微生物多样性及外加碳源对土壤碳矿化的影响

发布时间：2020-03-20 17:24

【摘要】：目前,大多数有关生物多样性和保护的研究关注于大型生物的价值和重要性,对微生物的关注较少,但是由于微生物繁殖速率较快,生物量较多,因此微生物在生态系统服务发挥着重要的作用。另一方面,土壤是陆地生态系统的最大碳库,土壤中有机物的碳矿化在全球碳循环中占据着重要的地位,控制着大气的碳平衡,而在碳矿化过程中,涉及了多种土壤微生物的参与。因此,系统地研究土壤微生物多样性对土壤碳矿化的影响是非常有必要的。为了研究微生物多样性对土壤碳代谢特征的影响,将庞泉沟阔叶混交林土壤的悬浮液分别稀释10~(-1)、10~(-3)和10~(-5)倍(D1、D3和D5),并将稀释后的土壤悬浮液接种在灭菌的土样中。预培养六周后,在不同的样本中加入不同的外加碳源(葡萄糖,纤维素,生物质炭),继续培养四周。在此期间,通过碱式滴定法,定量PCR,16S rDNA高通量测序和Biolog ECO板等实验方法测定了不同多样性梯度下土壤碳矿化速率和碳代谢利用模式的变化。结果表明:预培养结束后,不同样本微生物生物量没有显著差异,微生物达到新的平衡,因此微生物生物量对碳矿化的影响可以排除不计。D1处理的碳源代谢强度、平均孔颜色变化率(AWCD)和功能多样性指数(Shannon、McIntosh和丰富度指数)均显著高于D5处理。且相关分析表明,功能多样性与碳源代谢强度和AWCD呈显著正相关。同时,主成分分析(PCA)和单因素方差分析也发现不同样本的微生物群落的碳源利用模式也存在差异。对预培养结束后的土壤进行16S rDNA高通量测序,发现不同样本中虽然微生物生物量相似,但是,除ACE外,D1样本中的微生物群落的物种多样性指数均高于D3和D5处理,且D1和D5处理有显著差异,相关分析也表明,物种多样性与碳源代谢强度也呈显著正相关。因此,微生物多样性的降低确实影响了土壤微生物群落的碳源代谢强度和碳源利用模式,导致陆地生态系统的功能发生改变。预培养结束后,加入不同的外加碳源,培养28天后,发现在相同的稀释梯度下,加入不同的碳源后,不同样本的碳源利用模式均有显著差异,同样,在相同的碳源下,不同稀释梯度的碳源利用模式也均有显著差异。总的来说,微生物的多样性和外加碳源共同影响了土壤的碳矿化。因此,土壤微生物物种多样性对森林生态系统功能有着极其重要的作用,应在森林抚育和管理中重视土壤微生物群落的主要性。
【图文】：

土壤微生物群落,主成分分析,碳源

图 2.4 不同处理土壤微生物群落代谢主成分分析rincipal component analysis for carbon utilization of soil microbial community in diftreatments相对有效利用率与稀释梯度和碳源类型有关（图 2.5），碳水化合物类酸类的有效利用率较高（范围 15.14 %~29.56 %），相反，其他类型碳利用率较低（范围 4.35%~9.79%）。D1 与 D5 碳水化合物和氨基酸类相有显著差异（P < 0.05）。图 2.6）显示不同处理土壤微生物群落对 31 种碳源的利用情况存在差率低则说明微生物对其利用需求减少，高利用率说明微生物对其需求处理土壤微生物群落高利用率碳源数（碳源利用率 > 0.04）显著差异。处理高利用率碳源分别有 10.67、 9.33 和 6.67 种，，D1 与 D5 处理有显 D3、D3 与 D5 无显著差异（P < 0.05）。与 D1 处理相比，D5 处理土

碳源利用率,稀释处理,热图,土壤微生物

注 A2、B2、G2、E1、F1、G1 、H1:碳水化合物类；A4～F4:氨基酸类；B1～D1、A3:酯类；C2、D2、H2:醇类;G4、H4、E2:胺类;F2、B3～H3:酸类图2.6 不同稀释处理土壤微生物碳源利用率热图Fig 2.6 Heat map of utilization of the 31 carbon substrates in different dilution soilAB aB aC aC aC aA abB bC bD aD aD aA aAB bBC bC aC aC aA b0.000.050.100.150.200.250
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S154.3

【参考文献】