毛乌素沙地人工林恢复对土壤剖面化学性质和细菌群落的影响

明确贫瘠沙地人工林恢复过程中土壤化学性质和微生物群落的动态变化可为风沙区人工林的健康经营和土壤肥力培育提供理论依据.以毛乌素沙地广泛分布的不同年限樟子松林为研究对象,运用高通量扩增子测序和FAPROTAX功能预测技术,解析沙地人工林恢复过程中土壤剖面(0～100 cm)化学性质和细菌群落的分布格局及其变化特征.结果表明:(1)人工林恢复提高了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量,但降低了土壤有效氮(AN)、有效磷(AP)含量和pH;随土层深度增加,TN含量呈显著下降趋势,而AP含量和pH则相反,TP含量无显著变化.(2)人工林恢复显著改变了变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度,增加了土壤细菌群落基于多度覆盖的物种估计量(ACE指数);随林分发育,细菌群落的垂直空间变异减小.(3)功能预测表明:人工林恢复降低了土壤细菌对有机物质的分解潜力,造林15年后纤维素分解和芳香族化合物降解过程与未造林样点相比分别下降54.65%和72.18%;但增强了氮的固定及反硝化过程,分别增加99.26%和100.5%.(4)冗余分析和相关性分析表明:SOC和pH是影响细菌群落及其潜在生态功能的重要环境因子.综上可知,沙地人工林恢复虽然增加了土壤碳氮磷总量,但人工林恢复至15 年时土壤有效氮磷养分仍显著下降,并显著改变了土壤细菌群落多样性与功能.因此,人为调控措施(如调控凋落物分解与养分释放)对提升干旱和贫瘠生境中沙化土壤养分有效性和微生物多样性与功能具有重要作用,今后在风沙区人工林生态恢复工作中应着重关注林下凋落物的就地留存和腐解.