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灌木林火对土壤微生物群落的影响

徐赢华  
【摘要】:目的:林火是森林生态系统的重要干扰者之一。林火的发生能改变上层林至地下十壤生态环境和生物群落结构。微生物是土壤生态重要的一部分,是土壤物质交换、运输和转化循环的重要参与者,对维护土壤结构、保持土壤肥力起着重要的作用。由于微生物具有不同于其他生物的共性,它们对环境变化尤为敏感,其群落结构对火干扰能快速响应。遭受林火后微生物群落的演替过程和模式不同于植物。因此研究火烧后土壤微生物群落的即时变化和演替过程,可以了解微生物在自然条件下应对火干扰后发生的生态过程,帮助人们进一步理解林火的生态作用。 方法:本文是以灌木林火烧后土壤微生物为研究对象,在火烧后18h采集火烧和对照土壤,提取迹地和对照未烧地土壤总DNA,构建火烧土壤和对照士壤古菌16S rRNA基因文库和细菌16S rRNA基因文库,通过比较两个土壤古菌和两个土壤细菌16S rRNA基因文库的差异来评价古菌和细菌群落对火烧的快速响应。采集火烧后1d,2、4、8、10、12、15个月的表层土壤,提取迹地和对照未烧地土壤总DNA,扩增荧光标记细菌16S rRNA序列,采用T-RFLP指纹图谱分析方法研究灌木林火烧后细菌群落结构变化的动态过程;采集火烧后1d,2、4、8、10、12、15个月的表层土壤,采用BIOLOG微平板技术研究火烧后土壤微生物功能多样性的变化。 结果:研究微生物群落对火烧的快速响应结果表明:(1)灌木林烧后18 h,迹地土壤古菌Shannon指数和Simpson指数均低于对照土壤;相对未烧土壤,9个低丰度土壤古菌种群在火烧土壤中缺失,对照土壤中3个优势古菌种群在火烧后相对丰度变化不明显。(2)火烧地土壤细菌群落结构和对照有显著差异(p0.05)。火烧土壤中a-变形菌纲、B-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌门、芽单胞菌门的克隆分离频率高于对照土壤。采用T-RFLP法分析细菌群落结构的动态变化结果显示:(1)火烧后2个月土壤细菌种群数目最低,总体群落结构与对照差异最为明显,此时出现新的优势细菌群,为草酸杆菌科中的类群;并且火烧前占优势的酸杆菌门菌群相对丰度明显减少。(2)火烧1年后,迹地土壤中原失去优势的某些细菌种群恢复明显,此时土壤细菌种群数与火烧后2、4、8、10月相比明显增加。(3)火烧1年零3个月后,迹地土壤细菌种群数仍低于对照未烧土壤,并且细菌群落结构与对照相比存在明显差异。采用BIOLOG微平板技术研究灌木林火烧后土壤微生物群落功能多样性的变化,结果表明(1)火烧后1d,土壤微生物活性和功能多样性最低,代谢特征与对照差别最为明显。(2)土壤微生物活性和功能多样性随火烧后时间的延长逐渐增加,至火烧后15月时,迹地土壤微生物活性和功能多样性与对照相当,群落总体代谢特征也与对照相似。 结论:(1)在小时尺度上,高强度灌木林火使土壤古菌多样性立即降低,低丰度土壤古菌种群对火干扰敏感,高丰度古菌种群结构火烧后无明显变化。细菌群落结构受火烧干扰即时变化明显,火烧后某些菌群相对丰度增加。(2)火烧后15月内,土壤细菌群落发生了较明显的次生演替过程:火烧后1年即次年夏季,某些细菌群落恢复较为明显。(3)火烧后1d至15个月间,微生物群落总体活性和功能多样性经历从最低到与对照持平的逐渐恢复过程。


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