克隆整合对干扰条件下芦苇湿地土壤微生物群落和温室气体排放的影响

发布时间：2020-07-30 00:34

【摘要】：克隆植物形体相连的无性个体(分株)之间可以进行水分、养分和光合产物的传递和共享,并且这种克隆整合可以显著提高分株对环境胁迫的耐受能力和自身的净生产力,从而可能进一步影响分株周围的土壤微生物群落结构和生物量以及温室气体的排放量。尽管国内外已经开展了大量有关克隆整合对分株耐受胁迫能力影响的研究,但克隆整合对胁迫条件下土壤微生物群落以及生态系统温室气体排放影响的研究却十分缺乏。以黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地生态系统为研究对象,将直径60cm的圆形样方进行三个水平的石油添加处理(不添加或每年添加5mm或10 mm厚的石油)或四个水平的模拟采食处理(0%、30%、60%或90%),同时通过切断或不切断样方内外芦苇根状茎的连接来控制克隆整合的有无。实验连续开展了两年(2014—2015年),每年8月份在样方内进行土壤样品取样,在实验室内采用磷酸脂肪酸(PLFA)法测定土壤微生物总量及主要微生物类群含量,并测定土壤碳和氮含量以及土壤微生物生物量碳和氮含量;2015年5-10月期间每月测定各处理的CO2、CH4和N2O净排放;每年10月下旬对样方内植物进行收获并测定各项生长指标。取样时间显著影响石油污染土壤微生物PLFA总量、微生物碳和氮含量,这3个变量在2015年均显著高于2014年。石油添加在2015年显著增加了土壤微生物PLFA总量,但在2014年却无显著效应;同时,石油添加在2014年降低了土壤微生物碳和氮含量,而在2015年却增加了其含量。然而,无论在2014年还是2015年,芦苇的克隆整合对土壤微生物PLFA含量、微生物碳和氮含量均没有显著影响。土壤微生物PLFA总量与土壤微生物碳和氮含量呈正相关关系。在根状茎切断的条件下,无添加石油样方在第二个生长季的约3个月期间的CO2当量为-300 g m-2,而添加10 mm石油样方的CO2当量为800 g m-2。根状茎连接使每年添加10 mm石油处理的芦苇单株生物量和总地上生物量增加了约1/2,而温室气体总排放量减少了约1/2。根状茎连接对无石油添加处理的各项指标无显著效应。模拟采食显著降低了芦苇及整个植物群落的地上生物量、生产力和株数密度。克隆整合在2015年显著增加了芦苇的地上生物量和生产力,但其在2014年则无显著效应。土壤微生物PLFA总量、细菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌PLFA含量在2015年均高于2014年,且克隆整合在2015年显著增加了模拟采食条件下这4个指标的PLFA含量以及土壤微生物碳和氮的含量。因此,克隆植物的生理整合作用可能对土壤微生物群落具有连锁效应。模拟采食显著增加了芦苇群落的CO2累积排放量及CO2当量。随着模拟采食强度的增加,系统的温室气体排放量由0%修剪强度下的约-300gm-2逐渐增加到90%修剪强度下的约300 g m-2。同时,克隆整合同样显著增加了系统的CO2累积排放量及CO2当量,且这一效应随着模拟采食强度的增加而增强。湿地生态系统的温室气体排放受与CO2产生和消耗有关的植物和土壤微生物活动情况的共同调节。生态系统的温室气体排放与植物生产力和土壤微生物动态密切相关。以上实验结果表明,环境胁迫主要通过增加CO2排放或减少CO2消耗等加重了生态系统的温室效应,而与未受胁迫分株保持连接条件下克隆植物的生理整合作用能够显著提高分株对环境胁迫的耐受能力,进而增加克隆植物的总生产力和分株周围土壤微生物群落的活性和生物量。克隆整合一方面增加了植物生产力而减少了温室气体排放,另一方面也可以通过增加土壤微生物生物量而增加了温室气体的排放。因此,克隆植物的生理整合作用对生态系统的温室气体排放具有复杂的效应。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154.3;X144
【图文】：

黄河三角洲,实验站,地理位置

２．１．１地理环境逡逑黄河三角洲位于我国鲁西北平原黄河入海口处，地处渤海湾南岸和莱州湾西逡逑岸（图２－１），主要分布于山东省东营市和滨州市境内（３７°３５＇—３８°１２Ｗ，１１８°３３＇—逡逑１１９°２０￥），是黄河携带大量泥沙在渤海凹陷处长期的河、海、陆相互作用下形成逡逑的冲积平原，是世界上成土最快的河口三角洲，也是我国暖温带最广阔、最完整、逡逑最年轻和最具代表性的河口湿地生态系统（Ｘｕ邋Ｗ邋ａ／．，邋２００４；邋Ｌｉ扣虹，２００９）。黄河三逡逑角洲全区总面积８１００ｋｍ２，与长江三角洲、珠江三角洲并列为中国三大三角洲。逡逑其中湿地总面积约为４５００邋ｋｍ２（２４．６４邋％；孙志高等，２０１１）。逡逑，？ｖ邋Ｌｓ逡逑／逦ｉ逦ｌ２Ｔ邋Ｉ２２°Ｅ逡逑“邋１邋？邋＼／逡逑图２－１黄河三角洲及实验站地理位置逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｙｅｌｌｏｗ邋Ｒｉｖｅｒ邋Ｄｅｌｔａ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｓｔａｔｉｏｎ逡逑研宄区位于山东省东营市黄河三角洲的中国科学院烟台海岸带研宄所滨海逡逑湿地生态试验站（３７°４５，３６．６２〃一３７°４６，１５．５６〃Ｎ，邋１１８。５８＇３８＿７４〃一１１８°５８，５８．７７＂Ｅ），逡逑黄河三角洲国家级自然保护区大汶流管理站西侧。台站主观测试验场占地面积约逡逑６００亩

分株,芦苇,密度,标准误

３．４．１不同处理对芦苇生长的影响逡逑不同处理条件下芦苇的分株密度均表现为测定初期至９月期间逐渐增加，之逡逑后基本保持稳定或稍有下降（图３－１）。芦苇的总地上生物量和分株密度在２０１５逡逑年均高于２０１４年（表３－１；图３－２ａ，ｂ），且无论在２０１４年还是２０１５年，克隆整逡逑２５逡逑

芦苇,分株,根状茎,石油

逡逑合均显著增加了样方内芦苇的总地上生物量（表３－１；图３－２ａ）。具体表现为：当逡逑石油污染处理的芦苇与样方外未被污染分株的根状茎连接被切断时，芦苇的地上逡逑生物量降低了约１／３，而在其根状茎保持连接的条件下，添加石油处理没有显著逡逑降低芦苇的地上生物量（图３－２ａ）。此外，克隆整合同样显著增加了芦苇的单株逡逑生物量，且这一效应随着石油污染浓度的增大而增强（表３－１，０邋ｘ邋Ｓ效应户＜逡逑０．０５；图３－２ｃ）。不仅如此，石油污染和克隆整合的交互作用对芦苇单株生物量的逡逑效应还随着处理时间的增长而更加显著（表３－１，邋Ｔｘ0ｘＳ效应Ｐ＜邋０．０５；图３－逡逑２ｃ）。而芦苇分株密度对石油或者切断处理都没有表现出一致的响应（表３－１；图逡逑３－２ｂ）0逡逑综合分析５－１０月总Ｆｖ／Ｆｍ、Ｙ（ＩＩ）和ＮＰＱ数据，石油添加和切断处理及其交逡逑互作用对三种荧光指标均无显著效应。逡逑表３－１石油添加、切断和取样时间对芦苇地上生物量、分株密度和单株生物量的影响逡逑Ｔａｂｌｅ邋３－１邋Ｅｆｆｅｃｔｓ邋ｏｆ邋ｏｉｌ邋ａｄｄｉｔｉｏｎ

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