Effects of conversion of alpine meadow to cultivated land on the soil microbial community in northwest Sichuan

doi:10.11686/cyxb2024116

Abstract

Abstract:

In the 1960s， extensive tracts of alpine meadows in the Zoige region of northwestern Sichuan were drained and converted into cultivated land， later utilized for cultivating genuine medicinal materials （for example Rheum tanguticum）. This change is significantly impacting soil physicochemical properties and microbial communities. Utilizing Illumina MiSeq sequencing technology， this study compares and analyzes the microbial community characteristics of the Zoige alpine meadows and soils used for R. tanguticum cultivation across soil depths of 0-60 cm. The effects of the land use change on soil physicochemical properties and microbial communities are investigated. Results indicate that the conversion of alpine meadow into cultivated land led to decrease in saturated moisture content， field capacity， and retention water content. The pH and total potassium content of soils used to grow R. tanguticum were significantly higher than meadow soil at several depths， while organic matter content was significantly lower in the 0-20 cm soil layer compared to meadow soil. Alkaline hydrolyzable nitrogen and total nitrogen content only significantly decreased at soil depths of 0-20 cm and 20-40 cm， respectively. Compared with meadow soil， R. tanguticum soil exhibited increased bacterial diversity and decreased fungal diversity. Cultivation of R. tanguticum significantly increased the abundance of Bacillus， reduced beneficial fungi， and increased potentially harmful fungi. Redundancy analysis highlighted available potassium， organic matter， available phosphorus， and total nitrogen as the main nutrient factors influencing soil microbial communities. Co-occurrence network analysis suggested that the conversion of meadow to cultivated land reduced the complexity of soil microbial communities， with bacteria forming more complex co-occurrence networks than fungi. The findings contribute significantly to the advanced understanding of the alterations in soil physicochemical properties and microbial communities following the reclamation of alpine meadows in Northwestern Sichuan， providing scientific data to assist in the formulation of sustainable management practices for R. tanguticum.

Key words: alpine meadows, microbial community, land use change, Rheum tanguticum

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Figures/Tables 10

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处理 Treatment	黏粒含量 Clay content （%）	粉粒含量 Silt content （%）	砂粒含量 Sand content （%）	饱和含水量 θ_s （%）	田间持水量 θ_F （%）	滞留含水量 θ_r （%）	土壤容重 Bulk density （g·cm^-3）	大孔隙度 Macro- porosity
M₂₀	10.59±0.71b	45.32±2.13b	44.09±1.42a	0.86±0.02a	0.60±0.02a	0.36±0.05ab	0.58±0.03c	0.78±0.01a
M₄₀	12.59±0.71b	42.32±2.13b	45.09±2.84a	0.86±0.01a	0.60±0.05a	0.42±0.14a	0.67±0.07bc	0.75±0.03ab
T₂₀	24.89±2.16a	53.29±3.53a	21.82±4.09b	0.58±0.05b	0.34±0.04b	0.29±0.03b	0.94±0.20ab	0.64±0.08bc
T₄₀	24.99±1.61a	53.33±4.59a	21.67±4.26b	0.58±0.04b	0.33±0.03b	0.29±0.03b	0.98±0.13a	0.63±0.05c

处理 Treatment	黏粒含量 Clay content （%）	粉粒含量 Silt content （%）	砂粒含量 Sand content （%）	饱和含水量 θ_s （%）	田间持水量 θ_F （%）	滞留含水量 θ_r （%）	土壤容重 Bulk density （g·cm^-3）	大孔隙度 Macro- porosity
M₂₀	10.59±0.71b	45.32±2.13b	44.09±1.42a	0.86±0.02a	0.60±0.02a	0.36±0.05ab	0.58±0.03c	0.78±0.01a
M₄₀	12.59±0.71b	42.32±2.13b	45.09±2.84a	0.86±0.01a	0.60±0.05a	0.42±0.14a	0.67±0.07bc	0.75±0.03ab
T₂₀	24.89±2.16a	53.29±3.53a	21.82±4.09b	0.58±0.05b	0.34±0.04b	0.29±0.03b	0.94±0.20ab	0.64±0.08bc
T₄₀	24.99±1.61a	53.33±4.59a	21.67±4.26b	0.58±0.04b	0.33±0.03b	0.29±0.03b	0.98±0.13a	0.63±0.05c

处理 Treatment	pH	有机质 SOM （g·kg^-1）	碱解氮 AN （mg·kg^-1）	有效磷 AP （mg·kg^-1）	速效钾 AK （mg·kg^-1）	全磷 TP （mg·kg^-1）	全钾 TK （g·kg^-1）	全氮 TN （g·kg^-1）
M₂₀	6.68±0.12b	52.19±2.93a	184.67±19.86ab	5.40±1.99bc	238.33±63.07a	925±28.93ab	19.46±0.35c	3.87±0.14a
M₄₀	6.77±0.20b	49.21±7.62ab	209.33±31.39a	3.36±1.25c	121.00±42.00bc	846±16.44b	19.50±0.40c	3.13±0.29b
M₆₀	6.80±0.16b	38.28±7.10c	111.67±26.35b	2.03±0.61c	79.00±12.49c	726±83.35c	19.53±0.32c	2.49±0.49c
T₂₀	7.92±0.03a	40.97±4.71bc	166.67±48.23ab	8.20±2.26ab	171.67±9.71b	1013±21.66a	20.77±0.15a	2.96±0.06bc
T₄₀	7.89±0.17a	41.09±2.24bc	130.67±54.78b	10.67±3.75a	140.33±4.51bc	984±35.34a	20.70±0.17a	2.89±0.13bc
T₆₀	7.85±0.24a	39.46±5.28bc	109.67±46.19b	9.17±2.31ab	119.33±13.58bc	982±75.10a	20.13±0.06b	2.76±0.34bc

处理 Treatment	pH	有机质 SOM （g·kg^-1）	碱解氮 AN （mg·kg^-1）	有效磷 AP （mg·kg^-1）	速效钾 AK （mg·kg^-1）	全磷 TP （mg·kg^-1）	全钾 TK （g·kg^-1）	全氮 TN （g·kg^-1）
M₂₀	6.68±0.12b	52.19±2.93a	184.67±19.86ab	5.40±1.99bc	238.33±63.07a	925±28.93ab	19.46±0.35c	3.87±0.14a
M₄₀	6.77±0.20b	49.21±7.62ab	209.33±31.39a	3.36±1.25c	121.00±42.00bc	846±16.44b	19.50±0.40c	3.13±0.29b
M₆₀	6.80±0.16b	38.28±7.10c	111.67±26.35b	2.03±0.61c	79.00±12.49c	726±83.35c	19.53±0.32c	2.49±0.49c
T₂₀	7.92±0.03a	40.97±4.71bc	166.67±48.23ab	8.20±2.26ab	171.67±9.71b	1013±21.66a	20.77±0.15a	2.96±0.06bc
T₄₀	7.89±0.17a	41.09±2.24bc	130.67±54.78b	10.67±3.75a	140.33±4.51bc	984±35.34a	20.70±0.17a	2.89±0.13bc
T₆₀	7.85±0.24a	39.46±5.28bc	109.67±46.19b	9.17±2.31ab	119.33±13.58bc	982±75.10a	20.13±0.06b	2.76±0.34bc

拓扑学性质 Topology properties	细菌Bacteria		真菌Fungi
拓扑学性质 Topology properties	M	T	M	T
边数Edges	860	390	217	147
平均度Average degree	18.901	8.478	5.047	3.267
模块化系数Modularity	0.223	0.504	0.646	0.730
平均聚类系数Average clustering coefficient	0.642	0.516	0.445	0.361
平均路径长度Average path length	2.246	3.804	4.168	6.548