宁南山区典型植物根系分解特征及其对土壤养分和微生物多样性的影响

发布时间：2017-05-16 15:20

  本文关键词：宁南山区典型植物根系分解特征及其对土壤养分和微生物多样性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国黄土高原,因其复杂的自然条件、恶劣的生态环境、强烈的水土流失以及世界最大的黄土沉淀区,从而受到广泛关注。自20世纪末开始,在黄土高原地区大力实行退耕还林还草、封山育林、禁伐禁牧、截沙造林等一系列措施,用以恢复该地区的植被及生态环境,并取得了较好的效果。本文选取黄土丘陵区温带草原为研究对象,选取该地区3种典型植物长芒草、铁杆蒿、百里香根系作为实验材料,研究草地生态系统根系分解速率的快慢以及影响根系分解速率的因素、根系分解的过程中对土壤养分、微生物生物量、酶活性以及微生物多样性的影响,以确定该生态过程对全球变化的响应,期望为草地植被生长恢复和土壤肥力变化提供依据,并丰富和完善草地生态系统的物质能量循环理论。主要得出以下结论:(1)根系的不同分解阶段,根系的质量损失量增加快慢有差异。分解结束后,长芒草、铁杆蒿、百里香根系的质量损失量分别为9.22、12.57和12.47g,失重率分别为18.44%、25.14%和24.94%。长芒草、铁杆蒿、百里香3种植物根系分解50%所需时间分别为66.95、48.34和44.13月,分解95%所需时间则分别为317.78、245.14和206.97月。相关性分析显示,根系P含量与分解速率常数k成显著正相关(r=0.935),木质素含量与分解速率常数k成极显著负相关(r=-0.961),根系P含量和木质素含量能够较好的预测根系分解速率。根系分解结束时,长芒草、铁杆蒿、百里香根系有机碳和全氮均表现为释放过程,有机碳释放量分别为103.34、57.05和124.40g/kg,全氮释放量分别为4.77、2.93和0.19g/kg。根系P元素在分解的前90天快速下降,但是在整个根系分解过程中却是发生了富集作用。木质素和纤维素的绝对含量分别在分解的第135和第305天达到最小值,在分解第470天和第425天达到最大值。(2)在整个模拟分解过程中,土壤有机碳含量呈现出减小的趋势,根系分解1年后,0-5cm土层土壤有机碳含量是分解初期的0.81-0.85倍,5-20cm土层土壤有机碳含量是分解初期的0.86-0.92倍;0-5cm土层覆盖长芒草、铁杆蒿、百里香根系处理比空白处理的土壤有机碳含量分别高出0.33、0.53和0.22g/kg,5-20cm土层覆盖根系处理比空白处理的土壤有机碳含量分别高出0.36、0.11和0.06g/kg,根系分解可以提高土壤有机碳含量。根系分解一年后,0-5cm土层土壤全氮含量是分解初期的1.03-1.06倍,5-20cm土层土壤全氮含量是分解初期的1.02-1.05倍,覆盖长芒草、铁杆蒿、百里香处理比空白处理土壤全氮含量分别高出0.032、0.035和0.019g/kg,说明根系分解对土壤全氮有一定的提高作用。覆盖植物根系处理与空白处理的土壤铵态氮含量无明显差异。覆盖根系处理比空白处理的土壤硝态氮含量高出0.34-1.09mg/kg,表明根系分解可以提高土壤硝态氮含量。(3)土壤微生物生物量碳随着植物根系的分解呈现出明显的季节性变化,除了分解的前45天外,覆盖根系处理的土壤微生物生物量碳含量均低于空白处理,经过1年的分解,覆盖长芒草、铁杆蒿、百里香根系处理的土壤微生物生物量碳分别比空白处理低194.02、197.10和258.87mg/kg。根系分解对0-5cm土层土壤微生物生物量氮的提高主要集中分解前期(5月份-8月份),而5-20cm土层覆盖根系的土壤微生物生物量氮含量持续高于空白土壤,说明了根系分解有助于增加土壤微生物量生物量氮。(4)覆盖根系处理与空白处理的土壤脲酶呈现出相同的变化趋势,分解前期,0-5cm土层覆盖根系处理土壤脲酶活性略高于空白处理;分解后期,0-5cm土层与5-20cm土层土壤脲酶活性变化相似;在整个分解过程中,土壤脲酶活性呈现出显著的季节变化,在根系分解次年的3月份达到最小值,而在根系分解次年9月份达到最大值。在根系分解的过程中,覆盖根系处理和空白处理的土壤蔗糖酶活性表现出基本相同的变化规律,但0-5cm土层和5-20cm土层则表现出不同的规律;0-5cm土层土壤蔗糖酶活性大多在分解前期缓慢升高,之后呈现波动性变化,而5-20cm土层的土壤蔗糖酶活性在分解前期迅速达到最大值,然后缓慢降低,在达到最小值后又开始缓慢上升,直至达到最大值。0-5cm土层土壤的土壤磷酸酶活性在根系分解次年3月份和5月份达到最大值,5-20cm土层土壤磷酸酶活性在根系分解第一年7月份达到最大值。(5)通过Miseq测序的方法探究根系分解对土壤微生物群落多样性的影响,研究结果表明在97%相似水平下,土壤样品细菌共检测到30个门,78个纲,131目,222个科,344个属;土壤样品真菌共检测到个18门,32个纲,56目,72个科,76个属。细菌优势菌群是放线菌门,占细菌数列的38.35-45.39%;真菌丰度最高的菌门是子囊菌门,占真菌序列的46.42-54.19%。添加根系处理在门的水平上群落结构是相似的的,但是数量不同,覆盖根系处理提高了土壤中放线菌门的数量,减小了土壤中蓝细菌门类的数量;对真菌来讲,覆盖根系处理降低了土壤中子囊菌门的数量,提高了球囊菌门的数量。
【关键词】：典型草原 根系分解 养分动态 宁南山区 微生物生物量 酶活性
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S158;S154.3
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 文献综述13-18
• 1.1 研究目的和意义13
• 1.2 选题依据13-14
• 1.3 国内外研究概况14-18
• 1.3.1 根系分解以及养分释放的研究进展14-15
• 1.3.2 土壤酶活性对根系分解的研究进展15
• 1.3.3 根系干物质分解对土壤微生物生物量和微生物群落多样性影响的研究进展15-16
• 1.3.4 根系分解对土壤养分影响的研究进展16-18
• 第二章 研究内容及试验方法18-26
• 2.1 研究区概况18
• 2.2 研究内容18-19
• 2.2.1 三种典型植物根系分解及养分释放特性18
• 2.2.2 三种典型植物根系分解过程中土壤碳、氮动态变化18
• 2.2.3 三种典型植物根系分解过程中土壤酶活性的动态变化18
• 2.2.4 根系分解对土壤微生物生物量及其多样性的影响18-19
• 2.3 技术路线19
• 2.4 研究方法19-25
• 2.4.1 野外模拟根系的分解19-21
• 2.4.2 测定方法21-25
• 2.5 数据处理及统计25-26
• 第三章 三种典型植物群落根系分解及养分动态的研究26-33
• 3.1 结果与分析26-30
• 3.1.1 根系初始化学性质26-27
• 3.1.2 根系损失重量及失重率27-28
• 3.1.3 初始根系养分含量与分解速率常数的关系28
• 3.1.4 主要元素的动态变化28-30
• 3.2 讨论30-32
• 3.2.1 根系分解变化特征30-31
• 3.2.2 根系分解的影响因素31
• 3.2.3 根系分解的元素释放规律特征31-32
• 3.3 小结32-33
• 第四章 三种典型植物群落根系分解对土壤碳、氮动态变化的影响33-40
• 4.1 结果与分析33-37
• 4.1.1 根系分解对土壤有机碳的影响33-35
• 4.1.2 根系分解对土壤全氮的影响35
• 4.1.3 根系分解对土壤有效氮的影响35-37
• 4.1.4 土壤根系分解过程中土壤养分与温度水分相关性分析37
• 4.2 讨论37-39
• 4.2.1 根系分解对土壤有机碳的影响37-38
• 4.2.2 根系分解对土壤全氮影响38
• 4.2.3 根系分解对土壤有效氮的影响38-39
• 4.3 小结39-40
• 第五章 三种典型植物群落根系分解过程中土壤微生物量和酶活的动态变化40-48
• 5.1 结果与分析40-45
• 5.1.1 根系分解过程中土壤微生物生物量碳的动态变化40-41
• 5.1.2 根系分解过程中土壤微生物生物量氮的动态变化41-42
• 5.1.3 根系分解过程中土壤脲酶活性的动态变化42
• 5.1.4 根系分解过程中土壤蔗糖酶活性的动态变化42-43
• 5.1.5 根系分解过程中土壤磷酸酶活性的动态变化43-44
• 5.1.6 土壤生物学性状和土壤环境因子的 Person 相关系数44-45
• 5.2 讨论45-46
• 5.2.1 根系分解对土壤微生物生物量的影响45
• 5.2.2 根系分解对土壤酶活性的影响45-46
• 5.3 小结46-48
• 第六章 根系分解对土壤微生物多样性的的影响48-53
• 6.1 土壤DNA的提取和rDNA的PCR扩坑48-49
• 6.2 结果与分析49-52
• 6.2.1 数据优化统计结果49
• 6.2.2 OUT聚类与多样性分析的结果49-50
• 6.2.3 群落组成结构分析50-52
• 6.3 结论52-53
• 第七章 结论与展望53-55
• 7.1 本文结论53-54
• 7.2 研究展望54-55
• 参考文献55-61
• 致谢61-62
• 作者简介62

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