微生物及酶活性对土壤侵蚀的响应特征及机制

发布时间：2020-05-26 00:53

【摘要】：土壤侵蚀是限制当今人类生存和发展的全球环境问题之一,其不仅引起水土流失,造成土壤养分含量减少,导致土地生产力下降,使土地资源遭受严重破坏,而且由其引起的土壤微生物群落结构和酶活性等生物特性的改变,对土壤有机碳(Soil organiccarbon,SOC)固定和区域碳循环产生极大影响,进而在一定程度上影响全球气候状况。目前,有关侵蚀诱导的土壤微生物及酶活性的动态变化机制尚不明确,无法精准评估侵蚀过后土壤微生物等生物特性的变化趋势。为揭示土壤微生物及酶活性对土壤侵蚀的响应机制,本研究以南方红壤丘陵区为研究对象,采用PCR-DGGE等分子生物技术及比较研究法,分析典型坡面和流域的侵蚀区及沉积区土壤生物特性变化特征,揭示了土壤微生物群落组成、酶活性与土壤主要理化因子之间的关系,并在此基础上深入探讨了土壤侵蚀-沉积作用对土壤生物特性的影响。研究获得的主要结论如下:(1)土壤沉积作用明显提高了沉积区土壤碳、氮含量及酶活性。坡面沉积区绝大多数土层SOC、全氮(Total nitrogen,TN)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、脲酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性均要显著高于侵蚀区。其次,侵蚀区与沉积区土壤碳、氮含量及酶活性差异在侵蚀干扰较为严重的表层(0~30 cm)土壤表现较为明显,侵蚀区和沉积区各层土壤SOC变异率在3.84%-36.42%之间,TN变异率范围为54.64%~75.00%。此外,侵蚀区与沉积区SOC、TN、DOC及酶活性均随土壤深度的增加呈现总体下降的趋势。(2)土壤侵蚀显著降低了流域内各侵蚀区土壤微生物丰度,而侵蚀-沉积过程对土壤微生物群落组成的影响并不显著。沉积区土壤微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)高达0.90 mg g~(-1),约为侵蚀区的1.75倍。然而,侵蚀区与沉积区土壤微生物多样性指数(H)并无显著差异。相对于土壤微生物群落组成,微生物丰度对侵蚀的响应更为强烈。其次,沉积作用能显著提高土壤碳的有效性。流域内沉积区土壤DOC含量高达0.334 mg g~(-1),显著高于侵蚀区。(3)侵蚀作用下土壤酶活性与土壤碳、氮之间呈现显著线性相关。除蔗糖酶外,土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶均与SOC、TN、DOC呈现极显著正相关,其相关系数在0.68~0.95之间。在所检测的理化参数中,SOC对土壤酶活性动态变化的解释量最高,是影响土壤酶活性的主要控制因子。其次,侵蚀诱导的土壤理化性质的改变对土壤微生物群落具有显著影响。DOC对土壤微生物群落的影响最为显著,其解释量高达19.7%,是土壤微生物多样性的主要控制因子。综上所述,土壤侵蚀-沉积过程对土壤微生物丰度及酶活性具有显著影响,而土壤微生物群落组成对土壤侵蚀的响应特征并不明显。土壤沉积作用显著提高了土壤微生物丰度和酶活性,侵蚀则表现出相反作用。而土壤微生物群落对侵蚀?-沉积作用的响应缓和,土壤侵蚀-沉积过程对土壤微生物群落组成并没有显著影响。
【图文】：

过程图,土壤有机碳,过程,再分布

1.2.2 土壤侵蚀对土壤有机碳的影响规律研究全球土壤有机碳库储量丰富且活跃，其生物地球化学循环过程被认为是调节生态系统功能的一个重要过程，它的微小改变都会引起大气 CO2浓度的很大变化。在全球气候变化背景下，，侵蚀引起的 SOC 迁移和再分布强烈影响着全球碳循环过程，日益成为全球及区域碳循环研究的一个热点问题[3]。究其原因可概括为：（1）它是全球头号生态环境问题，每年可带来严重的经济损失；（2）土壤侵蚀驱动 SOC 的迁移和再分布引起的碳排放是全世界都关心的政治问题；（3）气候变化可能改变区域水文循环，使持续干旱和暴雨等极端事件增多，进一步加剧土壤侵蚀。水蚀条件下坡面 SOC 的迁移和再分布是一个非常复杂的物理化学过程，受气候、土壤性质、土地利用状况及地形等众多因素的影响[28]。根据裴会敏等[29]对侵蚀条件下土壤有机碳的流失研究，可将 SOC 在水蚀条件下的迁移、再分布过程分为 3 个部分：（1）水力侵蚀加速土壤淋溶作用，使许多溶解性有机碳（Dissolved organic carbon, DOC）伴随下渗的水分向深层迁移；（2）侵蚀区地表动植物残体、泥沙随坡面径流向坡下运输，导致大量 DOC 和颗粒有机碳发生横向迁移；（3）大部分流失的 SOC 随泥沙迁移至沉积区深埋。

论文结构

第 5 章侵蚀影响下土壤生物特性与理化因子的关系研究土壤侵蚀-沉积对土壤酶活性的影响坡面各部位及各土壤深度酶活性，分土壤酶活性分布格局及动态变化。第 4 章微生物对侵蚀诱导的土壤理化特应机制研究在完整流域内比较分析侵蚀区及沉积区生物量及群落组成的分布特征，揭示侵蚀-沉生物的动态变化。第 1 章绪论介绍了研究背景与意义、国内外研究进展、研究内容及结构、技术路线等。第 2 章实验材料与方法介绍研究区概况、样品的采集、样品分析项目与测定、数据处理与统计分析。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S157;S154

【参考文献】