日本落叶松枯落物分解过程及其生物学特征研究

发布时间：2017-06-04 04:06

  本文关键词：日本落叶松枯落物分解过程及其生物学特征研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：枯落物分解是养分归还土壤的重要途径。人工林具有速生、短轮伐期、长期单一化种植等特点,枯落物分解缓慢,地力出现衰退,这种现象在针叶林中尤其突出,因此了解枯落物分解过程和分解机制,对于提高人工林土壤肥力和改善林地质量具有重要作用。本研究以温带和北亚热带亚高山区日本落叶松人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR(q PCR)技术、末端限制性酶切片段长度多态性(T-RFLP)技术及变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术相结合的方法研究了温带地区日本落叶松不同发育阶段枯落物及两个气候区不同林分密度下、不同组成的枯落物中微生物群落结构特征,同时对枯落物的分解特征、养分特征及酶活性特征等进行了研究,利用典范对应分析与相关分析法对微生物与其环境因素的相关性进行综合分析,探寻枯落分解过程中微生物的作用机制,得到如下主要结论:(1)日本落叶松人工林随林分发育,存在潜在地力衰退的趋势。表层土壤(0-5cm)与枯落物层的养分含量、酶活性及微生物数量总体上随着林分发育呈先上升后下降的趋势,在近熟林阶段最低,而枯落物贮量在近熟林阶段最高。枯落物贮量在幼龄林到近熟林阶段都表现为半分解层较高,在成熟林阶段为全分解层最高;枯落物层真菌数量和除漆酶外的其它酶活性均表现为未分解层半分解层全分解层;细菌数量表现为半分解层未分解层全分解层;真菌类群比细菌类群在不同分解层中的演替特征更明显。(2)不同组成枯落物都表现为前期分解快、后期分解慢,生长季节分解快、非生长季节分解慢的分解特征,仅分解速率不同。有机碳含量、C/N比、C/P比及养分残余率基本表现为纯阔叶针阔混合针灌混合纯针,其它养分含量及枯落物分解速率基本表现为纯阔叶针阔混合针灌混合纯针。在温带地区低密度林分中枯落物分解较快,养分残余率较低,而北亚热带高密度林分中枯落物分解较快,养分残余率较低。北亚热带枯落物的分解速率快于温带地区,初始C/N比、C/P比低于温带地区。在同一气候区不同组成枯落物分解过程中养分元素含量、残余率变化趋势总体相似,而不同气候区枯落物分解过程中一些养分元素含量、养分残余率的变化趋势差异较大。(3)酶活性在不同组成枯落物、不同林分密度下、不同气候区的枯落物分解过程中变化趋势基本相同。枯落物分解过程中淀粉酶、转化酶、酸性磷酸酶及碱性磷酸酶活性随分解进行总体呈下降趋势;β-葡萄糖苷酶、内切纤维素酶随分解进行呈波动性变化,下降幅度很小;漆酶与多酚氧化酶活性随分解进行总体呈上升趋势。阔叶与针阔混合枯落物中酶活性显著高于其它组成的枯落物,其次为针叶中含草灌较多的枯落物,针叶与箬竹混合枯落物、纯针枯落物酶活性较低。温带地区大部分的酶活性都表现为低密度林分高于高密度林分,北亚热带地区大部分的酶活性都表现为高密度林分高于低密度林分。北亚热带枯落物中酶活性总体高于温带,而且北亚热带地区酶活性在4月份已经恢复到较高的水平,温带地区则到5月份才恢复到较高的水平。(4)枯落物分解过程中优势真菌、细菌的种类与数量在不同组成枯落物、不同林分密度下以及不同气候区的枯落物分解中都存在一定差异。在温带地区C/N比较低的枯落物中真菌、细菌数量较高,低密度林分枯落物中真菌、细菌数量高于高密度林分;不同组成枯落物分解过程中少数一直为优势菌的细菌类群基本相同,真菌类群也基本相同,但大部分优势菌类群、相对数量都存在差异。在北亚热带细菌数量表现为C/N比较低的枯落物较高,而真菌数量表现为C/N比较高的枯落物较高,高密度林分枯落物中真菌、细菌数量都高于低密度林分;不同组成枯落物分解过程中优势细菌、真菌类群与相对数量都有一定差异。细菌数量在温带地区高于北亚热带亚高山区,而真菌数量则表现为北亚热带亚地区高于温带地区,但在两个气候区枯落物分解过程中出现的优势细菌类群基本相同,而优势真菌类群差异非常大,起主要作用的真菌基本都不相同。分解过程中一直为优势菌的真菌类群相对数量一般较低,而是在特定时期出现的优势真菌类群相对数量较高。同一组成枯落物在不同林分密度下分解过程中一直为优势菌的真菌、细菌类群基本相同,但大部分的优势菌在不同林分密度下枯落物中发展为优势菌的时期存在差异。枯落物分解过程中细菌大多隶属于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria),其中以变形菌门数量最多;真菌90%以上隶属于子囊菌门(Leotiomycetes),其余隶属于担子菌门(Agaricomycetes)。(5)分解速率、酶活性、微生物数量及枯落物性质间存在复杂的相互关系。两个气候区枯落物总分解率都与有机碳含量、C/N、C/P成负相关,与其它养分元素成正相关。C/P比、Ca、Mg含量对不同组成枯落物中真菌、细菌群落结构都有重要影响。p H对不同组成枯落物在短期分解内微生物群落结构影响较小,而对不同分解层枯落物中微生物影响较大。温带地区枯落物初始性质与分解速率、微生物数量的相关性高于北亚热带,且温带地区C/N比较高的枯落物与C/N比较低的枯落物中微生物群落结构受枯落物性质的影响差异明显,表明温带地区枯落物性质对分解的影响更大。枯落物分解过程中基本都表现为分解前期与微生物群落结构相关性较高的环境因素较多,分解后期减少;真菌比细菌对环境变化更敏感,但细菌数量与初始养分的相关性性高于真菌。在分解过程中一直为优势菌的真菌类群与细菌类群基本都分布在坐标轴原点附近,受环境因素的影响较小。在温带地区淀粉酶、内切纤维素酶、几丁质酶、β-葡萄糖苷酶、漆酶及多酚氧化酶与总分解率的相关性较大,而在北亚热带淀粉酶、转化酶、内切纤维素酶、几丁质酶、β-葡萄糖苷酶与总分解率的相关性较大。优势细菌类群大多与磷酸酶、转化酶相关性较高,而优势真菌类群则与纤维素降解酶、木质素降解酶相关性较高。真菌与细菌对酶的产生具有协同作用,优势菌与非优势菌对酶的产生都有重要作用。
【关键词】：日本落叶松 枯落物分解 微生物 养分释放 酶活性
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S714
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-21
• 第一章 绪论21-32
• 1.1 引言21-29
• 1.1.1 研究背景21
• 1.1.2 项目来源与经费支持21-22
• 1.1.3 国内外研究现状及发展趋势22-29
• 1.2 研究目标和主要研究内容29-31
• 1.2.1 关键科学问题与研究目标29
• 1.2.2 研究内容29-31
• 1.3 研究技术路线31-32
• 第二章 材料与方法32-45
• 2.1 研究区域概况32-33
• 2.2 实验设计与取样33-35
• 2.2.1 不同发育阶段林下表层土壤与枯落物研究实验设计与取样33-34
• 2.2.2 不同组成枯落物分解实验设计与取样34-35
• 2.3 研究方法35-44
• 2.3.1 枯落物及土壤养分测定35-36
• 2.3.2 枯落物分解速率与养分释放率36-37
• 2.3.3 枯落物及土壤p H测定37
• 2.3.4 枯落物及土壤主要酶活性测定37-39
• 2.3.5 微生物群落结构研究39-44
• 2.4 数据处理44-45
• 第三章 林分不同发育阶段表层土壤及枯落物养分与生物学特征45-59
• 3.1 不同发育阶段表层土壤与枯落物层养分45-47
• 3.1.1 不同发育阶段表层土壤养分45-47
• 3.1.2 不同发育阶段枯落物层养分含量47
• 3.2 不同发育阶段枯落物贮量、含水率与p H值47-48
• 3.3 不同发育阶段表层土壤与枯落物层酶活性48-51
• 3.3.1 不同发育阶段表层土壤酶活性48-49
• 3.3.2 不同发育阶段枯落物层酶活性49-51
• 3.4 不同发育阶段表层土壤与枯落物层微生物51-56
• 3.4.1 不同发育阶段表层土壤及枯落物层微生物数量51-52
• 3.4.2 不同发育阶段表层土壤与枯落物层微生物群落组成52-56
• 3.5 小结与讨论56-59
• 第四章 枯落物分解特征59-87
• 4.1 枯落物分解率59-62
• 4.2 枯落物分解过程模型62-64
• 4.3 枯落物分解过程中养分元素含量的动态变化64-75
• 4.3.1 温带地区不同组成枯落物分解过程中养分含量变化64-69
• 4.3.2 北亚热带亚高山区不同组成枯落物分解过程中养分含量变化69-75
• 4.3.3 不同气候区枯落物分解过程中养分含量动态变化75
• 4.4 枯落物分解过程中养分残余率动态变化75-81
• 4.5 枯落物分解过程中含水率变化81-83
• 4.6 枯落物分解过程中p H值动态变化83-84
• 4.7 小结与讨论84-87
• 第五章 枯落物分解过程中酶活性动态变化87-98
• 5.1 温带地区不同组成枯落物分解过程中酶活性动态变化87-92
• 5.2 北亚热带亚高山区不同组成枯落物分解过程中酶活性动态变化92-96
• 5.3 不同气候区枯落物分解过程中酶活性动态变化96
• 5.4 小结与讨论96-98
• 第六章 枯落物分解过程中真菌与细菌群落结构动态变化98-124
• 6.1 枯落物分解过程中真菌与细菌数量变化98-100
• 6.2 枯落物分解过程中真菌与细菌种类的变化100-117
• 6.2.1 枯落物分解过程中真菌与细菌种类聚类分析100-105
• 6.2.2 枯落物分解过程中真菌与细菌的主要类群动态变化105-117
• 6.3 枯落物分解过程中真菌与细菌DGGE图谱分析117-121
• 6.3.1 枯落物分解过程中细菌DGGE图谱118-119
• 6.3.2 枯落物分解过程中真菌DGGE图谱119-121
• 6.4 小结与讨论121-124
• 第七章 枯落物分解过程中生物学作用机制124-156
• 7.1 枯落物总分解率与枯落物初始养分含量的相关分析124-125
• 7.2 枯落物分解过程中微生物数量与枯落物初始养分含量的相关分析125-126
• 7.3 枯落物总分解率与酶活性的相关分析126-127
• 7.4 真菌、细菌的主要类群与环境因子的相关分析127-144
• 7.4.1 温带地区不同组成枯落物分解过程中真菌、细菌的主要类群与环境因子的相关分析127-136
• 7.4.2 北亚热带不同组成枯落物分解过程中真菌、细菌的主要类群与枯落物环境因子的相关分析136-143
• 7.4.3 不同气候区枯落物分解过程中真菌、细菌的主要类群与环境因子的相关分析143-144
• 7.5 枯落物分解过程中真菌、细菌的主要类群与酶活性的相关分析144-154
• 7.5.1 温带地区不同组成枯落物分解过程中真菌、细菌的主要类群与酶活性的相关分析144-149
• 7.5.2 北亚热带地区不同组成枯落物分解过程中真菌、细菌的主要类群与酶活性的相关分析149-153
• 7.5.3 不同气候区枯落物分解过程中真菌、细菌的主要类群与酶活性的相关分析153-154
• 7.6 小结与讨论154-156
• 第八章 结论与展望156-160
• 8.1 结论156-158
• 8.1.1 日本落叶松不同发育阶段表层土壤与枯落物层养分含量与生物学特征156
• 8.1.2 不同组成枯落物分解过程156-157
• 8.1.3 不同组成枯落物分解过程中微生物变化157-158
• 8.1.4 枯落物性质与生物学特征的相关分析158
• 8.2 主要特色和创新之处158-159
• 8.3 展望159-160
• 参考文献160-169
• 附录A 细菌DGGE条带比对结果169-171
• 附录B 真菌DGGE条带比对结果171-176
• 在读期间的学术研究176-177
• 致谢177-178

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 林开敏,洪伟,俞新妥,黄宝龙;杉木与伴生植物凋落物混合分解的相互作用研究[J];应用生态学报;2001年03期

  本文关键词：日本落叶松枯落物分解过程及其生物学特征研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：419941