湘东丘陵区红壤有机质结构和微生物群落对土地利用变化的响应

发布时间：2020-06-27 08:56

【摘要】：中国亚热带土壤的农业生产潜力大,土地利用类型多样。近年来,本区土地利用变化强烈影响土壤有机质结构和微生物群落,进而影响土壤C循环和C库平衡。选取中亚热带湘东丘陵区花岗岩红壤4种不同土地利用方式(天然林以及由此转变而来的人工林、板栗园和坡耕地)为研究对象,采用自制土钻按20 cm深度分层采集1 m深土壤剖面土壤样品,通过室内谱学分析技术(紫外—可见光谱、中红外吸收光谱、荧光光谱、质谱),研究土地利用变化对花岗岩红壤有机质及其活性组分化学结构的影响：利用薰蒸浸提、平板涂抹计数和磷脂脂肪酸分析(PLFA)技术,研究土地利用变化对花岗岩红壤微生物及其群落的影响。本研究旨在为亚热带丘陵红壤资源的合理利用和土地利用方式科学调整提供基础数据和科学依据,结果表明：(1)土壤有机质的居里点热裂解—气相色谱/质谱(Py-GC/MS)产物分析表明,4种土地利用方式的红壤有机质均以蛋白质衍生物、酯类、木质素和脂肪族化合物为主。天然林改为其他利用方式后,木质素含量下降32%～83%,但脂肪族化合物含量升高2～19倍。天然林土壤有机质中木质素和脂肪族的成分较单一。土地利用变化强烈影响土壤有机质的来源,导致土壤有机质中出现单体木质素、非脂肪酸甲基酯脂肪族化合物和醇酯类有机物。木质素数量的减少引起SOM储量降低及分子结构简单化,削弱土壤有机碳的稳定性和固碳能力。(2)中红外吸收光谱分析表明,表土(0～0.2 m)和底土(0.2～1 m)有机质官能团结构对土地利用方式的响应模式和敏感度存在差异。天然林改为其他利用方式后,表土有机质中芳香类、烷烃类和碳水化合物数量平均降低30%,但在粗颗粒物中,碳水化合物和烯烃类有机物数量分别升高3%～50%和0.9%～6%。底土有机质中芳香类、烯烃类和有机硅化物数量分别升高了17～45%、14%～48%和16%～44%；粗颗粒物中碳水化合物数量升高0.3%～15%。由此可见,土地利用变化降低SOM的稳定性,在表土表现尤为明显。(3)土地利用变化强烈影响土壤活性有机质的化学结构。中红外光谱分析表明,天然林改为其他利用方式后,表土轻组有机质(LFOM)中酚醇类、芳香类、烷烃类、烯烃类、碳水化合物和有机态硅化物的数量分别升高16%～72%、12%～84%、25%～116%、26%～35%、90%～26%和9%～28%；溶解性有机质(DOM)特征峰的吸光度一致降低,以改为杉木人工林降幅最大(38%)。有机化合物组成中,以芳香类有机物的数量降幅最小(19%),碳水化合物和酚醇类的降幅相对最大(29%和28%)。底土LFOM中仅酚醇类、芳香类、烷烃类分别升高9%-24%、2%-14%和7%-27%；DOM中醇酚类有机物吸光度降幅最大(37%-62%),烯烃类升幅最大(22%-101%)。荧光分析表明,土壤DOM中还含有谷氨酸蛋白质、紫外区类富里酸和类腐殖质三大荧光基团特征峰。土地利用变化后,表土DOM中类蛋白基团、类富里酸基团和类腐殖酸基团的数量降低1%～60%；板栗园和坡耕地底土中三大荧光峰体积降低21%-41%。天然林改为杉木人工林后,表土DOM的结构更趋复杂化,但在板栗园和坡耕地中有简单化的趋势。(4)土地利用变化亦强烈影响土壤微生物量和微生物群落组成。天然林改为人工林、板栗园和坡耕地后,表土微生物生物量碳含量分别降低46%、66%和82%,土壤三大微生物种群数量也明显降低,其中真菌数量降低40%-73%,细菌数量降低21%-67%,放线菌数量降低7%-73%。PLFA分析进一步表明,土地利用变化后,土壤中脂肪酸总量、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、细菌、放线菌和真菌特征性脂肪酸含量分别降低26%-68%、24%-80%、37%～65%、30%～38%、23%～78%和5%～22%。四种利用方式土壤的微生物群落组成以细菌为主(占比介于46%～69%),其中革兰氏阴性菌的生物量略大于革兰氏阳性菌,但板栗园以革兰氏阳性菌为主。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153.621;S154.3
【图文】：

湘东丘陵区不同土地利用方式

湘东丘陵区红壤有机质结构和微生物群落对土地利用变化的响应

四种土地利用方式全土的中红外吸收谱线

【参考文献】