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《兰州大学》 2019年
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氮磷添加对高寒草甸土壤真菌群落结构的影响和地上地下偶联关系的研究

胡灵刚  
【摘要】:土壤微生物作为地下生物群落的重要组成部分,在养分循环、能量流动和联系地上生物群落中有重要作用。之前的研究主要聚焦于地上生物群落的变化,忽视了地下生物群落在生态系统中的重要性。地上和地下群落之间的联系直接影响着生态系统的功能,也关乎到未来全球气候变化和生态系统平衡。近年来,植物-微生物-土壤系统的研究越来越受到重视,目前的研究表明,氮沉降影响了地上地下生物群落和生态系统的功能,然而还不清楚,在不同类型施肥处理中,植物-微生物-土壤系统之间的直接或间接的相互作用。青藏高原作为世界“第三极”,拥有独特的地理和生态环境,海拔高、气温低、辐射强等因素使得该区域成为全球气候变化的敏感区。近年来,由于人类活动的增加使青藏高原大气氮沉降变得十分明显,因此深入了解青藏高原高寒草甸地上地下生物群落对可利用营养元素变化的响应能够对未来生态系统变化进行预测,并为其制定保护措施提供理论指导。本研究以连续四年N、P及NP梯度施肥处理的青藏高原高寒草甸土壤为研究对象,采用Illumina高通量测序和qPCR技术对土壤微生物群落变化进行分析,将得到的微生物群落数据与地上植物信息及土壤理化整合并建立偶联模型,阐明植物-微生物-环境三者之间的关系,进而阐述土壤微生物类群响应环境变化的机制及其对生态系统功能和稳定性的影响,为青藏高原高寒草甸可持续发展提供理论依据和技术支撑。主要实验结果如下:1.氮磷施肥对土壤真菌群落的影响土壤真菌群落高通量测序结果显示,ITS基因的ITS1区测序共获得298620条优化序列和1486个OTU。通过物种分类学注释,土壤真菌群落在门水平上可划分为7个不同类群,主要菌门的相对丰度分别为子囊菌门57.01%、担子菌门13.30%、和接合菌门5.64%。在NP共施肥处理中,土壤真菌α多样性Chao1指数和真菌OTU数目在不同梯度施肥之间有显著差异。在分别添加N或P肥时,土壤真菌α多样性和真菌ITS基因拷贝数均无显著变化。结合NMDS和ANOSIM分析土壤真菌群落结构变化,研究结果表明NP共施肥处理显著影响了土壤真菌群落结构,单独添加N或P肥对土壤真菌群落结构无明显影响。2.环境因子对土壤真菌群落的影响通过RDA和Mantel test研究土壤因子和植物特性对土壤真菌群落结构的影响,结果表明pH(r=0.31,P=0.04)是影响真菌群落结构的主要因子。把土壤所有理化作为土壤因子,植物生物量和植物物种数作为植物因子,通过VPA分析发现两个变量均对真菌群落结构有较大的影响,但土壤因子34.11%的单独解释量远大于植物因素6.92%的单独解释量。Spearman相关分析结果显示土壤真菌群落α多样性与所有土壤理化因子之间均无显著相关,并且,土壤真菌ITS基因拷贝数和细菌/真菌丰度的比值也与所有土壤理化因子无明显相关。通过回归分析发现,担子菌门的相对丰度随硝态氮含量和植物物种丰富度的增加而降低,随土壤pH的增加而增加。在单独添加N、P或者NP共施时,土壤真菌α和β多样性与植物群落α和β多样性之间无显著联系,在单独添加N或P肥时,土壤真菌丰富度和植物物种丰富度呈现显著正相关。土壤腐生真菌的相对丰度与土壤pH、土壤含水量和禾草生物量显著相关;土壤共生真菌的相对丰度随硝态氮和植物生物量的增加而增加。3.植物-微生物-土壤偶联关系构建结构方程模型结果显示,N添加通过改变NO_3~--N含量直接影响细菌丰富度进而改变了细菌群落组成;通过改变土壤pH直接影响了古菌和真菌丰富度,通过改变植物物种丰富度间接影响了古菌、真菌丰富度和群落组成。P添加对古菌群落有直接和间接地影响,AP含量的增加直接影响了古菌群落组成,AP通过改变植物物种丰富度间接影响了古菌丰富度;对于细菌和真菌而言,P添加通过影响植物物种丰富间接地改变了细菌和真菌群落组成。NP添加时,AP直接影响了古菌和真菌群落组成,AP通过改变地上植物生物量间接影响了古菌和真菌群落组成。在N或NP添加中,土壤NH_4~+-N浓度是引起古菌和真菌群落变化的主要因素,NO_3~--N浓度是引起细菌群落变化的主要因子;相对于细菌,古菌群落和真菌群落与地上植物群落联系更为密切。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S812.2

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