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《新疆大学》 2019年
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季节性雪被下新疆天山雪岭云杉林凋落物分解与土壤微生物的关系

陈新  
【摘要】:凋落物分解是生态系统物质循环和能量流动的关键过程,尤其对维持森林生态系统生态功能具有决定性作用。作为森林中碳和养分归还的主要途径,凋落物分解将有机物质和营养元素输送到土壤,以保持土壤肥力、供给植物生长发育,同时为土壤微生物提供能量来源,推动土壤的生态转化过程。展开凋落物分解与土壤微生物关系的研究,可深入解析森林生态系统碳素周转和矿质养分循环过程,一直是陆地生态系统生物地球化学循环研究中的重要内容。研究以天山北坡中山带雪岭云杉林(Picea schrenkiana)为对象、样区内林窗至林下的不同厚度天然雪被为梯度,分析不同厚度雪被下雪被覆盖期及后续非雪被期雪岭云杉林凋落物分解特征和微生物群落动态,讨论雪被作用下凋落物分解动态与环境因子及微生物群落的关系,探求凋落物分解的主要驱动因素。研究揭示了干旱区山地森林生态系统凋落物分解特征和驱动机制,补充了雪因子对森林生态过程驱动的研究成果,有助于促进森林的优化管理和合理保护,同时为深入理解气候变化下冬季环境改变对物质循环等生态过程的影响提供了小尺度数据。主要得到以下结果:(1)全年凋落叶干质量损失约为25~28%,分解系数k在0.277~0.322之间,冬季雪被覆盖期雪岭云杉凋落叶分解量对当年分解总量的贡献达46.0%~48.5%,其中冻融初期对凋落叶分解的影响最为明显。此外,不同雪被厚度下质量损失综合表现为厚雪被中型雪被薄雪被无雪被。(2)随着分解进行,凋落叶C浓度整体呈现为下降趋势,C素逐渐释放;N浓度整体呈现出先降低后增高的趋势,N素表现为先富集然后再释放的规律;P浓度表现为冬季较高于生长季,P素释放特征表现为先略微富集后逐渐释放的规律。凋落叶木质素表现为富集状态;凋落叶纤维素的释放规律表现为先释放然后富集最后再释放的规律。此外分解时期和雪被厚度对凋落叶C、N、P元素、木质素及纤维素的影响具有一定的差异性。(3)基于高通量测序结果,通过操作分类单元(operational taxonomic units,OTU)物种分类统计发现并鉴定注释土壤细菌有57门63纲135目256科566属390种,总计9061个OTUs;鉴定注释土壤真菌17门55纲133目286科609属705种,总计7052个OTUs。总体而言,细菌类别高于真菌。夏季(生长季前、中、后期)的土壤细菌、真菌种类略高于冬季(冻融初期、深冻期、解冻期)。细菌在各雪被梯度间无明显差异;真菌在属和种水平上表现为中、厚型雪被低于薄或无雪被梯度。(4)土壤细菌中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度约占总和的80%,属于优势种群;土壤真菌中Mortierellomycota、担子菌门(Basidiomycota)和子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度约占总和的70%,属于优势种群。土壤细菌多样性表现出在冻融初期较小,在深冻期和生长季中期较大;土壤真菌多样性则在生长季中期最高。雪被厚度对细菌、真菌各优势种群及多样性的影响各不相同,无明显规律。(5)冗余分析及显著性水平表明,不同雪被梯度下凋落叶干质量与凋落叶有机碳、全磷、纤维素、C:N和C:木质素间均具有显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系,与凋落叶全氮、木质素、C:P和木质素:纤维素间呈较强的负相关关系;凋落叶质量与土壤含水量、容重、N:P间呈现出较强的正相关关系。细菌Observed species指数与凋落物性质间均呈负相关关系;细菌Shannon、Simpson指数与凋落物干质量、C和纤维素呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的负相关关系,与凋落叶木质素为显著(P0.05)正相关关系。真菌4种多样性指数均与凋落物C、木质素呈现负相关关系。此外,结构方程模型发现,凋落物分解与土壤性质间表现出较强的正相关关系,凋落物分解与土壤微生物多样性(细菌、真菌)间表现为负相关关系,土壤性质与微生物多样性间表现出负相关关系。
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S714

【参考文献】
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