气候多因子对典型温带草原土壤微生物群落的影响研究

发布时间：2024-10-05 09:32

　　气候变化可改变土壤微生物群落及其所介导的碳氮等营养元素循环,对生态系统产生复杂的影响。然而目前关于多元气候变化因子交互作用对土壤微生物长期影响的综合研究匮乏,因此对地球元素化学循环的机理认识很少。针对该问题,本研究以美国加利福尼亚州温带草原生态系统为研究对象,通过人为模拟CO₂浓度升高、氮沉降、降水、增温和野火等野外试验表征多元气候变化,利用高通量测序和基因芯片（Geo Chip 4.6）等环境基因组学技术,从土壤微生物群落物种组成和功能基因两个角度深入探究其对多元气候变化因子的响应机制,主要发现为:（1）土壤微生物物种组成受单一气候因子的影响显著,其响应由具有最大效应的单一因子决定,效应强度依次为氮沉降、降水、CO₂浓度升高和野火,而未能检测到增温的单一因子作用和多元气候变化因子的交互作用。土壤微生物功能基因受单一因子和多种因子交互作用影响均显著,其响应机制与物种层面不同。（2）CO₂浓度升高（275 ppm）使得土壤微生物群落向生长缓慢物种组成转变:具有较高核糖体RNA操纵子（Ribosomal RNA Operon,...

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 全球气候变化
        1.1.2 草原生态系统
        1.1.3 全球气候变化对草原生态系统的影响
        1.1.4 土壤微生物对陆地生态系统的重要性
    1.2 全球气候变化对草原土壤微生物的影响
        1.2.1 CO_2浓度升高对土壤微生物的影响
        1.2.2 氮沉降对土壤微生物的影响
        1.2.3 降水对土壤微生物的影响
        1.2.4 增温对土壤微生物的影响
        1.2.5 野火对土壤微生物的影响
        1.2.6 多因素交互作用对土壤微生物的影响
    1.3 土壤微生物群落研究技术
    1.4 模拟气候变化的主要方法
    1.5 研究目标、研究内容与技术路线
        1.5.1 研究目标及关键科学问题
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 研究技术路线
第2章 试验设计和方法
    2.1 试验设计与样品采集
        2.1.1 试验设计
        2.1.2 样品采集
    2.2 环境参数测定
        2.2.1 气候参数与土壤性质测定
        2.2.2 土壤功能过程测定
        2.2.3 植物参数测定
    2.3 土壤微生物测序与功能基因芯片试验
        2.3.1 土壤微生物DNA提取
        2.3.2 Illumina测序
        2.3.3 Geo Chip基因芯片试验
        2.3.4 Illumina和 Geo Chip数据预处理
    2.4 统计分析
        2.4.1 微生物群落结构分析
        2.4.2 微生物与环境相互作用
第3章 温带草原土壤微生物对多元气候变化因子交互作用的响应
    3.1 引言
    3.2 研究方法
    3.3 实验结果
        3.3.1 多种因子交互作用对环境条件的影响
        3.3.2 多种因子交互作用对微生物物种组成的影响
        3.3.3 多种因子交互作用对微生物功能基因的影响
        3.3.4 微生物物种组成与环境因子的关系
        3.3.5 微生物功能基因与环境因子的关系
    3.4 讨论
    3.5 本章小结
第4章 温带草原土壤微生物对CO_2浓度升高的响应
    4.1 引言
    4.2 研究方法
    4.3 实验结果
        4.3.1 CO_2浓度升高对环境条件的影响
        4.3.2 CO_2浓度升高对微生物物种组成的影响
        4.3.3 CO_2浓度升高对微生物功能基因的影响
        4.3.4 影响微生物群落的主要环境参数
    4.4 讨论
        4.4.1 CO_2浓度升高对微生物物种组成的影响
        4.4.2 CO_2浓度升高对微生物功能基因的影响
        4.4.3 CO_2浓度升高影响草原生态系统的概念模型
    4.5 本章小结
第5章 温带草原土壤微生物对野火的响应
    5.1 引言
    5.2 研究方法
    5.3 实验结果
        5.3.1 野火对环境条件的影响
        5.3.2 野火对微生物物种组成的影响
        5.3.3 野火对微生物功能基因的影响
        5.3.4 影响微生物群落的主要环境参数
        5.3.5 微生物与植被对土壤CO_2排放通量的影响
    5.4 讨论
        5.4.1 野火对微生物物种组成的影响
        5.4.2 野火对微生物碳降解相关功能基因的影响
        5.4.3 野火对微生物氮循环相关功能基因的影响
        5.4.4 野火对土壤CO_2排放通量的影响
        5.4.5 野火影响草原生态系统的概念模型
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 展望与建议
参考文献
致谢
附录A 微生物物种相对丰度与凝聚强度关系
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：4007809