青藏高原高寒草地土壤反硝化细菌群落的海拔格局及季节动态

青藏高原是中国海拔最高、面Biomaterials based scaffolds积最大的高原,其中高寒草地约占青藏高原总面积的60%以上。反硝化是土壤生态系统氮循环中的一个重要过程,对土壤肥力损失和温室气体N_2O排放有重要影响,而反硝化过程主要由一系列微生物驱动。近年来,土壤反硝化微生物的生物地理学研究备受关注。然而,在高寒气候条件下,土壤反硝化微生物群落多样性和结构的海拔分布格局和季节变化规律尚不清楚。因此,我们在植物生长季的4个月份(2021年6月-9月),分别在海拔3200-4200m的范围内间隔200 m采集6个样点的高寒草地土壤样品,采用基于亚硝酸盐还原酶基因nirK和nirS的扩增子测序和定量PCR技术,系统研究了土壤反硝化细菌群落的海拔分布格局、生长季时间动态及关键影响因素,并分析了反硝化细菌群落的微生物共发生网络(Co-occurrence network),主要结果如下:(1)随海拔升高,土壤反硝化速率和nirS基因丰度呈现先增加后降低的趋势,在海拔3600 m处达到最大值。土壤反硝化速率与土壤总氮、总碳和含水率显著正相关,与p H显著负相关。nirK基因丰度在不同海拔间差异显著,且nirK基因丰度约是nirS基因丰度的22倍。不同海拔反硝化细菌群落的多样性和群落组成具有显著差异,nirK型反硝化细菌PF-07321332配制的α-多样性整体上随着海拔升高呈现先增加后降低趋势,而nirS型反硝化细菌的α-多样性整体上呈现下降趋势。nirK型反硝化细菌的α-多样性与土壤铵态氮显著负相关,而nirS型反硝化细菌的α-多样性与土壤铵态氮显著正相关。反硝化细菌群落结构在不同海拔之间差异显著,海拔3200 m与3600 m处的群落结构差异最大,土壤温度是影响不同海拔反硝化细菌群落β-多样性的主要因素。(2)在生长季不同月份,nirK型反硝化细菌的α-多样性在各海拔有所不同,除海拔3200 m处和3800 m处的α-多样性在不同月份间无显著差异外,其他各海拔的α-多样性在不同月份间均具有显著差异,整体上表现为6月的α-多样性最低。植物地上生物量是驱动nirK型反硝化细菌物种丰富度在生长季发生改变的主要因素。nirS型反硝化细菌的α-多样性仅在部分海拔的不同月份间差异MS-275 MW显著。反硝化细菌群落结构在不同月份差异显著,6月与其他月份的群落结构差异最大,植物地上生物量和土壤含水率是影响反硝化细菌群落结构季节动态的重要因素。(3)海拔梯度和生长季时间变化对反硝化细菌群落共发生网络的影响不同,随着海拔逐渐降低和生长季时间的推移,nirS型反硝化细菌群落共发生网络的节点数、连接数、平均度和自然连通性逐渐增加,在低海拔和9月份的共发生网络最复杂、最稳定,而nirK型反硝化细菌群落的共发生网络在低海拔和7月份最复杂、最稳定。综上所述,我们的结果表明反硝化细菌群落的海拔分布格局和生长季时间动态具有异质性。土壤温度和植物地上生物量是驱动反硝化细菌群落多样性和组成发生变化的重要因素。本研究为理解高寒草地土壤反硝化细菌群落的生物地理分布和时间变化规律提供了科学依据,对评估反硝化过程在青藏高原高寒草地生态系统氮素平衡中的作用具有重要意义。