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《湖南大学》 2016年
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微生物及酶活性对土壤侵蚀的响应特征及机制

肖海兵  
【摘要】:土壤侵蚀是限制当今人类生存和发展的全球环境问题之一,其不仅引起水土流失,造成土壤养分含量减少,导致土地生产力下降,使土地资源遭受严重破坏,而且由其引起的土壤微生物群落结构和酶活性等生物特性的改变,对土壤有机碳(Soil organiccarbon,SOC)固定和区域碳循环产生极大影响,进而在一定程度上影响全球气候状况。目前,有关侵蚀诱导的土壤微生物及酶活性的动态变化机制尚不明确,无法精准评估侵蚀过后土壤微生物等生物特性的变化趋势。为揭示土壤微生物及酶活性对土壤侵蚀的响应机制,本研究以南方红壤丘陵区为研究对象,采用PCR-DGGE等分子生物技术及比较研究法,分析典型坡面和流域的侵蚀区及沉积区土壤生物特性变化特征,揭示了土壤微生物群落组成、酶活性与土壤主要理化因子之间的关系,并在此基础上深入探讨了土壤侵蚀-沉积作用对土壤生物特性的影响。研究获得的主要结论如下:(1)土壤沉积作用明显提高了沉积区土壤碳、氮含量及酶活性。坡面沉积区绝大多数土层SOC、全氮(Total nitrogen,TN)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、脲酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性均要显著高于侵蚀区。其次,侵蚀区与沉积区土壤碳、氮含量及酶活性差异在侵蚀干扰较为严重的表层(0~30 cm)土壤表现较为明显,侵蚀区和沉积区各层土壤SOC变异率在3.84%-36.42%之间,TN变异率范围为54.64%~75.00%。此外,侵蚀区与沉积区SOC、TN、DOC及酶活性均随土壤深度的增加呈现总体下降的趋势。(2)土壤侵蚀显著降低了流域内各侵蚀区土壤微生物丰度,而侵蚀-沉积过程对土壤微生物群落组成的影响并不显著。沉积区土壤微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)高达0.90 mg g~(-1),约为侵蚀区的1.75倍。然而,侵蚀区与沉积区土壤微生物多样性指数(H)并无显著差异。相对于土壤微生物群落组成,微生物丰度对侵蚀的响应更为强烈。其次,沉积作用能显著提高土壤碳的有效性。流域内沉积区土壤DOC含量高达0.334 mg g~(-1),显著高于侵蚀区。(3)侵蚀作用下土壤酶活性与土壤碳、氮之间呈现显著线性相关。除蔗糖酶外,土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶均与SOC、TN、DOC呈现极显著正相关,其相关系数在0.68~0.95之间。在所检测的理化参数中,SOC对土壤酶活性动态变化的解释量最高,是影响土壤酶活性的主要控制因子。其次,侵蚀诱导的土壤理化性质的改变对土壤微生物群落具有显著影响。DOC对土壤微生物群落的影响最为显著,其解释量高达19.7%,是土壤微生物多样性的主要控制因子。综上所述,土壤侵蚀-沉积过程对土壤微生物丰度及酶活性具有显著影响,而土壤微生物群落组成对土壤侵蚀的响应特征并不明显。土壤沉积作用显著提高了土壤微生物丰度和酶活性,侵蚀则表现出相反作用。而土壤微生物群落对侵蚀?-沉积作用的响应缓和,土壤侵蚀-沉积过程对土壤微生物群落组成并没有显著影响。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S157;S154

【参考文献】
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