青藏高原高寒草地土壤微生物量碳氮含量特征及其控制要素

doi:10.11686/cyxb2021161

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (6): 50-60.DOI: 10.11686/cyxb2021161

青藏高原高寒草地土壤微生物量碳氮含量特征及其控制要素

李洋¹^,²(), 王毅²^,³, 韩国栋¹(), 孙建²(), 汪亚峰²

^1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010011
^2.中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统科学国家重点实验室，北京 100101
^3.中山大学生命科学学院，广东广州 510275

收稿日期:2021-04-27 修回日期:2021-06-16 出版日期:2022-06-20 发布日期:2022-05-11
通讯作者: 韩国栋,孙建
作者简介:E-mail： sunjian@itpcas.ac.cn
E-mail： nmghanguodong@163.com，
李洋（1997-），男，甘肃渭源人，在读硕士。E-mail： liyang19970512@163.com
基金资助:
第二次青藏高原综合科学考察研究项目“气候变化与人类活动对生态系统固碳服务的影响”(2019QZKK0307)

Soil microbial biomass carbon and nitrogen levels and their controlling factors in alpine grassland， Qinghai-Tibet Plateau

Yang LI¹^,²(), Yi WANG²^,³, Guo-dong HAN¹(), Jian SUN²(), Ya-feng WANG²

^1.College of Grassland，Resource and Environment，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010011，China
^2.State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System Science （LATPES），Institute of Tibetan Plateau Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China
^3.School of Life Sciences，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，China

Received:2021-04-27 Revised:2021-06-16 Online:2022-06-20 Published:2022-05-11
Contact: Guo-dong HAN,Jian SUN

摘要/Abstract

摘要：

青藏高原是我国重要的生态安全屏障，探究地下微生物驱动土壤生化过程，生物量碳氮含量特征及其控制要素，对高寒生态系统功能维持具有重要意义。本研究通过对青藏高原高寒草甸和高寒草原两种草地类型样带调查和研究，探讨了不同高寒草地生态系统类型土壤微生物量碳（MBC）和土壤微生物量氮（MBN）含量特征及其与气候、植物群落和土壤理化性质的关系。结果表明，高寒草甸比高寒草原具有更高的土壤MBC和MBN含量；生长季降水量（GSP）与两种草地类型的MBC和MBN含量呈显著正相关（P<0.01）；而生长季均温（GST）仅与高寒草原MBN含量呈显著负相关（P<0.01）。结构方程模型显示，在生长季降水量的影响下，土壤全氮是影响高寒草甸土壤MBC和MBN的主导因子，土壤有机碳是影响高寒草原MBC和MBN的主导因子。研究结果可为高寒草地生态系统可持续管理提供理论参考。

关键词: 土壤微生物量碳, 土壤微生物量氮, 高寒草甸, 高寒草原, 青藏高原

Abstract:

The Qinghai-Tibet Plateau is an important geographically isolated and distinctive ecological zone in China. Soil microbes are important drivers of the biogeochemical cycle. Microorganisms are considered the core content of soil biochemical processes. Hence， exploring the content characteristics of soil microbial biomass carbon and nitrogen and their drivers is highly relevant to the understanding of ecosystem function. In this study， a field investigation is conducted in alpine meadows and steppes across the Qinghai-Tibet Plateau. Soil microbial biomass carbon （MBC） and microbial biomass nitrogen （MBN） levels were measured and their relationships with climate， plant community， and soil physicochemical properties were identified. It was found that MBC and MBN contents were higher in alpine meadows than those in alpine steppes. Furthermore， the growing season precipitation （GSP） showed significantly positive correlations with MBC and MBN in both alpine grassland types （P<0.01）， while there were significant negative correlations between the growing season temperature （GST） and MBN in the alpine steppe （P<0.01）. A structural equation model suggested that soil total nitrogen could mediate the MBC and MBN in the alpine meadow， and soil organic carbon may be the key factor of regulating MBC and MBN in the alpine steppe under the influence of growing season precipitation. The findings provide a theoretical framework for the sustainable management of these grassland ecosystems.

Key words: soil microbial biomass carbon, soil microbial biomass nitrogen, alpine meadow, alpine steppe, Qinghai-Tibet Plateau

李洋, 王毅, 韩国栋, 孙建, 汪亚峰. 青藏高原高寒草地土壤微生物量碳氮含量特征及其控制要素[J]. 草业学报, 2022, 31(6): 50-60.

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图/表 6

图1 不同草地类型土壤微生物生物量碳氮含量特征**表示在0.01水平上差异显著。** indicates significant differences at the 0.01 level.

Fig.1 Characteristics of soil microbial biomass carbon and nitrogen of different grassland types

图2 高寒草甸（a）和高寒草原（b）微生物生物量碳氮、气候、群落多样性及土壤理化性质之间的相关性MBC，土壤微生物生物量碳含量；MBN，土壤微生物生物量氮含量；SM，土壤含水量；SBD，土壤容重；BGB，地下生物量；AGB，地上生物量；SAN，土壤速效氮含量；STN，土壤全氮含量；SAP，土壤速效磷含量；STP，土壤全磷含量；SOC，土壤有机碳含量；DOC，土壤可溶性有机碳含量；D，Simpson指数；E，Pielou指数；H′，Shannon-wiener指数。 MBC， microbial biomass carbon； MBN， microbial biomass nitrogen； SM， soil moisture； SBD， soil bulk density； BGB， belowground biomass； AGB， aboveground biomass； SAN， soil available nitrogen； STN， soil total nitrogen； SAP， soil available phosphorus； STP， soil total phosphorus； SOC， soil organic carbon； DOC， dissolved organic carbon； D， Simpson diversity index； E， Pielou’s evenness index； H′， Shannon diversity index.

Fig.2 Correlation among microbial biomass carbon and nitrogen， climate， community diversity and soil physicochemical properties in the alpine meadow （a） and the alpine steppe （b）

图3 ln对数变换数据后土壤微生物量碳、氮与气候因子的关系

Fig.3 The relationship between soil microbial biomass carbon/nitrogen and climate factors after ln transformation

表1 不同草地类型微生物量碳氮与气候因子回归及相关性分析

Table 1 Regression and correlation analysis between microbial biomass carbon and nitrogen and climate factors in different grassland types

草地类型Types	微生物量Microbial index	气候Climate factors	斜率Slope	截距Intercept	R²	P
高寒草甸Alpine meadow	MBC	GSP	1.55	-3.08	0.49	<0.01
	MBC	GST	-0.91	8.02	0.03	0.24
	MBN	GSP	1.36	-3.16	0.50	<0.01
	MBN	GST	-0.44	5.82	0.01	0.51
高寒草原Alpine steppe	MBC	GSP	1.87	-4.91	0.44	<0.01
	MBC	GST	-1.60	8.51	0.06	0.05
	MBN	GSP	1.42	-3.47	0.35	<0.01
	MBN	GST	-2.05	8.56	0.14	<0.01

图4 土壤理化性质和植物群落特征指标主成分分析BGB，地下生物量；AGB，地上生物量；SM，土壤含水量；SBD，土壤容重；SAN，土壤速效氮含量；STN，土壤全氮含量；SAP，土壤速效磷含量；STP，土壤全磷含量；SOC，土壤有机碳含量；DOC，土壤可溶性有机碳含量。a， c分别为高寒草甸和高寒草原群落多样性指标主成分分析；b， d分别为高寒草甸和高寒草原土壤理化性质主成分分析。BGB， belowground biomass； AGB， aboveground biomass； SM， soil moisture； SBD， soil bulk density； SAN， soil available nitrogen； STN， soil total nitrogen； SAP， soil available phosphorus； STP， soil total phosphorus； SOC， soil organic carbon； DOC， dissolved organic carbon. a， c indicate principal component analysis of community diversity indicators in alpine meadow and alpine steppe； b， d indicate principal component analysis of soil physical and chemical properties in alpine meadow and alpine steppe.

Fig.4 Principal component analysis of soil physicochemical properties and plant community characteristics

图5 气候、植物群落和土壤关键因子对不同草地类型土壤微生物量碳（MBC）和氮（MBN）的效应图上表示的均为显著影响的路径（P<0.05），绿色实线表示正效应。GSP，生长季降水量； a，高寒草甸；b，高寒草原。All the paths shown in the figure had significant effects （P<0.05）. The solid green line represents a positive effect. GSP， growing season precipitation； a， alpine meadow； b， alpine steppe.

Fig.5 Effects of climate， plant community and key factors on soil microbial biomass carbon （MBC） and nitrogen （MBN） in different grassland types

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青藏高原高寒草地土壤微生物量碳氮含量特征及其控制要素

Soil microbial biomass carbon and nitrogen levels and their controlling factors in alpine grassland， Qinghai-Tibet Plateau

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图/表 6

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