温室栽培导致青藏高原自然裸地土壤剖面酸化、碳固存和细菌群落改变

《Applied Soil Ecology》：Greenhouse cultivation induced soil profile acidification, altered carbon sequestration and bacterial communities in natural barren land: A case study on the Qinghai-Tibet Plateau

本研究揭示了青藏高原温室栽培对0-60 cm土壤剖面的深刻影响。结果表明，14年葡萄栽培（Gg）导致全剖面土壤酸化（pH从7.51降至5.20）和盐渍化（EC提升21.4倍），虽增加表层土壤有机碳（SOC）但深层减少37%。细菌α多样性下降，碳降解（发酵、木聚糖水解）功能基因增强，而氮循环（硝化、反硝化）相关基因受到抑制。研究强调需通过优化施肥管理实现脆弱高原生态系统的可持续利用。

　　

Highlight

温室栽培导致土壤酸化和盐渍化，以及养分有效性和土壤有机碳储量的变化

温室栽培导致0-60 cm土壤剖面发生酸化和盐渍化，这延续了先前关于果蔬连续温室栽培会酸化并盐渍化表层土壤的发现。这些变化很可能归因于大量养分的输入和积累，这一点从整个0-60 cm土壤剖面中磷和钾浓度升高得到证实。此外，温室土壤，特别是Gg处理，显著改变了土壤有机碳（SOC）储量，在表层（0-20和20-40 cm）增加，但在深层（40-60 cm）减少。深层土壤有机碳的消耗可能与可溶性有机碳的淋溶以及微生物对原有顽固性碳的分解增强有关，这在酸性条件下可能被促进。深层土壤有机碳的减少令人担忧，因为它可能削弱土壤作为碳汇的功能，并对全球碳循环产生负面影响。

温室栽培改变了细菌群落结构

温室栽培显著改变了细菌群落结构，其影响遍及整个土壤剖面，这与我们关于温室栽培对细菌群落影响随土壤深度减弱的假设部分一致。在门水平上，Gg和Gvg处理都增加了放线菌门（Actinobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度，但降低了酸杆菌门（Acidobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobiota）的丰度。这些变化与土壤pH值、EC值和养分有效性的改变密切相关。与BL相比，Gg处理降低了细菌群落的α多样性（Chao1和Shannon指数），而Gvg处理仅在中层（20-40 cm）降低了α多样性。细菌群落结构的变化主要受土壤pH值驱动，这与其他研究中pH值是影响土壤细菌群落关键因子的结论一致。

温室栽培改变了碳降解和氮循环相关的细菌功能基因

温室栽培显著改变了与碳（C）降解和氮（N）循环相关的细菌功能基因。与BL相比，Gg处理增强了整个剖面与发酵和木聚糖水解相关的基因，但抑制了与亚硝酸盐氧化和硝化作用相关的基因。Gvg处理也抑制了硝化作用基因，但仅在表层和中层土壤。两种温室处理都降低了整个剖面与反硝化作用相关的基因。这些功能基因的变化与土壤理化性质（如pH值、SOC、有效氮）的改变密切相关。碳降解基因的增强可能与温室土壤中易分解有机碳的输入增加有关，而氮循环基因的抑制可能与土壤酸化和盐渍化对相关微生物的负面影响有关。

Conclusions

将自然裸地（BL）转变为温室栽培显著改变了整个土壤剖面的理化性质、微生物群落结构以及与碳降解和氮循环相关的潜在微生物功能。连续14年的葡萄栽培（Gg）导致深层土壤有机碳（SOC）显著流失和细菌多样性下降，可能促进了与发酵、木聚糖水解和硝酸盐还原相关的细菌群落的繁殖，但抑制了硝化细菌。这些变化主要归因于长期施肥和管理实践。我们的研究结果强调了温室栽培对土壤剖面非生物和生物特性的显著影响，表明改进施肥和管理对于脆弱高原生态系统的可持续利用至关重要。