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黄土高原不同植被生态系统土壤微生物多样性及其影响因素研究

曾全超  
【摘要】:黄土高原土壤侵蚀,植被破坏,土壤质量下降,严重威胁着人类赖以生存的土地资源。近年来开展了一系列的退耕还林(草)生态建设工程,对土壤质量的改善起到了至关重要的作用。本文选取黄土土丘陵区不同植被区典型植被类型区为研究对象,研究了不同植被生态系统下土壤基本理化性质、生态化学计量学特征、土壤微生物多样性等特征,以探讨植被恢复过程中不同植被生态系统下土壤微生物多样性变化。主要结论如下:(1)黄土高原从南到北,不同植被生态系统土壤性质差异显著,森林植被生态系统土壤全氮、全磷、有机质以及速效养分含量较高,沙区植被生态系统较低;森林植被生态系统pH值以及土壤容重较低,沙区植被较低。森林植被对土壤的改良作用明显,有助于养分的累积与土壤结构的改良。(2)黄土高原陕北地区土壤速效养分除速效磷外其他均随着纬度的增加逐渐减小,土壤pH与土壤容重从南到北逐渐升高。土壤有机碳、全氮、全磷含量均随着纬度的升高而降低,土壤有机碳与全氮的空间分布具有一致性。土壤的C:N比受气候变化影响较小,变异性小,在黄土高原随纬度的升高无明显的变化。相比土壤的C:N比,土壤C:P比、N:P比变异性较大,随着纬度的升高显著地下降。森林植被有利于土壤碳氮磷元素含量的累积,相对于高纬度地区,低纬度地区更容易缺磷;沙区及荒漠植被区土壤容重以及土壤养分含量较低,不利于植被的生长,其植被生长主要受N含量控制。(3)通过454高通量二代测序技术,测定黄土高原不同植被类型土壤细菌特征,研究结果表明:所有土壤样品共检测到36个门,84个纲,187个目。草原植被下的土壤细菌多样性最为丰富,森林植被区最小。土壤的理化性质对土壤细菌的相对丰度具有重要的影响。高通量测序所得序列分属于细菌的36个门,其中主要的门包括酸杆菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、装甲菌门(Armatimonadetes)、未分类细菌(Bacteria_unclassified)、厚壁菌门(Firmicutes)、蓝藻菌门(Cyanobacteria),其中属于酸杆菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)门的序列总和占所有序列的80%以上。森林植被生态系统主要以变形菌门(Proteobacteria)为主,沙区植被生态系统主要以酸杆菌门(Actinobacteria)为主。土壤pH、容重、土壤水分、有机质、总氮、总磷、微生物量碳、碳磷比、氮磷比是影响土壤微生物的主要因子。黄土高原细菌分布的空间分布具有生物地理学规律。酸杆菌门(Actinobacteria)在沙区植被生态系统中相对较多,主要受纬度的影响,变形菌门(Proteobacteria)在草原植被生态系统中出现较多。土壤总磷、土壤水分、有机碳及碳磷比是影响样品物种分布的最主要的因子。(4)对土壤真菌基因组ITS序列进行高通量测序,发现测序数据量合理,基本反映出实际样品的生物信息。一共检测到10个真菌门(Phylum)、28个纲(Class)、48个目(Order)、61个科(Familiy)、69个属(Genus)。真菌门包括:Ascomycota(子囊菌门)、Basidiomycota(担子菌门)、Chytridiomycota(壶菌门)、Glomeromycota(球囊菌门)。在门分类学水平上,主要优势均为子囊菌门(Ascomycota),担子菌门(Basidiomycota),壶菌门(Chytridiomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)。影响子囊菌、担子菌的主要因素为土壤容重、土壤总磷、土壤含水量等因素。


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