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

doi:10.11686/cyxb2023108

Abstract

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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Figures/Tables 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