氮添加后辽西北稀树灌草丛土壤细菌结构及其与土壤碳氮的关系

发布时间：2020-07-24 16:51

【摘要】：为了掌握大气氮沉降对稀树灌草丛生态系统土壤细菌群落的影响,以位于科尔沁沙地东南缘的稀树灌草丛为对象,采用人工模拟氮沉降(0、10、25、40和80kgN ·hm-2 ·a-1)和高通量分析结合法分析了土壤细菌群落结构和土壤碳氮性质的变化。本试验设置N0(空白对照组)、N10、N25、N40和N80五个氮添加梯度,对处理过的土壤中细菌的16SrDNA进行三代测序。结果表明:1.细菌群落丰度会随着氮添加量的变化而变化。在门水平上土壤细菌对照土壤中,厚壁菌门(Firmicutes)占绝对优势,其丰度达37%,变形菌门(Proteibacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度为24.7%和18.1%,属于次优势门类,放线菌门(Actinobacteria)及酸杆菌门(Acidobacteria)的丰度分别为6.75%和6.34%。随着氮添加量的增加,厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门优势和次优势门的优势度明显下降,而放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门(Chloroflexi)优势度明显增强,尤其酸杆菌门的优势度增加更为明显。细菌丰度及结构在属分类水平上也有明显差异。对照土壤中,检测到172属的细菌,优势属为韦荣球菌属(Feillonella),丰度为 18.9%,埃希式杆菌属(Escherichia)、梭菌属(Clostridium)和拟杆菌属(Bacteroides)的丰度在4.2%-5.3%,为次优势属。N10水平下,梭菌属、埃希式杆菌属、CandidatusSolibacter成为共优势属,丰度在2.0%-3.3%之间。N25水平下,优势属为Aquabacterium,其丰度为7.5%,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、Kaistobacter的丰度在2.3%-2.7%。N40水平下,埃希式杆菌属、梭菌属,Candidatus Solibacter、鞘氨醇单胞菌属为共优势属,丰度在1.2%-3.3%之间。N80水平下,鞘氨醇单胞菌属、Kaistoacter、Candidatus Solibacter、埃希式杆菌属、红游动菌属(Rhodoplanes)的丰度在1.3%-2.6%间,无明显的优势属。综上所述,氮添加后土壤细菌相对丰度及结构发生变化,对照土壤中韦荣球菌属明显占优势,且检测到的菌属多。随着氮添加量增加,韦荣球菌属、埃希式杆菌属、梭菌属和拟杆菌属的优势度减少或消失,而未知菌属比重显著增加,优势属从单一变为多种。2.通过土壤微生物16SrDNA高通量测序技术,分析了辽西北灌草丛土壤细菌的多样性指数。本试验中5个梯度的Chaol指数表现为N10N80N40N25N0。ACE 指数表现为 N80N10N40N25NO。Simpson 指数表现为N10N25N40N80NO。Shannon 指数表现为 N10N25N80N40NO。增氮处理,使土壤细菌四个多样性指数(Simpson,chaol,ACE,shannon)均增加。由此可以得出,增氮处理,增加科尔沁沙地稀树灌丛草地细菌群落多样性及丰富度,且N10梯度下表现的多样性最高。增氮处理不仅影响土壤细菌群落组成及丰度,而且对功能群的丰度也有影响。由本试验结果可以看出氮添加有助于提高大多数功能群丰度,仅有核苷酸代谢和辅助因子及维生素代谢两种组群功能群受到抑制。3.5个梯度土壤理化性质测定结果显示:土壤pH、氨态氮和硝态氮含量差异较大。本试验地土壤pH值在5.4-6.0之间,偏酸性,随着氮浓度的增加土壤pH总体呈现降低趋势。土壤中氨态氮含量范围在0.07mg·kg-1-0.17mg· kg-1,其含量在未增氮处理样地中最低,N80处理中最高,二者有显著差异性。土壤中硝态氮含量范围在0.34mg·kg-1-0.64mg·kg-1,N80 土样中含量显著高于其他浓度。五组土壤全氮含量范围在1.31g·kg-1-1.77g·kg-1之间,没有显著差异。五个梯度土壤有机碳含量范围在3.70 ·kg-1-5.06g· kg-1之间,没有显著差异。碳氮比在4.60-5.50之间,也没有显著差异。因此土壤pH、氨态氮和硝态氮三项指标含量的高低影响着土壤养分结构状况,这可能成为土壤微生物群落结构及丰富度的影响因素。土壤全氮,有机碳及碳氮比没有随着氮添加发生显著变化,可能是由于土壤氮库、碳库系统在短时间内可以保持自身的稳定,需要长期定量施肥继续监测。4.从距离矩阵聚类分析图及群落组成热图均可以看出,空白对照组的细菌丰度与增氮处理后有很大的差异,并且群落中的优势门类和菌属结构也发生了很大的改变,这些变化可以猜测是由增氮导致的。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q948.1

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