祁连山不同退化草地土壤微生物特性研究

发布时间：2017-04-08 12:01

  本文关键词：祁连山不同退化草地土壤微生物特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：选取青藏高原东北缘祁连山高寒草地为研究样本,通过植物群落特征及土壤养分特性的生态基质测定,依据《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级标准》(GB19377-2003),将研究区内草地划分为轻度退化草地(Lightly Degraded Grassland,LDG)、中度退化草地(Moderately Degraded Grassland,MDG)和重度退化草地(Severely Degraded Grassland,SDG),在此基础上,测定和分析高寒退化草地土壤微生物的各项生命活性指标,包括土壤三大类微生物数量、微生物种类多样性、微生物量碳和氮、微生物呼吸熵、氮素生理群和土壤重要酶(土壤蔗糖酶、土壤脲酶、土壤磷酸酶和土壤过氧化氢酶),阐述高寒地区不同退化程度草地土壤微生物特性,获得以下主要结果。1.草地退化和季节变化对高寒草地的植被特征与土壤特性均有改变,夏季轻度退化草地(LDG)植被盖度、植被高度和地上部产草量均为三种不同退化草地中最高的(96%、43cm和1396 kg/hm2);最小值(2%、2cm和47 kg/hm2)均出现在冬季重度退化草地(SDG)。轻度退化草地(LDG)在土壤养分变化与草地植被特征变化相似,其土壤有机质、土壤全氮、土壤全磷为三种草地中最高的(13.11%、0.43%、0.16%);而最小值(6.20%、0.39%、0.10%)均在重度退化草地(SDG);土壤容重的最大值及最小值(0.95、0.61g/cm3)刚好相反,分别出现在重度退化草地和轻度退化草地中。而土壤其他营养成分在三种草地间变化各不相同,土壤速效钾和硝态氮的最大值出现在中度退化草地(MDG)中,而铵态氮出现在轻度退化草地(LDG)中,且三者不随退化程度的加重而递减。2.高寒草地生态系统中,土壤三大类微生物(细菌、真菌和放线菌)数量在退化程度中的变化均呈现随退化程度加重而呈递减规律,即:轻度退化草地(LDG)中度退化草地(MDG)重度退化草地(SDG),且两季中表现为夏季冬季。细菌、真菌与放线菌的最大值(2.49×106、5.90×103和1.98×105 cfu/g)出现在夏季的轻度退化草地(LDG)中,而最小值(1.15×106、0.52×103和0.34×105 cfu/g)出现在冬季的重度退化草地(SDG)中。同时不同退化草地中都具有较明显的垂直空间分异特性,上层土壤中的数量均高于下层土壤,最大值多出现在0~10cm土层中。土壤细菌的种类多样性也随退化程度及季节变化出现波动。3.从16SrDNA克隆文库上分析,本实验中所选土样细菌多样性较高,其中轻度退化草地(LDG)和中度退化草地(MDG)优势菌为变形菌门,此外还有厚壁菌门、放线菌门、酸杆菌门等。与之比较,重度退化草地(SDG)土壤中变形菌门的数量大大减少,以放线菌门和厚壁菌门为主要群落。而中度退化草地(MDG)和轻度退化草地(ldg)土壤细菌组成差异不显著,但重度退化草地(sdg)无论是细菌组成还是优势菌方面都有极显著的影响。4.高寒草地生态系统中参与土壤碳循环的微生物指标在不同退化程度、植物生长季(夏季)和非生长季(冬季)之间差异较大,其中土壤微生物量碳、微生物熵均随着草地退化程度的加重数量减少,夏季轻度退化草地(ldg)为最大值(485.40mg/kg、6.18mg/g),最小值(154.45mg/kg、0.56mg/g)出现在冬季的重度退化草地(sdg)中;而微生物呼吸熵的变化情况不同,最大值及最小值(0.24%、0.14%)分别出现冬季的重度退化草地和轻度退化草地中。同时,土壤微生物量碳、微生物熵值呈现出较明显的垂直空间分异特性,土层越深两者值越小,其最大值(685.80mg/kg、4.35mg/g)都出现在0~10cm土层中轻度退化草地(ldg)中,而微生物呼吸熵与土壤层次之间没有对应关系,其最小值(0.08%,0.1%)分别出现在0~10cm土层的中度退化草地(mdg)与重度退化草地(sdg)中。5.高寒草地中与土壤氮素循环相关的微生物指标受草地退化及季节变化影响变化各不相同,土壤微生物量氮、土壤微生物氮素生理群数量均随着退化程度的加重,其含量在两季中都相应减少。除了反硝化细菌之外,微生物量氮、氨化细菌、好气性固氮菌、嫌气性固氮菌和硝化细菌的最大值(31.01mg/kg、4.89×105cfu/g、1.59×105cfu/g、6.23×104cfu/g和3.50×103cfu/g)出现在夏季轻度退化草地(ldg)中;而冬季重度退化草地(sdg)中呈现了最小值(7.35mg/kg、2.26×105cfu/g、2.87×104cfu/g、0.66×104cfu/g和0.66×103cfu/g)。同时,微生物量氮在各不同土壤层次间的分布和微生物量碳基本保持一致,除了重度退化草地冬季,其他退化草地在两季中表现出随深度加深微生物量氮递减的规律。土壤微生物氮素生理群的5种菌在分布规律上存在垂直递减特性,随着退化程度的加重,各种氮素生理群的数量也在减少。微生物量氮及5种土壤微生物氮素生理群的分布主要集中在0~10cm土层,其空间层次分布与土壤三大类微生物一致,其最大值(24.97mg/kg、5.42×105cfu/g、1.29×105cfu/g、5.61×104cfu/g、2.62×103cfu/g、6.95×103cfu/g)均出现在这一层次。6.高寒草地土壤酶活性随草地退化程度加重,在植物生长季和非生长季变化情况较大,除了蔗糖酶活性改变量较明显以外,其他三种酶类有所减少,但差异不显著。除了过氧化氢酶,蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的最大值(6.10mg/g.d、0.64mg/g.d和0.0082mg/g.d)均出现在夏季的轻度退化草地(ldg)中;而重度退化草地(sdg)中为最小值(0.72mg/g.d、0.22mg/g.d和0.0049mg/g.d)。除了脲酶活性没有呈现出明显的垂直空间分布规律以外,其他三种酶活性在各土壤层次间分布呈现出垂直分布规律,蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶的最大值(2.49mg/g.d、0.44 mg/g.d和1.23ml/g.h)出现在0~10cm土层。7.整体分析草地生态系统中土壤微生物各项生命活动指标,并结合草地植被特征与土壤特性,认为微生物对环境改变的敏感性及预测指示性较高,其在草地生态系统中的重要性与各环境因子之间关联较紧密。因此,建议将土壤微生物活性指标运用于天然草地退化评价及程度分级。
【关键词】：高寒退化草地 微生物多样性 土壤微生物量 微生物熵 土壤酶
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S812.2
【目录】：

• 缩略词7-8
• 摘要8-11
• Abstract11-14
• 引言14-16
• 第一章 文献综述16-26
• 1 我国草地资源概况与现状及其服务功能16-17
• 1.1 我国草地资源概况与现状16
• 1.2 我国草地草地生态系统的服务价值16-17
• 2 草原退化的驱动力17-18
• 2.1 草原退化的自然演替17-18
• 2.2 草原退化的人为诱因18
• 3 草地退化的程度分级18-20
• 3.1 草地退化的分级与分级指标19
• 3.2 高寒草地植物群落特性19-20
• 3.3 高寒草地土壤理化性质20
• 4 高寒草地微生物多样性20-21
• 5 微生物在草地土壤碳循环中的作用21-24
• 5.1 高寒草地土壤微生物量碳21-22
• 5.2 草地微生物呼吸熵及微生物熵22-24
• 6 草地微生物在土壤氮循环中的作用24-25
• 6.1 草地土壤微生物量氮24
• 6.2 草地土壤微生物氮素生理群24-25
• 7 草地土壤酶活性25-26
• 第二章 高寒地区不同退化程度草地生态基质特性研究26-36
• 1 研究区自然概况26-27
• 2 材料与方法27-30
• 2.1 样地选择27-28
• 2.2 植物群落特征测定28-29
• 2.2.1 植物种类及优势种调查28
• 2.2.2 群落覆盖度与草层高度测定28
• 2.2.3 群落地上部产草量测定28
• 2.2.4 重要值计算28-29
• 2.3 土壤养分特性29-30
• 2.3.1 土壤有机质29
• 2.3.2 土壤容重29
• 2.3.3 土壤氮29-30
• 2.3.4 土壤磷30
• 2.3.5 土壤速效钾30
• 2.3.6 铵态氮与硝态氮30
• 3 结果与分析30-34
• 3.1 草地植物群落特征30-33
• 3.1.1 植物种类及优势种30-31
• 3.1.2 群落覆盖度与草层高度特征31-32
• 3.1.3 群落地上部产草量特征32-33
• 3.2 草地土壤养分特性33-34
• 3.2.1 土壤有机质33
• 3.2.2 土壤容重33
• 3.2.3 土壤氮33
• 3.2.4 土壤磷33-34
• 3.2.5 土壤速效钾34
• 3.2.6 铵态氮和硝态氮34
• 4 小结及讨论34-36
• 第三章 高寒地区不同退化程度草地微生物群落多样性特征研究36-75
• 1 材料与方法37-46
• 1.1 土壤三大类微生物数量测定37-38
• 1.1.1 土壤样品采集37
• 1.1.2 土壤三大类微生物数量测定37-38
• 1.2 土壤细菌多样性动态分析38-46
• 1.2.1 材料38-39
• 1.2.2 方法39-46
• 2 结果与分析46-73
• 2.1 不同退化草地土壤三大类微生物数量特征46-49
• 2.1.1 季节动态46
• 2.1.2 空间动态46-47
• 2.1.3 土壤微生物数量变化动态47-49
• 2.2 土壤DNA提取和rDNA文库构建49-52
• 2.2.1 土壤总DNA检测结果49-50
• 2.2.2 r DNA的扩增结果50
• 2.2.3 阳性克隆子检测50-51
• 2.2.4 RFLP分析51-52
• 2.3 数据分析52-66
• 2.3.1 数据分析52
• 2.3.2 测序结果分析52-64
• 2.3.3 微生物组成分析64-65
• 2.3.4 草地退化对土壤微生物的影响65-66
• 2.4 系统进化分析66-72
• 2.5 聚类分析和主因子分析72-73
• 3 小结与讨论73-75
• 3.1 小结73-74
• 3.2 讨论74-75
• 3.2.1 草原退化过程“微生物—土壤—植被”之间的相互关系74
• 3.2.2 文库的样本量问题74-75
• 第四章 高寒地区不同退化程度草地微生物量碳和微生物呼吸熵特性研究75-85
• 1 材料与方法75-78
• 1.1 微生物量碳测定75-77
• 1.1.1 材料75
• 1.1.2 方法75-77
• 1.2 草地微生物呼吸熵测定77-78
• 1.2.1 材料77
• 1.2.2 方法77-78
• 2 结果与分析78-83
• 2.1 不同退化草地微生物量碳特性78-80
• 2.1.1 季节动态78-79
• 2.1.2 空间动态79
• 2.1.3 微生物量碳变化动态79-80
• 2.2 不同退化草地土壤微生物熵特性研究80-81
• 2.2.1 季节动态80
• 2.2.2 空间动态80-81
• 2.2.3 土壤微生物熵变化动态81
• 2.3 不同退化草地土微生物呼吸熵特性研究81-83
• 2.3.1 季节动态81-82
• 2.3.2 空间动态82
• 2.3.3 微生物呼吸熵变化动态82-83
• 3 小结与讨论83-85
• 3.1 小结83
• 3.2 讨论83-85
• 第五章 高寒地区不同退化程度草地土壤微生物量氮和氮素生理群特性研究85-103
• 1 材料与方法85-89
• 1.1 微生物量氮测定85-87
• 1.1.1 材料85
• 1.1.2 方法85-87
• 1.2 氮素生理群数量测定87-89
• 1.2.1 材料87
• 1.2.2 方法87-89
• 2 结果与分析89-100
• 2.1 不同退化草地微生物量氮特性89-91
• 2.1.1 季节动态89-90
• 2.1.2 空间动态90
• 2.1.3 微生物量氮变化动态90-91
• 2.2 不同退化草地微生物量碳氮比91-92
• 2.2.1 季节动态91
• 2.2.2 空间动态91-92
• 2.2.3 微生物量碳氮比变化动态92
• 2.3 不同退化草地土壤氮素生理群数量特征92-100
• 2.3.1 季节动态92-95
• 2.3.2 空间动态95-97
• 2.3.3 氮素生理群变化动态97-100
• 3 小结与讨论100-103
• 3.1 小结100-101
• 3.2 讨论101-103
• 3.2.1 微生物量氮、氮素生理群在土壤氮循环中的转化作用101
• 3.2.2 微生物碳氮比与土壤有机质分解循环的关系101-103
• 第六章 高寒地区不同退化程度草地土壤酶活性研究103-116
• 1 材料与方法103-108
• 1.1 材料103
• 1.2 方法103-108
• 1.2.1 土壤蔗糖酶活性测定103-105
• 1.2.2 土壤脲酶活性测定105-106
• 1.2.3 土壤磷酸酶活性测定106-107
• 1.2.4 土壤过氧化氢酶活性测定107-108
• 2 结果与分析108-114
• 2.1 不同退化草地土壤蔗糖酶活性108-109
• 2.1.1 土壤蔗糖酶特性108-109
• 2.1.2 土壤蔗糖酶变化动态109
• 2.2 不同退化草地土壤脲酶活性109-111
• 2.2.1 土壤脲酶特性109-110
• 2.2.2 土壤脲酶变化动态110-111
• 2.3 不同退化草地土壤磷酸酶活性111-112
• 2.3.1 土壤磷酸酶特性111-112
• 2.3.2 土壤磷酸酶变化动态112
• 2.4 不同退化草地土壤过氧化氢酶活性112-114
• 2.4.1 土壤过氧化氢酶特性112-113
• 2.4.2 土壤过氧化氢酶变化动态113-114
• 3 小结与讨论114-116
• 3.1 小结114-115
• 3.2 讨论115-116
• 第七章 结论与讨论116-124
• 1 结论116-117
• 2 讨论117-123
• 2.1 退化草地微生物在生态系统物质循环中的作用117-120
• 2.1.1 土壤微生物对于碳氮循环的作用117-119
• 2.1.2 土壤—植被—微生物之间的关系119-120
• 2.2 时间跨度高寒草地退化的比较研究120-121
• 2.3 草地退化过程中“土—草—微生物”的关系121-123
• 3 论文特色及创新123-124
• 参考文献124-130
• 导师简介130-131
• 作者简介131-132
• 致谢132-133

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 马文文;姚拓;靳鹏;王国基;张玉霞;;荒漠草原2种植物群落土壤微生物及土壤酶特征[J];中国沙漠;2014年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 马丽萍;天祝高寒草地不同扰动生境土壤微生物数量时空动态研究[D];甘肃农业大学;2004年

  本文关键词：祁连山不同退化草地土壤微生物特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：292796