水分状况对内蒙古典型草原土壤微生物量及群落结构的影响

发布时间：2020-11-21 15:22

　　 在半干旱草原生态系统,土壤水分有效性是草原生产力的第一限制因子,而土壤微生物是调节土壤养分循环的重要媒介。本研究在内蒙古半干旱典型草原生态系统,选择长期围封和放牧以及春季人工模拟降水两个试验平台,研究了围封和放牧管理下土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)及牧草生长的季节变化特征;通过室内培养试验,应用33P同位素稀释技术评估了干湿交替条件下的土壤P素微生物转化动力学过程;通过春季野外人工模拟降水调查了其对草原生产力的影响,并通过磷脂脂肪酸(PLFA)、DNA高通量测序及宏基因组学分析等手段,探究了土壤微生物群落结构和功能对于春季降水的响应。结果表明:(1)该生态系统MB C:P比和MB N:P比均值分别为25:1和3:1,仅为全球平均水平的约二分之一。围封可以增加MBC和MBN的含量,而微生物的季节变化特征不受利用方式的影响。通过微生物量季节波动计算的周转率在围封和放牧处理之间相似,MBC和MBN的周转率约为1.5 year-1 MBP的周转率约为3 year-1。植物总吸N量高于土壤有效N储量,但与MBN储量相似,暗示N素缺乏且微生物量周转在土壤N素供应方面起着重要作用。相比之下,土壤有效P和MBP储量均远高于植物总吸P量,暗示在当前N水平下没有缺P的风险。(2)与恒湿处理相比,干湿交替有降低土壤P素物理化学过程转化的趋势,但是在30天培养周期内未见显著性差异。MBP的释放导致土壤溶液中的P含量增加,但微生物仅对干湿交替过程的第一个循环响应敏感。培养周期内,土壤有机P总矿化占P素总转化量的44%,证明了微生物过程对草原土壤P素转化的重要性。与恒湿条件相比,干湿交替条件显著降低土壤有机P矿化。在土壤干燥条件下,矿化过程几乎停止,而再湿润后其矿化速率与恒湿处理相似(0.3-2.4mg kg-d-1)。干湿交替处理中有机P矿化的降低可能与真菌群落的相对减小有关。(3)春季增加降水可以显著改善草原地上部净初级生产力(ANPP)和MBC,且ANPP和MBC之间具有显著的正相关关系,暗示MBC可作为环境变化下土壤肥力的指示因子。整个植物生长季,土壤水分和N的有效性是土壤微生物动力学过程的主要控制因子。此外,MB C:P比在生长后期植物需P量下降时升高,暗示植物和微生物之间存在对P素养分的竞争。(4)PLFA分析结果显示对春季增加降水响应敏感的微生物类群主要为革兰氏阴性细菌和真菌,通过DNA高通量测序分析进一步发现革兰氏阴性细菌中主要为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),而真菌中主要为子囊菌门(Ascomycota)。宏基因组学分析发现春季降水对土壤微生物群落功能的影响可持续较长时间,这主要是由于降水不仅改变了土壤含水量,还通过影响植物生长而改变了土壤养分状况,从而多方面影响土壤微生物的生存环境。此外,春季降水对土壤微生物的主要代谢功能具有负效应,暗示该生态系统春季水分充足时,土壤存在养分供应不足的风险。综上,本研究通过野外调查和室内培养试验相结合,发现良好的土壤水分状况可以促进土壤微生物量对氮磷养分的周转以及植物对氮磷的吸收,进而提高草原生产力。同时,水分状况的改善还可以促进土壤有机磷的矿化,这可能与土壤真菌相对丰度的提高有关,而对水分响应敏感的真菌主要为子囊菌门(Ascomycota)。研究结果可为我国草原可持续化管理提供理论依据。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S812.2
【部分图文】：

生态环境意义。??在我国，草原为主要的国土类型，占陆地面积超过４０％，其中，约７８％分布在北方温带区域??（Ｋａｎｇ，?２００７）。按类型划分，如图１－１所示，我国草原生态系统可分为四类：草甸草原、典型草??原、荒漠草原和高山草原（Ｋａｎｇ，２００７）。其中，草甸草原和典型草原是最主要的进行放牧和与畜??牧业相关经济活动的草原类型，大多数位于内蒙古自治区。??１６４?１７２?ｆｉｏ?１８８?ｒ％?ｎ〇４￣ＩＴＴ２?Ｈ２０?ｒｉ２８?ＩＴ３６??４８?＾??Ａ、一為，?金切??７．??２４?草甸草原?Ｊ?ｌ??＿典型草原?Ｌ?Ｚ彳??Ｏ荒漠草原?＼?Ｖ．??触賴??ｏ??图１－１中国草原生态系统类型分布（２００１年中国植被地图编辑委员会编制）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ?ｂｙ?ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ?ｔｙｐｅｓ?（ａｄａｐｔｅｄ?ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ?Ａｔｌａｓ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ??ｃｏｍｐｉｌｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?Ｅｄｉｔｏｒｉａｌ?Ｂｏａｒｄ?ｏｆ?Ｖｅｇｅｔａ

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Ｆｉｇ?２－２?Ｓｅａｓｏｎａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｓｏｉｌ?ｗａｔｅｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ??因素ＡＮＯＶＡ分析显示不同处理和采样日期以及二者相互作用的差异显著性水平；ＬＳＤ值代表处理和季节变异的共同８３指１９８３年开始围封；Ｅ９６指１９９６年开始围封；ＦＧ指持续自由放牧。??ｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ?ｌｅｖｅｌｓ?ｏｆ?ｔｗｏ－ｆａｃｔｏｒｉａｌ?ＡＮＯＶＡ?ｗｉｔｈ?ｍａｉｎ?ｆａｃｔｏｒｓ?ｅｆｆｅｃｔ?ａｎｄ?ｔｈｅｉｒ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｓｈｏｗｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｆｉｇｕｒｅ．?Ｔｈｅ?ＬＳＤ?ｒｅｆｅｒｓ?ｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ａｎｄ?ｓｅａｓｏｎａｌ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ．?Ｅ８３?ｒｅｆｅｒｓ?ｔｏ?ｇｒａｓｓｌａｎｄ?ｅｎｃｌｏｓｅｄ?ｆｒｏｍ?ｇｒａｚｉｎｇ?ｓｉｎｃｅ?１９８３；?Ｅ９６?ｒｅｆｅｒｓ?ｔｎｄ?ｅｎｃｌｏｓｅｄ?ｆｒｏｍ?ｇｒａｚｉｎｇ?ｓｉｎｃｅ?１９９６；?ＦＧ?ｒｅｆｅｒｓ?ｔｏ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ?ｆｒｅｅ?ｇｒａｚｉｎｇ．???土壤微生物量和有效养分的季节变化??总体来说，ＭＢＣ、ＭＢＮ和ＭＢＰ呈现显著的季节变化，且不同处理中的变化趋势相似，??具有不同的水平。Ｅ８３和Ｅ９６处理下的ＭＢＣ和ＭＢＮ显著高于ＦＧ，而ＭＢＰ在三个没有显著性差异（图２－３）。全年ＭＢＣ、ＭＢＮ和ＭＢＰ的平均值分别为２１６ｐｇｇ＇?３２ｎ２４?ｐｇｇ—１，分别占相应总土壤有机碳、总氮和总磷的１．４％、２．２％和７．４％?（图２－３，。??土壤有效养分也呈现出季节波动（图２－４）。Ｅｘｔ－Ｃ、Ｅｘｔ－Ｎ和Ｅｘｔ－Ｐ的均值在Ｅ８３
【参考文献】

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本文编号：2893206