土壤微生物群落结构随海拔和关键时期的变化

发布时间：2020-05-15 10:55

【摘要】：土壤微生物群落不仅是生态系统的基本组成部分,而且是生态系统物质循环和能量流动的积极参与者,对于维持生态系统的稳定性和可持续性具有不可替代的作用。然而,土壤微生物群落是生态系统中对环境最为敏感的生物之一,其结构和活性受到各种生物与非生物环境因子及其交互作用的控制,因而理解土壤微生物群落结构和酶活性随环境因子的变化特征,对于理解环境因子主导的土壤生态系统过程具有十分重要的意义。海拔变化能够在较短距离范围内引起气候、植被组成和土壤特性等生物与非生物因子的显著变化,从而对土壤微生物群落结构和活性产生有分异的综合影响。岷江流域是长江上游的重要水资源保护核心区,在调节区域气候、保育生物多样性、涵养水源和指示气候变化等方面具有突出的生态战略地位。同时,流域内海拔梯度变化大,垂直气候分异明显,从高海拔到低海拔依次分布着高山荒漠、亚高山/高山草甸、高山森林、亚高山森林、干旱河谷-山地森林交错带植被、干旱河谷灌丛和常绿阔叶林等植被类型,这为在较小的区域范围研究土壤微生物群落结构对气候变化的响应提供了天然实验室。因此,本研究以岷江流域海拔梯度上(442 m～3994 m)的7个典型植被为研究对象,采用土柱原位培养法,研究了土壤微生物群落结构、生物量和酶活性随海拔和关键时期的变化特征,从而为进一步揭示海拔梯度主导的土壤生态系统过程提供科学依据。研究表明:土壤微生物各类群PLFAs含量随着海拔升高呈现出先减少到1565m后增加,至3028m后再减少到3593m其后一直增加到3994m的变化趋势,各海拔差异显著。土壤微生物总PLFAs含量和细菌PLFAs含量在土壤有机层表现为亚高山森林高山草甸中亚热带森林高山森林干旱河谷—森林交错带北亚热带森林干旱河谷,矿质土壤层表现为高山草甸中亚热带森林高山森林北亚热带森林干旱河谷—森林交错带亚高山森林干旱河谷;土壤真菌在土壤有机层表现为亚高山森林干旱河谷—森林交错带高山草甸干旱河谷高山森林中亚热带森林北亚热带森林,矿质土壤层表现为干旱河谷—森林交错带高山草甸干旱河谷高山森林亚高山森林北亚热带森林中亚热带森林;土壤革兰氏阳性菌在土壤有机层表现为高山草甸亚高山森林中亚热带森林高山森林北亚热带森林干旱河谷—森林交错带干旱河谷,矿质土壤层表现为高山草甸中亚热带森林高山森林北亚热带森林干旱河谷—森林交错带亚高山森林干旱河谷;土壤革兰氏阴性菌表现为高山草甸亚高山森林中亚热带森林高山森林干旱河谷—森林交错带北亚热带森林干旱河谷,矿质土壤层表现为高山草甸高山森林中亚热带森林北亚热带森林亚高山森林干旱河谷干旱河谷—森林交错带。表征土壤微生物群落结构的土壤微生物真菌/细菌和革兰氏阳性菌/阴性菌在各时期随海拔的变化趋势并不统一。土壤微生物真菌/细菌在土壤有机层表现为干旱河谷亚高山森林干旱河谷—森林交错带高山草甸高山森林北亚热带森林中亚热带森林,矿质土壤层表现为干旱河谷—森林交错带干旱河谷亚高山森林高山草甸高山森林北亚热带森林;革兰氏阳性菌/阴性菌在土壤有机层表现为干旱河谷北亚热带森林高山森林干旱河谷—森林交错带亚高山森林中亚热带森林高山草甸,矿质土壤层表现为亚高山森林高山森林干旱河谷干旱河谷—森林交错带北亚热带森林中亚热带森林高山草甸。土壤微生物总PLFAs含量和土壤细菌与海拔、土壤含水量、土壤有机碳和土壤全氮显著正相关,与土壤全磷显著负相关,土壤细菌还与土壤冻融循环显著相关。土壤真菌与海拔、土壤含水量、有机碳和全氮显著相关。土壤微生物真菌/细菌与土壤温度显著相关。土壤革兰氏阳性菌与海拔、土壤含水量、冻融循环频次、有机碳和全氮显著相关,与土壤温度显著负相关。土壤微生物阴性菌与海拔、土壤含水量、有机碳和全氮显著相关。土壤革兰氏阳性菌/阴性菌与土壤含水量、温度和有机碳显著负相关,与土壤冻融循环频次显著相关。土壤微生物生物量碳氮随着海拔升高呈现出先减少到1565m后增加,至3028m后再减少到3593m其后一直增加到3994m的变化趋势,各海拔差异显著。海拔梯度和采样时间显著影响土壤微生物生物量碳氮。土壤微生物生物量碳氮与海拔、土壤含水量、有机碳和全氮显著相关,与土壤全磷显著负相关。土壤微生物生物量碳氮比与海拔和土壤冻融循环显著负相关。土壤酶活性海拔梯度上的变化同土壤微生物生物量碳氮的趋势相一致,呈现出先减少到1565m后增加,至3028m后再减少到3593m其后一直增加到3994m的变化趋势。土壤蔗糖酶活性与海拔、土壤含水量、冻融循环频次、有机碳和全氮显著相关,与土壤温度显著负相关。土壤脲酶和酸性磷酸酶活性与海拔、土壤含水量、有机碳和全氮显著相关,与土壤全磷显著负相关。综上所述,在岷江流域,随着海拔高度的增加,土壤微生物各类群PLFAs含量、微生物生物量和土壤酶活性总体上呈现出由中亚热带常绿阔叶林减少直到干旱河谷,随后增加到亚高山森林再减少至高山森林,再次增加到高山草甸的波动变化特征,且各海拔梯度差异显著,土壤含水量、有机碳、全氮、温度、全磷是造成这种空间分异格局的主要控制因子。同时,土壤微生物各类群PLFAs含量、微生物生物量和土壤酶活性在各海拔的季节动态差异显著,这种显著差异是由土壤水热条件和养分含量的季节动态变化共同作用的结果。因此,海拔梯度和季节变化不仅直接作用于土壤微生物各类群PLFAs含量、微生物生物量和土壤酶活性,还通过改变环境因子、水热状况、植被组成和土壤理化性质间接影响和改变土壤微生物各类群PLFAs含量、微生物生物量和土壤酶活性。这为探讨海拔梯度效应和环境因子对土壤微生物群落结构、生物量和酶活性的作用,深入地理解土壤生物化学过程提供理论依据。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154.3

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