不同养分添加对黄河源区退化高寒湿地土壤微生物碳源利用的影响

doi:10.11686/cyxb2023108

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (2): 138-153.DOI: 10.11686/cyxb2023108

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不同养分添加对黄河源区退化高寒湿地土壤微生物碳源利用的影响

段鹏¹(), 韦鎔宜¹, 王芳萍¹, 姚步青²(), 赵之重¹^,³(), 胡碧霞¹, 宋词²^,⁴, 杨萍²^,⁴, 王婷¹

^1.青海大学，青海西宁 810016
^2.中国科学院西北高原生物研究所，青海西宁 810008
^3.青海理工大学生态与环境科学学院，青海西宁 810016
^4.中国科学院大学，北京 100049

收稿日期:2023-04-06 修回日期:2023-05-12 出版日期:2024-02-20 发布日期:2023-12-12
通讯作者: 姚步青,赵之重
作者简介:qdwjm@126.com
E-mail： bqyao@nwipb.cas.cn
段鹏（1993-），男，河北张家口人，在读博士。 E-mail： 734011925@qq.com
基金资助:
青海省科技厅项目(2020-ZJ-925);国家自然科学基金(32160269)

Effects of adding different nutrients on soil microbial carbon source utilization in degraded alpine wetland in the source region of the Yellow River

Peng DUAN¹(), Rong-yi WEI¹, Fang-ping WANG¹, Bu-qing YAO²(), Zhi-zhong ZHAO¹^,³(), Bi-xia HU¹, Ci SONG²^,⁴, Ping YANG²^,⁴, Ting WANG¹

^1.Qinghai University，Xining 810016，China
^2.Northwest Institute of Plateau Biology，Chinses Academny of Sciences，Xining 810008，China
^3.College of Ecological and Environment Science，Qinghai University of Science and Technology，Xining 810016，China
^4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2023-04-06 Revised:2023-05-12 Online:2024-02-20 Published:2023-12-12
Contact: Bu-qing YAO,Zhi-zhong ZHAO

摘要/Abstract

摘要：

土壤微生物碳源利用能力是退化湿地修复过程中的重要评判指标，但在高寒退化湿地修复过程中，养分添加对土壤微生物碳源利用的影响仍不明确。为探究不同养分添加对黄河源区退化高寒湿地土壤微生物碳源利用能力的影响，本研究对黄河源区退化高寒湿地进行了氮、磷添加和有机掺混肥添加处理，采用常规实验室分析法和Biolog-Eco法，分析了不同养分添加处理对湿地不同退化阶段植被特征、土壤理化性质和土壤微生物碳源利用的影响。结果表明：氮添加可以显著提高中度退化阶段土壤微生物碳源利用能力，磷添加和有机掺混肥添加后退化湿地土壤微生物碳源利用能力没有显著提高。不同养分添加处理可以影响土壤微生物对不同种类碳源的利用能力，其中氮添加和有机掺混肥添加可以提高退化湿地土壤微生物脂类和醇类碳源的利用占比，降低酸类碳源的利用占比。不同养分添加下退化高寒湿地土壤微生物总体碳源利用能力主要取决于土壤微生物对酯类、醇类和胺类碳源的利用。结构方程模型分析显示，退化高寒湿地氮添加和有机掺混肥添加都可以通过提升植被地上生物量促进土壤微生物碳源利用，但有机掺混肥对土壤微生物碳源利用的提升作用受土壤水分含量降低的限制。该结果可为高寒退化湿地修复技术研发和退化高寒湿地修复效果评判提供科学依据。

关键词: 退化高寒湿地, 养分添加, 土壤微生物, 碳源利用

Abstract:

The carbon source utilization capacity of soil microbes is an important evaluation indicator during the restoration of degraded wetlands. However， the effects of nutrient addition on carbon source utilization of soil microbes during the restoration of degraded wetlands remains unclear. The aim of this study， therefore， was to determine the effect of adding different nutrients on the carbon source utilization ability of soil microbes in a degraded alpine wetland. To this end， a field experiment was conducted in degraded alpine wetlands at various stages of degradation in the source region of the Yellow River. Nitrogen， phosphorus， and organic compound fertilizer were added to the soil， and the effects of these treatments on the vegetation characteristics， soil physicochemical properties， and carbon source utilization of soil microbes in wetlands at different stages of degradation were analyzed using conventional laboratory methods and the Biolog-Eco method. The results indicate that nutrient addition significantly improved the overall carbon source utilization ability of soil microbes in moderately degraded alpine wetland. However， the carbon source utilization ability of soil microbes in more heavily degraded wetland was not significantly improved by adding phosphorous or organic compound fertilizer. The addition of different nutrients affected the ability of soil microbes to utilize different carbon sources. In degraded wetland， the addition of nitrogen and organic compound fertilizer significantly increased the proportion of lipid and alcohol carbon sources utilized by microbes， and decreased the proportion of acid carbon sources utilized. After the addition of different nutrients， the overall carbon source utilization ability of soil microbes in the degraded alpine wetlands was mainly influenced by their ability to utilize esters， alcohols， and amino acids. Structural equation modeling showed that the addition of both nitrogen and organic compound fertilizer promoted the carbon source utilization of soil microbes by increasing the aboveground biomass of vegetation in degraded alpine wetland. However， the effect of adding organic compound fertilizer to enhance carbon source utilization by microbes was limited by lower soil moisture contents. These results provide a scientific basis for further research on， and development of， restoration strategies for degraded alpine wetlands and for the evaluation of the extent of restoration.

Key words: degraded alpine wetlands, nutrient addition, soil microbes, carbon source utilization

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Peng DUAN, Rong-yi WEI, Fang-ping WANG, Bu-qing YAO, Zhi-zhong ZHAO, Bi-xia HU, Ci SONG, Ping YANG, Ting WANG. Effects of adding different nutrients on soil microbial carbon source utilization in degraded alpine wetland in the source region of the Yellow River[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(2): 138-153.

图/表 11

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指标 Indicators	退化 Degradation	养分添加 Nutrient addition	退化+养分添加 Degradation+nutrient addition
植被性质Properties of vegetation
盖度Coverage	10.985**	0.649	0.093
地上生物量Aboveground biomass	2.211	1.390	0.226
地下生物量Under ground biomass	25.350***	11.810**	18.480***
土壤性质Properties of soil
全氮Total nitrogen	54.215***	3.659	0.007
全磷Total phosphorus	13.647***	0.187	1.199
有机碳Total organic carbon	2.833	1.176	0.610
含水量Moisture content	259.000***	44.640***	15.260***
pH	3.485	10.614**	0.005
微生物性质Properties of microorganism
颜色平均变化率Average well color development	9.520**	5.551*	2.938

指标 Indicators	退化 Degradation	养分添加 Nutrient addition	退化+养分添加 Degradation+nutrient addition
植被性质Properties of vegetation
盖度Coverage	10.985**	0.649	0.093
地上生物量Aboveground biomass	2.211	1.390	0.226
地下生物量Under ground biomass	25.350***	11.810**	18.480***
土壤性质Properties of soil
全氮Total nitrogen	54.215***	3.659	0.007
全磷Total phosphorus	13.647***	0.187	1.199
有机碳Total organic carbon	2.833	1.176	0.610
含水量Moisture content	259.000***	44.640***	15.260***
pH	3.485	10.614**	0.005
微生物性质Properties of microorganism
颜色平均变化率Average well color development	9.520**	5.551*	2.938

项目 Item	退化梯度 Degraded gradient	处理Treatments
项目 Item	退化梯度 Degraded gradient	对照 Control （CK）	氮添加 Nitrogen addition （N）	磷添加 Phosphorus addition （P）	有机掺混肥添加 Organic mixed fertilizer addition（S）
盖度 Coverage （%）	LD	80.10±0.36Ad	90.57±0.74Ac	94.90±0.56Ab	98.10±0.66Aa
	MD	69.80±0.40Bb	79.60±0.53Ba	50.47±0.45Cd	60.40±0.87Cc
	SD	60.00±0.35Cc	79.77±0.78Ba	80.77±0.75Ba	74.77±0.25Bb
	平均Average	70.78	83.31	75.38	77.76
地上生物量 Aboveground biomass （g·m^-2）	LD	116.00±1.44Ac	174.60±2.20Aa	116.20±0.96Bc	168.36±2.76Ab
	MD	90.00±0.79Bc	148.20±2.29Ca	67.99±2.17Cd	129.31±2.87Bb
	SD	84.00±1.76Bd	169.60±2.12Ba	127.87±2.41Ab	112.00±1.83Cc
	平均Average	96.93	164.13	104.02	136.56
地下生物量 Underground biomass （g·m^-2）	LD	175.85±0.99Aa	110.63±0.64Ad	124.01±0.51Ac	135.58±0.91Bb
	MD	89.33±0.58Bc	100.53±0.67Bb	76.13±0.33Cd	166.48±0.68Aa
	SD	40.03±0.66Cd	96.14±0.60Cb	83.45±0.77Bc	132.13±0.82Ca
	平均Average	101.73	102.43	94.53	144.73

项目 Item	退化梯度 Degraded gradient	处理Treatments
项目 Item	退化梯度 Degraded gradient	对照 Control （CK）	氮添加 Nitrogen addition （N）	磷添加 Phosphorus addition （P）	有机掺混肥添加 Organic mixed fertilizer addition（S）
盖度 Coverage （%）	LD	80.10±0.36Ad	90.57±0.74Ac	94.90±0.56Ab	98.10±0.66Aa
	MD	69.80±0.40Bb	79.60±0.53Ba	50.47±0.45Cd	60.40±0.87Cc
	SD	60.00±0.35Cc	79.77±0.78Ba	80.77±0.75Ba	74.77±0.25Bb
	平均Average	70.78	83.31	75.38	77.76
地上生物量 Aboveground biomass （g·m^-2）	LD	116.00±1.44Ac	174.60±2.20Aa	116.20±0.96Bc	168.36±2.76Ab
	MD	90.00±0.79Bc	148.20±2.29Ca	67.99±2.17Cd	129.31±2.87Bb
	SD	84.00±1.76Bd	169.60±2.12Ba	127.87±2.41Ab	112.00±1.83Cc
	平均Average	96.93	164.13	104.02	136.56
地下生物量 Underground biomass （g·m^-2）	LD	175.85±0.99Aa	110.63±0.64Ad	124.01±0.51Ac	135.58±0.91Bb
	MD	89.33±0.58Bc	100.53±0.67Bb	76.13±0.33Cd	166.48±0.68Aa
	SD	40.03±0.66Cd	96.14±0.60Cb	83.45±0.77Bc	132.13±0.82Ca
	平均Average	101.73	102.43	94.53	144.73

项目 Item	退化梯度 Degraded gradient	处理Treatments
项目 Item	退化梯度 Degraded gradient	对照 Control （CK）	氮添加 Nitrogen addition （N）	磷添加 Phosphorus addition （P）	有机肥掺混肥添加 Organic mixed fertilizer addition（S）
全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	LD	1.43±0.10Abc	1.10±0.07Ac	1.91±0.24Aa	1.63±0.24Aab
	MD	1.12±0.11Ba	1.04±0.08Aab	1.19±0.06Ba	0.86±0.06Bb
	SD	0.62±0.05Cb	0.74±0.07Bab	0.72±0.06Cb	1.07±0.23Ba
	平均Average	1.06	0.96	1.28	1.18
全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	LD	0.44±0.04Ab	1.10±0.10Aa	1.01±0.09Aa	0.55±0.05Ab
	MD	0.46±0.05Aa	0.45±0.05Ba	0.43±0.05Ba	0.46±0.04Aa
	SD	0.34±0.03Ba	0.37±0.04Ba	0.40±0.04Ba	0.39±0.03Ba
	平均Average	0.41	0.64	0.61	0.47
有机碳 Organic carbon （g·kg^-1）	LD	40.36±4.90ABa	39.51±0.19ABa	41.07±4.52Aa	39.55±4.50Aa
	MD	45.12±3.51Aa	43.08±3.24Aa	42.32±4.81Aa	36.60±6.91Aa
	SD	36.27±2.30Ba	36.34±2.69Ba	35.22±4.96Aa	38.56±2.40Aa
	平均Average	40.58	39.65	39.54	38.34
含水量 Moisture content （m3·m^-3）	LD	0.43±0.01Aa	0.37±0.01Ab	0.37±0.01Ab	0.33±0.01Ab
	MD	0.38±0.01Ba	0.31±0.01Bb	0.27±0.01Bc	0.28±0.01Bc
	SD	0.23±0.01Cab	0.24±0.01Cab	0.25±0.02Ba	0.23±0.03Cb
	平均Average	0.40	0.31	0.30	0.28
pH	LD	8.88±0.02Ba	8.77±0.04Aa	8.55±0.12Ab	8.60±0.03Bb
	MD	8.52±0.02Cb	8.94±0.15Aa	8.40±0.06Ab	8.39±0.03Cb
	SD	9.04±0.02Aa	8.97±0.27Aab	8.58±0.19Ab	8.83±0.02Aab
	平均Average	8.81	8.89	8.51	8.61

不同养分添加对黄河源区退化高寒湿地土壤微生物碳源利用的影响

Effects of adding different nutrients on soil microbial carbon source utilization in degraded alpine wetland in the source region of the Yellow River

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图/表 11

参考文献 72

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Metrics

样地 Samples	单糖/糖苷/聚合物类 Carbohydrates		氨基酸类 Amino acids		酯类 Ester		醇类 Alcohol		胺类 Amines/amides		酸类 Acids
样地 Samples	AWCD	P （%）	AWCD	P （%）	AWCD	P （%）	AWCD	P （%）	AWCD	P （%）	AWCD	P （%）
LD	1.10±0.28ab	19.43	0.83±0.12bc	14.64	1.16±0.11a	20.42	0.97±0.05abc	17.12	0.87±0.03abc	15.35	0.74±0.17c	13.04
LD+N	0.28±0.44a	7.67	0.74±0.70a	20.35	1.01±0.91a	27.96	0.66±0.80a	18.24	0.44±0.18a	12.20	0.49±0.54a	13.58
LD+P	0.49±0.20a	16.13	0.51±0.30a	16.73	0.48±0.37a	15.72	0.65±0.30a	21.38	0.52±0.25a	17.05	0.39±0.28a	12.98
LD+S	0.19±0.18c	4.13	0.94±0.11ab	20.11	1.21±0.18a	25.92	0.87±0.03b	18.64	0.67±0.09b	14.31	0.79±0.18b	16.89
MD	0.54±0.06c	12.21	0.98±0.11ab	22.07	1.05±0.05a	23.80	0.66±0.14bc	14.91	0.53±0.20c	11.93	0.67±0.06bc	15.07
MD+N	0.78±0.12b	14.04	1.02±0.13ab	18.35	1.09±0.07a	19.61	0.91±0.12ab	16.39	0.99±0.14ab	17.74	0.77±0.05b	13.86
MD+P	0.05±0.02d	2.50	0.39±0.14b	21.07	0.65±0.10a	34.91	0.34±0.03b	18.25	0.13±0.02cd	7.02	0.30±0.01bc	16.25
MD+S	0.28±0.25c	8.73	0.69±0.11ab	21.57	0.87±0.06a	27.13	0.47±0.11bc	14.71	0.32±0.19c	10.08	0.57±0.12bc	17.78
SD	0.04±0.04d	1.08	0.85±0.12a	23.23	1.00±0.11a	27.37	0.55±0.04bc	15.05	0.52±0.05c	14.33	0.69±0.05b	18.94
SD+N	0.05±0.03d	1.91	0.64±0.23a	24.55	0.62±0.10ab	23.91	0.58±0.04ab	22.12	0.39±0.07bc	14.83	0.33±0.12c	12.68
SD+P	0.20±0.19b	4.03	1.13±0.39a	23.07	1.18±0.48a	24.12	0.85±0.36ab	17.37	0.77±0.36ab	15.75	0.77±0.17ab	15.66
SD+S	0.46±0.04b	14.82	0.34±0.01b	11.11	0.82±0.22a	26.75	0.54±0.07b	17.61	0.41±0.06b	13.48	0.50±0.06b	16.23

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