人工红松阔叶林土壤微生物群落结构及多样性解析
发布时间：2020-09-29 10:26
东北针阔混交林是寒温带针叶树和喜阳阔叶树之间的一种过渡类型。其中,阔叶红松林为东北地区地带性顶级群落,具有抵抗病虫害、加速凋落物分解、增强种群多样性等诸多生态功能。水曲柳和胡桃楸是东北三大硬阔,是我国珍稀保护树种。营建红松阔叶林是发展和保护红松的重要措施之一,而且对人工红松阔叶林的林分结构和生长、林下小气候的调节效应和凋落物分解等方面进行了研究。森林土壤微生物的数量和种群,直接影响森林土壤理化性质以及土壤肥力,进而影响森林的生长发育。森林土壤微生物的多样性和变异性反映了它们对生境质量的适应性,更是最为敏感的生物指标,因此,营建红松阔叶林是否改变了土壤微生物群落的结构和多样性,即红松阔叶林的类型与土壤微生物群落的结构和多样性间相互关系,是维持东北红松可持续发展的关键因素之一。为此,本研究以帽儿山尖砬沟森林培育试验站1986年营建的红松和胡桃楸、红松和水曲柳2种人工红松阔叶林为研究对象,以红松纯林、胡桃楸纯林、水曲柳纯林为对比林型(以上5种林型的营建时间均为28年),分析了土壤养分和土壤酶活性的生长季动态变化、土壤微生物碳代谢功能多样性的差异,利用高通量测序技术分析在不同林型以及不同混交方式下土壤中形成的微生物群落差异,从而阐明季节及混交林型对土壤微生物群落及土壤养分的影响,为促进森林生态系统的良性循环及森林土壤肥力的维持提供理论依据,结果如下:(1)土壤化学成分、土壤酶活性及生长季动态分析发现,林型、混交方式和季节显著影响了红松阔叶林土壤化学成分和土壤酶活性。红松与胡桃楸混交显著提高了红松土壤有效钾和总碳含量,增加了胡桃楸土壤总氮和总碳含量;红松与水曲柳混交则显著降低了红松土壤总氮和总碳含量。无论是纯林还是混交林,土壤总磷含量均在夏季最高,总碳含量均在秋季最高;纯林土壤有效磷和有效钾含量的峰值均在夏季,而混交林土壤有效磷和有效钾含量的峰值发生偏移,分别在秋季和春季;土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性最高均在春季;脲酶和过氧化氢酶活性最高均在秋季。(2)土壤微生物群落碳代谢功能多样性分析发现,阔叶林(胡桃楸、水曲柳)土壤微生物碳代谢活性高于针叶林(红松)。红松阔叶林及纯林土壤微生物群落利用的主要碳源类型为糖类、羧酸和氨基酸。与红松混交会降低阔叶林胡桃楸和水曲柳土壤微生物碳代谢活性及群落多样性,反之,亦会降低红松土壤微生物群落碳代谢功能多样性。从土壤微生物群落碳代谢功能多样性角度,应选择胡桃楸作为混交树种。(3)红松阔叶林土壤细菌群落结构及多样性分析发现,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度均超过10%,为优势菌群。红松针阔叶混交改变了土壤细菌群落结构,提高了细菌群落丰度及多样性。红松与胡桃楸混交更有益于胡桃楸土壤细菌的生长,而红松与水曲柳混交则更有益于红松土壤细菌生长。土壤有效钾和混交方式是影响土壤细菌群落结构的主要因素。(4)红松阔叶林土壤真菌群落结构及多样性分析发现,土壤真菌群落主要门为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和结合菌门(Zygomycota s.l.)(Mucoromycota and Zoopagomycota)。红松阔叶林提高了红松土壤真菌群落的丰度,却降低了多样性。此外,与红松混交提高了胡桃楸土壤真菌群落的丰度和多样性,却降低了水曲柳土壤真菌群落的丰度和多样性。混交方式对红松、胡桃楸和水曲柳土壤真菌群落的影响也体现在对真菌生长的影响。红松针阔叶混交后增加了Inocybe Lactarius、Russul等一些非常重要外生菌根真菌(Ectomycorrhiza,ECM)的数量,这对红松阔叶林的可持续发展具有重要意义。从土壤真菌群落结构及多样性角度分析发现,红松阔叶林通过调整功能真菌丰度的方式来调节植被对土壤养分的吸收利用,而且易受土壤总碳含量的调控。(5)红松阔叶林土壤氨氧化微生物群落结构及多样性分析发现,红松阔叶林土壤中泉古菌门(Crenarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)为优势的氨氧化古菌菌群,占了全部序列99.9%。红松针阔叶混交改变了红松土壤中的氨氧化古菌群落结构,显著提高了红松土壤中的氨氧化古菌群落丰度及多样性。然而,混交显著提高了胡桃楸土壤中的氨氧化古菌群落丰度及多样性,却显著降低了水曲柳土壤氨氧化古菌群落丰度及多样性。红松针阔叶混交并没有显著改变土壤氨氧化细菌群落结构及多样性,菌群从属于5个门,其中变形菌门(Proteobateria)占了全部序列98%。红松阔叶林土壤的总碳、总磷、总氮、有效钾是解释土壤氨氧化古菌群落结构变异的主要因素,其次为混交方式。混交方式和土壤化学成分仅能解释土壤氨氧化细菌群落结构变化的31%。综上所述,在营建红松阔叶林过程中,红松与水曲柳、胡桃楸混交后增加了红松土壤中有机物的分解和腐殖化,有利于土壤有机质的积累,增加了胡桃楸土壤细菌的多样性,改善了红松阔叶林中红松土壤真菌和氨氧化古菌群落丰度及多样性,创新性地发现了红松针阔叶混交增加了一些非常重要外生菌根真菌的数量,保证红松阔叶林的生态稳定性。因此,营建红松与胡桃楸混交林更有利于维持森林生态系统的稳定。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S714.3
【部分图文】：
松阔叶林土壤化学成分及酶活性的生长季地及研究方法逡逑况逡逑设于黑龙江省尚志市境内的东北林业大学帽儿山林场尖砬沟５°２５凡１２７°３（ｙ？１２７°３４五），低山丘陵地貌，温带大陆性季风，邋１月平均气温－２３邋°Ｃ，７月平均气温２０．９邋°Ｃ。全年无霜期１２０７２３邋ｍｍ，蒸发量１０９４邋ｍｍ。地带性土壤为暗棕壤，平均土层酸性（ｐＨ＝４．３？６．０）。地带性顶极群落为阔叶红松林。试验，形成以白g牐ǎ穑悖蛎睿⒑焖桑ㄈ纾罚
本文编号：2829600
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S714.3
【部分图文】：
松阔叶林土壤化学成分及酶活性的生长季地及研究方法逡逑况逡逑设于黑龙江省尚志市境内的东北林业大学帽儿山林场尖砬沟５°２５凡１２７°３（ｙ？１２７°３４五），低山丘陵地貌，温带大陆性季风，邋１月平均气温－２３邋°Ｃ，７月平均气温２０．９邋°Ｃ。全年无霜期１２０７２３邋ｍｍ，蒸发量１０９４邋ｍｍ。地带性土壤为暗棕壤，平均土层酸性（ｐＨ＝４．３？６．０）。地带性顶极群落为阔叶红松林。试验，形成以白g牐ǎ穑悖蛎睿⒑焖桑ㄈ纾罚
本文编号：2829600
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