長彥,等.增加降水對荒漠短命植物當(dāng)年牧草生長及群落結(jié)構(gòu)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2009,29(4):1 859-1 868.

[11]張戈麗,徐興良,周才平,等.近30年來呼倫貝爾地區(qū)草地植被變化對氣候變化的響應(yīng)[J].地理學(xué)報(bào),2011,66(1)：47-58.

[12]Gao Q Z,Guo Y Q,Xu H M,et al.Climate change and its impacts on vegetation distribution and net primary productivity of the alpine ecosystem in the Qinghai-Tibetan Plateau [J].Science of the Total Environment,2016,554：34-41.

[13]Bouskill N J,Wood T E,Baran R,et al.Belowground Response to Drought in a Tropical Forest Soil.I.Changes in Microbial Functional Potential and Metabolism[J].Frontiers in Microbiology,2016,7:323.

[14]Fry E L,Manning P,Macdonald C,et al.Shifts in microbial communities do not explain the response of grassland ecosystem function to plant functional composition and rainfall change[J].Soil Biology & Biochemistry,2016,92：199-210.

[15]Li Y M,Lin Q Y,Wang S P,et al.Soil bacterial community responses to warming and grazing in a Tibetan alpine meadow [J].Fems Microbiology Ecology,2016,92(1):152.

[16]Huang G,Cao Y F,Wang B,et al.Effects of nitrogen addition on soil microbes and their implications for soil C emission in the Gurbantunggut Desert,center of the Eurasian Continent [J].Science of the Total Environment,2015,515:215-224.

[17]Huang G,Li Y,Padilla F M.Ephemeral plants mediate responses of ecosystem carbon exchange to increased precipitation in a temperate desert[J].Agricultural and Forest Meteorology,2015,201：141-152.

[18]Gallardo A.Schlesinger W H.Carbon and nitrogen limitations of soil microbial biomass in desert ecosystems[J].Biogeochemistry,1992,18(1):1-17.

[19]Vitousek P M,Aber J D,Howarth R W,et al.Human alteration of the global nitrogen cycle: Sources and consequences[J].Ecological Applications,1997,7(3):737-750.

[20]McIntyre R E S,Adams M A,Ford D J,et al.Rewetting and litter addition influence mineralisation and microbial communities in soils from a semi-arid intermittent stream[J].Soil Biology & Biochemistry,2009,41(1):92-101.

[21]Lagomarsino A,Benedetti A,Marinari S,et al.Soil organic C variability and microbial functions in a Mediterranean agro-forest ecosystem[J].Biology and Fertility of Soils,2011,47(3):283-291.

[22]Bell C W,Tissue D T,Loik M E,et al.Soil microbial and nutrient responses to 7 years of seasonally altered precipitation in a Chihuahuan Desert grassland [J].Global Change Biology,2014,20(5):1 657-1 673.

[23]Aguilera L E,Armas C,Cea A P,et al.Rainfall,microhabitat,and small mammals influence the abundance and distribution of soil microorganisms in a Chilean semi-arid shrubland[J].Journal of Arid Environments,2016,126(3)：37-46.

[24]Mondini C, Contin M,Leita L,et al.Response of microbial biomass to air-drying and rewetting in soils and compost [J]. Geoderma,2002,105(1-2):111-124.

[25]Thion C,Prosser J I.Differential response of nonadapted ammonia-oxidising archaea and bacteria to drying-rewetting stress[J].Fems Microbiology Ecology,2014,90(2):380-389.

[26]賀云龍,齊玉春,董云社,等.干濕交替下草地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸變化的微生物響應(yīng)機(jī)制研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2014,25(11):3 373-3 380.

[27]劉若萱,張麗梅,白刃,等.模擬條件下土壤硝化作用及硝化微生物對不同水分梯度的響應(yīng)[J].土壤學(xué)報(bào),2015,52(2):415-422.

[28]St Clair S B,Sudderth E A,Fischer M L, et al.Soil drying and nitrogen availability modulate carbon and water exchange over a range of annual precipitation totals and grassland vegetation types[J].Global Change Biology,2009,15(12):3 018-3 030.

[29]Reichmann L G,Sala O E,Peters D P C.Water controls on nitrogen transformations and stocks in an arid ecosystem[J].Ecosphere,2013,4 (1):91-97.

[30]Guicharnaud R A,Arnalds O, Paton G I.The effect of season and management practices on soil microbial activities undergoing nitrogen treatments-interpretation from microcosm to field scale[J].Icelandic Agricultural Sciences,2010,23(23):123-134.

[31]Hu X,Wu Y,Yin P,et al.Effects of Snowpack and Litter Decomposition on Nitrogen Dynamics in Soil of the Alpine Zone of the Eastern Tibetan Plateau[J].Polish Journal of Ecology,2013,61(2):297-304.

[32]陶娜,張馨月,曾輝,等.積雪和凍結(jié)土壤系統(tǒng)中的微生物碳排放和碳氮循環(huán)的季節(jié)性特征[J].微生物學(xué)通報(bào),2013,40(1):146-157.

責(zé)任編輯：鄭敬剛

Effects of Water and Nitrogen Addition on Soil Bacteria Diversity in the Gurbantünggut Desert

SU Yan-gui

(KeyLaboratoryofBiogeographyandBioresourceinAridLand,XinjiangInstituteofEcologyandGeography,ChineseAcademyofSciences,Urumqi830011,China)

Selecting protogenesis sacsaoul growing region of the southeastern fringe of the Gurbantünggüt Desert as research area. Simulating a 30% increase in precipitationand 5 gN·m-2·yr-1nitrogen deposition ,the paper studies soil microbial biomass , bacterial community diversity and structure responses to the increase in annual precipitation and nitrogen deposition alone.The result shows simulating precipitation increased soil microbial biomass carbon and nitrogen at the growth peaks of spring ephemerals and spring-summer annuals, while nitrogen deposition at a rate of 5 gN·m-2·yr-1has a weak effect on soil microbial biomass; precipitation addition and nitrogen deposition in combination has similar effects on soil microbial biomass with precipitation addition alone. Precipitation addition and nitrogen deposition effects on bacterial diversity differing with regard to the different sampling time. Precipitation addition had significantly stronger influence at growth peaks of spring ephemerals and spring-summer annuals than that in winter and snowmelting, while nitrogen deposition had stronger effects on bacterial diversity in winter. Soil bacterial community shows large variations with sampling times, although precipitation addition and nitrogen addition also altered bacterial community composition, its effects are much weaker than the sampling duration in this study.

PCR-DGGE; nitrogen deposition; increasing precipitation; soil microbial community structure; temperate desert.

2016-03-25

國家自然科學(xué)基金(41371004)

蘇延桂(1980—)， 女，甘肅蘭州人，副研究員，博士，研究方向：干旱區(qū)土壤碳循環(huán).

1671-9824(2016)05-0102-08

S154.1

A