土壤木栓酮在森林和农田生态系统的生态指示作用

发布时间：2020-11-11 06:48

　　 沉积物中木栓酮作为指示被子植物的生物标记物,可追溯地球古环境和古植被的历史变化。本研究对土壤木栓酮的来源、积累途径和稳定性,以及对土壤微生物群落组成和结构的影响进行分析,并选取全国34个典型森林和农田生态系统样点进行研究,探索土壤木栓酮的分布特征,以及土壤木栓酮在森林和农田生态系统的生态指示作用。 研究结果显示,木栓酮在我国不同植被区常见植物中普遍存在,并具有种属特异性。主要经由凋落物途径进入土壤,在土壤中较稳定,半衰期t1/2=54d (K=0.013,Y=0.218+4.62e-0.013t,r2=0.993)。木栓酮对土壤活性有显著影响,通过平板计数法和磷脂脂肪酸法发现木栓酮对土壤微生物群落组成和结构均有显著影响。木栓酮在土壤中的垂直分布规律表现为表层土壤显著高于其他深度土壤,深层土壤(20-100cm)木栓酮含量没有显著变化。士壤木栓酮随季节波动,但在较长时间尺度下维持稳定。 术栓酮在森林和农田生态系统土壤中广泛存在(0.02-6.27μg/g土),森林土壤木栓酮含量普遍大于农田,自然生态系统土壤普遍大于人工生态系统(天然林人工林,撂荒地农田)。土壤木栓酮的空间分布规律是受土地利用方式、气候因子和土壤因子等多种环境因子共同作用的结果。土地利用方式对土壤木栓酮有显著影响,气候因子对土壤木栓酮有显著间接影响。土壤木栓酮与土壤有机质、土壤pH值极显著相关,土壤pH对土壤木栓酮的影响效应大于土壤有机质。 木栓酮在森林生态系统土壤中普遍存在(0.17-6.27μg/g土),不同林型间存在显著差异。天然林土壤中木栓酮含量远高于人工林,人工针叶林和人工阔叶林不因叶差异而存在差异,人工针阔混交林土壤中木栓酮含量小于人工针叶林和人工阔叶林。随着植物群落的演替,表层土壤中木栓酮含量逐渐升高。木栓酮在农田生态系统土壤中普遍存在(0.02-0.32μg/g土),不同土地利用方式表层土壤间存在显著差异,撂荒地和农田防护林土壤中木栓酮含量显著大于农田,水田和旱田没有明显差异。在不同耕作模式下,长期施肥土壤中木栓酮含量最低。分析森林和农田土壤木栓酮与土壤理化性质和土壤微生物群落组成和结构的相关性,较小空间尺度下土壤木栓酮仅与土壤真菌菌群存在显著相关性,森林土壤与土壤全N显著相关,而农田土壤有机质和土壤微生物量碳显著相关。综合分析森林和农田生态系统土壤木栓酮与植被、空间位置、气候因子、土壤因子以及土地利用方式等环境因子的关联性,发现土壤中木栓酮对人为干扰具有生态指示作用,建议土壤中木栓酮可作为生物标志物对生态系统脆弱度和恢复程度作出有效评估。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S181
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
    1.1 萜类物质
        1.1.1 萜类物质的种属特异性及其在植物化学分类中的应用
        1.1.2 萜类物质对生物之间相互作用关系的调控及其化感效应
        1.1.3 萜类物质在地球化学研究中作为生物标志物的指示作用
    1.2 土壤微生物群落组成和结构
        1.2.1 基础呼吸和诱导呼吸
        1.2.2 土壤微生物量碳
        1.2.3 平板计数法测土壤可培养微生物
        1.2.4 磷脂脂肪酸法测定土壤微生物群落组成和结构
    1.3 研究目标
    1.4 研究内容
    1.5 技术路线
第二章 土壤木栓酮的来源及积累途径
    2.1 材料与方法
        2.1.1 研究区域
        2.1.2 植物样品采集
        2.1.3 植物和土壤样品中木栓酮定量测定
        2.1.4 研究方法
    2.2 数据处理与分析
    2.3 结果与分析
        2.3.1 木栓酮在黑龙江帽儿山人工林和天然林优势植物中的存在
        2.3.2 木栓酮在北京地区常见植物和农田作物以及杂草中的存在
        2.3.3 木栓酮在亚热带阔叶林植被区常见植物中的存在
        2.3.4 木栓酮在热带植物中的存在
        2.3.5 木栓酮进入土壤的主要途径
    2.4 讨论
第三章 土壤木栓酮的稳定性及对土壤微生物的影响
    3.1 实验材料与方法
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 实验方法
    3.2 数据处理与分析
    3.3 数据结果与分析
        3.3.1 木栓酮在土壤中的降解动态
        3.3.2 木栓酮对土壤微生物活性的影响
        3.3.3 木栓酮对土壤微生物量碳的影响
        3.3.4 木栓酮对土壤微生物群落结构的影响
    3.4 讨论
第四章 森林和农田生态系统土壤中木栓酮的含量与分布特征
    4.1 材料与方法
        4.1.1 研究区域概况
        4.1.2 研究方法
        4.1.3 实验方法
    4.2 数据处理与分析
    4.3 结果与分析
        4.3.1 木栓酮在不同土地利用方式土壤中的存在
        4.3.2 土壤木栓酮与环境因子的主成分分析
        4.3.3 土壤木栓酮的地理分布规律
        4.3.4 土壤中木栓酮与气候因子的关系
        4.3.5 土壤中木栓酮与土壤因子的关系
        4.3.6 土地利用方式、土壤、气候以及空间位置的相关作用
    4.4 讨论
第五章 土壤木栓酮在森林生态系统的生态意义
    5.1 材料与方法
        5.1.1 研究区域基本概况
        5.1.2 样地设置
        5.1.3 土壤样品采集
        5.1.4 实验方法
    5.2 数据处理与分析
    5.3 结果与分析
        5.3.1 木栓酮在不同深度森林土壤中的分布特征
        5.3.2 木栓酮在不同林型土壤中的分布特征
        5.3.3 木栓酮在不同土地利用方式土壤的分布特征
        5.3.4 木栓酮在不同植物群落演替阶段土壤中的分布特征
        5.3.5 土壤中木栓酮的时间尺度变化
        5.3.6 不同林型土壤理化性质和微生物群落结构分析
        5.3.7 土壤生物和非生物因子与土壤木栓酮相关性分析
    5.4 讨论
第六章 土壤中木栓酮在农田生态系统的生态意义
    6.1 材料与方法
        6.1.1 研究区域基本概况
        6.1.2 研究样地设置
        6.1.3 土壤样品采集
        6.1.4 实验方法
    6.2 数据处理与分析
    6.3 结果与分析
        6.3.1 木栓酮的土壤垂直分布特征
        6.3.2 木栓酮在不同土地利用方式不同深度土壤中的分布特征
        6.3.3 木栓酮在不同耕作方式土壤中的分布特征
        6.3.4 木栓酮在农田生态系统土壤中的动态变化
        6.3.5 不同土地利用方式不同深度土壤微生物群落组成和结构
        6.3.6 不同耕作方式土壤微生物群落组成与结构
        6.3.7 土壤微生物群落组成和结构的季节动态
        6.3.8 季节和土地利用方式对土壤木栓酮与土壤微生物群落的影响
        6.3.9 土壤理化性质、土壤微生物群落与土壤木栓酮的相关性分析
    6.4 讨论
第七章 结论与展望
    7.1 主要研究结论
    7.2 展望
参考文献
附录
致谢
作者简历

【参考文献】

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本文编号：2878886