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《哈尔滨师范大学》 2014年
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不同管理措施的耕作黑土土壤动物与微生物群落关系研究

林琳  
【摘要】:土壤动物和土壤微生物是生态系统重要的分解者,对生态系统结构和功能具有重要的影响,土壤动物和土壤微生物相互关系的研究是当前土壤生态学研究的重点内容与发展趋势,对推动我国土壤生态系统生物作用机制、揭示生态地理规律具有重要的意义。目前,在诸多因素的影响下,黑龙江省黑土的颜色变浅、养分库容降低、保水保肥能力降低,黑土逐步退化,土壤环境遭到破坏,生态功能下降,生物多样性受到严重威胁,该研究为黑土退化机制研究提供科学依据。本研究旨在从群落生态学角度全面、系统的分析中小型土壤动物与土壤微生物的相互关系,为深入探讨土壤动物和土壤微生物相互作用机制的研究奠定基础,促进我国土壤生物生态学的进展,为耕作生态系统管理和恢复提供依据和数据支持。本文以耕作黑土为研究区,系统的调查了不同处理方式下耕作黑土中小型土壤动物和土壤微生物的群落结构特征;运用传统的土壤生物群落生态统计学与主成分分析相结合的方法,分析生态因子对中小型土壤动物与土壤微生物分布的影响。利用曲线估计模型方法对不同处理方式下的中小型土壤动物群落与土壤微生物群落优势类群在个体数、密度之间的相互关系进行定量分析。应用灰色关联度方法全面的分析土壤动物功能类群与土壤功能微生物之间的相互关系。利用二元变量相关分析方法对中小型土壤动物群落多样性与土壤微生物群落多样性的相关关系进行研究。通过对耕作黑土中小型土壤动物群落结构调查共发现中小型土壤动物14210只,隶属于2门6纲14目47科54类。中小型土壤动物个体平均密度为14802.08只·m-2,蜱螨目个体平均密度最大,占中小型土壤动物个体密度的59.08%,其次是弹尾目和双翅目,分别占中小型土壤动物个体密度的32.27%和3.55%。不同处理方式下各样地中小型土壤动物密度变化显著,施有机肥样地施半有机肥样地对照样地施无机肥样地施除草剂样地施杀虫剂样地。中小型土壤动物优势类群包括甲螨亚目(Oribatida)、中气门亚目(Mesostigmata)、前气门亚目(Prostigmata)、等节跳科(Isotomidae)。耕作黑土土壤微生物群落结构调查共获得土壤微生物6.53× 1 06个/g干土,其中细菌12类、放线菌7类、真菌5类,总计24类。土壤微生物个体平均密度为8.43×1011个·m-2,细菌个体平均密度7.08×1011个·m-2,占土壤微生物个体密度的84.07%,真菌个体平均密度1.24×1011个·m-2,占土壤微生物个体密度的14.72%,放线菌个体平均密度1.02×1010个·m-2,占土壤微生物个体密度的1.21%。不同处理方式下各样地中小型土壤微生物密度变化显著,施有机肥样地施杀虫剂样地施半有机肥样地施无机肥样地对照样地施除草剂样地。土壤微生物的优势类群包括芽孢杆菌属(Bacillus)、固氮菌属(Azotobacter)、链霉菌属Streptomyces)、罗氏菌属(Rothia)、线杆菌属(Bacterionema)、曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)、根霉属(Rhizopus)、镰孢菌属(Fusarium)。基于曲线估计模型定量分析中小型土壤动物群落与土壤微生物群落之间关系表明:除真菌外的土壤微生物类群与中小型土壤动物类群在总类群数上存在相关性。六种不同处理方式下中小型土壤动物与土壤微生物类群在个体数及密度上均存在相关性。在所有处理方式中芽孢杆菌属与等节跳科密度上均存在相关性并可得出回归方程,其它部分中小型土壤动物与土壤微生物群落在不同处理方式存在相关性,可用不同回归方程进行描述。有机肥处理样地中小型土壤动物与土壤微生物相关性最为复杂,杀虫剂及除草剂处理样地中小型土壤动物与土壤微生物相关性相对简单。应用灰色关联度方法全面的分析中小型土壤动物功能类群与土壤功能微生物之间的相互关系进行研究,研究显示:施有机肥样地、施半有机肥样地、对照样地中小型土壤动物功能类群与土壤功能微生物之间的相互关联度最高,生态系统组成关系复杂,生态系统稳定性高;施无机肥样地、施杀虫剂样地、施除草剂样地中小型土壤动物功能类群与土壤功能微生物之间的相互关联度低,生态系统组成关系简单,生态系统稳定性差。这表明中小型土壤动物功能类群与土壤功能微生物之间的相互关系可作为生态系统健康的指示因子。利用二元变量相关分析方法对中小型土壤动物群落多样性与土壤微生物群落多样性的相关关系进行研究,研究表明:有机肥、半有机肥、除草剂处理组中小型土壤动物与土壤微生物生物多样性负相互关系消失,无机肥样地仍呈负相互关系,施杀虫剂样地呈正相互关系。不同处理方式对中小型土壤动物群落多样性与土壤微生物群落多样性产生不同影响。土壤动物与土壤微生物关系研究是土壤动物和土壤微生物功能研究的重要基础,但目前对其相互关系的研究还很薄弱。国内外生态学家的研究多数是在均质背景下,基于传统的生物统计学方法对特定土壤动物与土壤微生物的相互作用关系进行研究。本研究的贡献是以不同处理方式下的耕作黑土为研究背景,基于大量的取样调查和实验处理,采用曲线估计模型、灰色关联度等数学方法,从不同角度对二者群落之间的内在联系进行定性及定量分析,并对不同处理方式下二者关系进行对比分析,目的在于为耕作黑土生态系统的管理和恢复提供数据支持。
【学位授予单位】:哈尔滨师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:S154

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