海拔梯度及土地利用方式对藏东南地区土壤有机碳和微生物群落的影响

发布时间：2017-12-29 15:06

  本文关键词：海拔梯度及土地利用方式对藏东南地区土壤有机碳和微生物群落的影响　出处：《中国农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：土壤微生物是生态系统功能发挥和生物地球化学循环的驱动者和重要载体。高山生态系统具有在相对较小的空间尺度上环境变化剧烈的特点,为研究土壤微生物群落结构及其生态系统功能提供了十分有利的条件。青藏高原平均海拔4000米,土壤有机碳库储量巨大,并且对气候变化和人为扰动十分敏感。本论文主要以藏东南色季拉山地区土壤有机碳库和土壤微生物群落为对象,开展野外采样并结合模拟培养试验,研究了海拔梯度以及土地利用方式变化对两者的影响,旨在揭示高海拔地区土壤碳循环过程中的微生物学机制,对深入理解高寒生态系统土壤碳循环过程有重要的意义。主要结果如下：(1)在色季拉山西坡3000至4600米范围采样发现,0-60 cm土壤的有机碳总储量平均值的变化范围为77.67-281.73 Mg C ha-1。总体上剖面各层土壤有机碳储量随海拔变化表现出单峰变化模式,在3900至4100米处土壤有机碳储量最高。土壤有机碳储量受到植被带、土壤水分和温度的综合影响。(2)色季拉山西坡植物和凋落物样品的稳定性碳同位素组成(δ13C值)的变化范围为-25.40‰至-31.68‰,并且随海拔变化表现出单峰模式,在海拔3900米左右处最低。剖面各层土壤样品相对于植物和凋落物富集13C,其δ13C值在-21.55‰至-29.17‰之间。土壤有机质周转过程中的稳定性碳同位素分馏系数(α值)的变化范围为1.0005-1.0024,随海拔梯度变化表现出单峰变化模式。暗针叶林带α值最高,高寒草甸和针阔混交林带α值最低。土壤含水量和凋落物含氮量与α值的变化显著相关,是影响色季拉山西坡土壤有机质周转的主要因素。(3)在色季拉山西坡3105-4556米土壤微生物群落组成和结构没有表现出明显的海拔分布特征,但微生物群落的碳源代谢活性随着海拔的升高而显著降低。高海拔的土壤微生物群落能够利用多种碳水化合物以及结构较为复杂的芳香族化合物,而低海拔的微生物更偏好利用易分解的碳源底物。随着海拔升高,土壤烷氧碳相对含量增加,烷基碳/烷氧碳降低,这与微生物碳源利用模式沿海拔梯度的变化相吻合。土壤pH值是影响土壤微生物群落结构及碳源代谢活性沿海拔变化的重要因素。年平均温度及植被组成通过对土壤pH值和碳源底物有效性的潜在作用间接影响到微生物群落结构及碳源代谢模式。(4)在色季拉山西坡海拔3356-4590米采集表层和底层土壤样品,分别在15℃及25℃下进行培养试验。温度升高后,低海拔(E1)土壤微生物磷脂脂肪酸含量在表层土壤没有显著变化,而在底层土壤有显著增加。中海拔(E3)和高海拔(E5)表层及底层土壤微生物群落在温度升高后的变化与海拔E1相反。表层土壤的微生物群落对温度升高的响应程度相对高于底层土壤,并且微生物群落结构经过不同温度培养后有明显差异。温度升高促进了土壤有机碳的分解,有机碳矿化速率和累积矿化量显著受到海拔和土层的影响。土壤有机碳分解的Q10值随分解程度的增加而显著升高,并且在分解后期底层土壤的Q10值(3.04)显著高于表层土壤(1.94)。Q10值在表层和底层土壤表现出不同的海拔变化模式,并显著受到环境因子和土壤有机碳质量影响。另外,Q10值与土壤微生物量尤其是革兰氏阳性细菌和真菌显著负相关,说明这些微生物数量的增加有利于降低土壤有机碳分解对温度升高的敏感性。(5)森林和草地转变为农田后,土壤总碳含量平均降低43-58%,其中易酸解碳、酸解稳定性碳、不稳定碳库和物理稳定性碳库显著减少。土壤有机碳库各组分的数量及质量显著受到土壤pH值、团聚体组成以及土壤质地的影响。森林和草地土壤微生物磷脂脂肪酸总量显著高于农田土壤,并且微生物群落结构差异显著。各微生物类群生物量以及群落结构(真细比、革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌)对不同土地利用方式下土壤有机碳库的特征有显著影响。不稳定颗粒有机质的δ13C值在农田土壤中(-21.63±0.52‰)显著低于森林(-23.57±0.44‰)和草地(-23.99±0.43‰).说明农业耕作显著加速了微生物对这部分有机碳的周转,减少了稳定性有机碳组分如微团聚体保护的有机碳组分的形成,从而导致了土壤有机碳库的显著减少。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153.6
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本文编号：1350706