宁南山区植被恢复对土壤氮矿化中微生物的影响

发布时间：2017-09-15 14:49

  本文关键词：宁南山区植被恢复对土壤氮矿化中微生物的影响

  更多相关文章： 植被恢复 群落结构多样性 微生物量 代谢活性 酶活性

【摘要】：宁南山区经过十多年的退耕还林还草工作,植被得到了有效恢复,生态环境有了明显的改善,土壤的物理、化学、生物学性质均有所改善。然而,不同植被恢复方式下在植物和土壤相互作用过程中发挥重要作用的微生物在植物生长所需的主要养分——氮素矿化过程中的动态变化特征尚不清楚。因此,为了揭示不同植被恢复方式对土壤氮矿化中微生物多样性及活性变化的影响,为丰富陆地生态系统氮转化的微生物生态理论、促进区域植被恢复重建提供理论依据。本文以农地玉米作对照,选取宁南山区典型植被恢复方式下的3种草地:天然草地、人工草地和自然恢复草地;3种人工林地:柠条、山桃和山杏;以及山杏和苜蓿林草间作7种植被下土壤作为研究对象,在采用高通量测序明确了不同植被下土壤微生物群落结构和多样性的基础上,通过室内模拟矿化56 d和原位矿化2 a的试验研究了土壤矿化过程中微生物量、氨化细菌、代谢活性和酶活性的变化特征,并探讨了其影响因素。主要结论如下:(1)宁南山区5种植被下土壤细菌群落多样性大于真菌,所测得细菌归属于29门,77纲,137目,253科,378属,686种,变形菌门(Proteobacteria)的Bacillus(芽孢杆菌属)数量最多,占2.1~11.5%,且丰度为人工林地(7.5%)农地(5.4%)草地(4.7%);多样性在苜蓿地最高,山桃地最低。真菌归属于28门,45纲,71目,92科,109属,114种;优势真菌为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),优势属为Gibberella(赤霉菌),占真菌总数的1.2~14.1%;多样性指数在人工草地农地天然草地人工林地。(2)土壤微生物量碳的变化范围为8.2~221.1 mg/kg,埋管矿化半年,降低了52.2%~94.2%;春季大于秋季,高出26.6%-215.1%;秋季埋管1 a,管外高于管内1.5~5.9倍,埋管2 a,管内高出管外1.3~6.7倍,;微生物量氮的变化范围为12.0~49.0mg/kg,埋管矿化半年增加了35.6%~210.1%,春季大于秋季,高出5.4%~105.1%;秋季埋管2 a高于1 a,高出1.0~1.8倍。氨化细菌0.21×104~3.15×104 cfu·g-1,柠条天然草地农地人工草地山桃,培养结束后降低了26.7%~85.1%。原位春季埋管1 a比秋季埋管1 a微生物量碳氮普遍较高,室内模拟矿化天然草地人工草地农地,山桃林柠条林农地;微生物体碳氮比春季埋管1 a大于秋季埋管1 a,随矿化时间的增加而增大,矿化2 a,变化范围为5.3-7.6。微生物熵在0.32%~3.54%之间,随矿化时间增加而增大,说明人工林植被恢复过程中土壤碳处于积累过程,自然恢复草地矿化大于积累。林地中微生物碳为季节变化敏感指标,而在草地中微生物量氮对季节变化更敏感。(3)室内模拟发现土壤微生物呼吸强度变化范围为14.7~184.3 mg·kg-1·d-1,在前9天显著降低61.8%~72.4%,不同的林地间表现为乔木灌木,在草地中为天然草地人工草地,都大于农地;原位矿化土壤呼吸强度为118.5~313.56 mg·kg-1·d-1,高于室内模拟培养,管外矿化0.5 a,呼吸强度增加49.3%~105.8%,秋季埋管1 a高于2 a,高出25.1%~56.4%;室内模拟代谢熵(0.21~1.78)小于原位矿化培养(1.0~17.7),表明室内模拟矿化微生物对碳的利用率较低,矿化1 a大于2 a,高出2~11.9倍,管外10月是8月的1.1~5.4倍,秋季(10月)比春季(4月)高出1.2~3.6倍;净矿化速率只有柠条地在矿化前期(0-28 d)出现了负值,其他植被在整个矿化时期都处于矿化大于累积的过程。微生物呼吸与土壤温度呈极显著正相关,与土壤水分相关性不大,温度是土壤呼吸速率季节变化的主要控制因子。(4)土壤蛋白酶活性呈现出天然草地人工草地自然恢复草地,柠条山桃山杏;室内模拟变化范围为1.56~11.39 ug/g,培养结束时下降了15.0%~72.2%,秋季埋管1 a显著大于春季埋管1 a,春季埋管1.5 a后普遍小于春季埋管1 a。天冬酰胺酶活性为自然恢复草地天然草地人工草地,柠条山杏山桃。室内模拟条件下变化范围为0.04~1.85 mg/g,第28 d显著升高,增加了2.7~24.5倍,天冬酰胺酶活性在秋季逐渐降低,埋管2 a最小。土壤蛋白酶与土壤温度和水分、有机碳、全氮、土壤微生物量碳氮、和pH的相关性均达到显著水平,与微生物量碳和铵态氮呈线性相关;土壤天冬酰胺酶活性与土壤温度、有机碳和pH显著相关,与铵态氮线性相关。
【关键词】：植被恢复 群落结构多样性 微生物量 代谢活性 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】：S154.3
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 文献综述13-20
• 1.1 土壤氮矿化及相关微生物群落组成的研究进展13-15
• 1.2 土壤微生物生物量的研究进展15-16
• 1.3 土壤微生物代谢活性的研究进展16-17
• 1.4 土壤氮矿化相关酶的研究进展17-18
• 1.5 选题依据及目的与意义18-20
• 1.5.1 选题依据18-19
• 1.5.2 目的意义19-20
• 第二章 研究内容和方法20-29
• 2.1 研究内容20-21
• 2.2 技术路线21
• 2.3 研究方法21-29
• 2.3.1 研究区概况21-22
• 2.3.2 研究样地概况22-25
• 2.3.3 野外原位矿化试验方案25-26
• 2.3.4 室内模拟矿化试验方案26
• 2.3.5 测定指标及其方法26-28
• 2.3.6 数据处理与分析方法28-29
• 第三章 不同植被下土壤细菌、真菌群落结构与多样性特征29-42
• 3.1 材料与方法29-31
• 3.1.1 土壤DNA的提取、PCR扩增、荧光定量29-30
• 3.1.2 生物信息学分析方法30-31
• 3.2 结果与分析31-40
• 3.2.1 细菌群落多样性结果及分析31-36
• 3.2.2 真菌群落多样性结果及分析36-40
• 3.3 讨论40
• 3.4 小结40-42
• 第四章 不同植被土壤氮矿化中微生物量和氨化细菌的变化特征42-55
• 4.1 结果与分析42-52
• 4.1.1 室内模拟矿化过程中的变化特征42-45
• 4.1.2 野外原位矿化半年管内外微生物量的变化特征45-47
• 4.1.3 春季埋管培养不同时间微生物量的变化特征47-49
• 4.1.4 秋季埋管培养微生物量变化49-52
• 4.2 讨论52-54
• 4.2.1 不同植被类型对土壤氮矿化中微生物量变化的影响52-53
• 4.2.2 季节变化对土壤氮矿化中微生物量的影响53-54
• 4.3 小结54-55
• 第五章 不同植被土壤氮矿化过程微生物代谢活性的变化特征55-67
• 5.1 结果与分析55-64
• 5.1.1 室内模拟过程中微生物代谢活性的变化特征55-58
• 5.1.2 不同植被野外埋管矿化半年土壤代谢活性的变化特征58-60
• 5.1.3 春季埋管矿化不同时间微生物代谢活性的变化特征60-62
• 5.1.4 秋季埋管矿化不同时间微生物代谢活性的变化特征62-64
• 5.1.5 土壤微生物代谢活性与土壤基本理化性质及微生物量的关系相关性分析64
• 5.2 讨论64-65
• 5.2.1 不同植被类型对微生物代谢活性的影响64-65
• 5.2.2 季节变化对土壤氮矿化中微生物代谢活性的影响65
• 5.3 小结65-67
• 第六章 不同植被土壤氮矿化中酶活性的变化特征67-76
• 6.1 结果与分析67-73
• 6.1.1 室内培养过程中的变化特征67-68
• 6.1.2 不同植被土壤野外埋管矿化半年酶活性变化特征68-70
• 6.1.3 春季埋管矿化不同时间酶活性变化特征70-71
• 6.1.4 秋季埋管矿花不同时间酶活性变化特征71-72
• 6.1.5 土壤养分与酶活性之间的关系72-73
• 6.2 讨论73-75
• 6.2.1 不同植被类型对土壤酶活性的影响74
• 6.2.2 季节变化对土壤氮矿化中酶活性的影响74-75
• 6.3 小结75-76
• 第七章 主要结论76-78
• 参考文献78-86
• 致谢86-87
• 作者简介87

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