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《中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心》 2017年
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黄土丘陵区典型植被类型土壤微生物及异养呼吸特征

田琴  
【摘要】:自黄土高原地区大规模的实施了植被恢复以来,生态环境得到了大幅度的改善。植被恢复不仅可以保持水土,而且可通过土壤-植物之间的相互作用,改变土壤生态系统的生产力及改善土壤养分状况。研究植被恢复后不同植被类型下的土壤特点,是进一步认识生态系统结构和功能的基础,对于预测土壤生态系统功能对环境因子的响应规律、为黄土高原区植被类型优选有着重要的理论和现实意义。以陕西延安黄土丘陵区4种植被类型(人工刺槐林、天然侧柏林、天然辽东栎林、天然灌丛)为研究对象,以裸地作为对照,分析了土壤微生物生物量碳、氮含量、细菌和真菌的丰度及其与土壤基本化学性质的关系,探讨土壤微生物群落结构的主要影响因素和驱动力。结果表明:(1)4种植被类型的土壤质量较之裸地都有不同程度的改善;植被类型相似,土壤的化学性质也相似。本研究中天然辽东栎林在土壤养分的累积上优于人工刺槐林;与林地相比,裸地的土壤养分比较贫瘠。人工刺槐林的有机质、总氮和土壤碳氮比含量显著低于其他天然林地的含量(P0.05)。(2)不同植被类型,土壤养分状况不同,土壤微生物生物量也有较大差异。土壤养分的总体变化趋势为:天然林人工林裸地。土壤养分和微生物生物量表现出一致的趋势:天然林与灌丛最高,人工林次之,裸地最低。土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机质、总氮和土壤有效磷呈显著正相关(P0.01)。(3)裸地土壤的细菌丰度最低,细菌丰度与土壤养分状况呈显著正相关(P0.05);人工刺槐林真菌含量显著低于天然辽东栎林,真菌与土壤养分无显著相关性,与土壤pH显著负相关(P0.05)。(4)细菌的优势门包括变形菌门(42.35%),放线菌(15.61%),酸杆菌(13.32%),拟杆菌(8.43%)和芽单胞菌(6.0%)。真菌优势门为子囊菌(40.39%),担子菌(38.01%)和接合菌(16.86%)。典范对应分析和冗余分析结果显示,土壤细菌和真菌群落都可以按照植被类型进行聚类。其中,细菌群落的主要驱动因子是土壤有机质,而真菌的主要驱动因子是土壤有效磷。该研究结果表明,植被类型不同可以导致土壤质量的差异,二者对土壤微生物群落组成具有控制作用,微生物的群落组成在一定程度上可以反映土壤质量状况。两典型林分(天然辽东栎林和人工刺槐林)的土壤呼吸强度在25oC时最大,且天然辽东栎林的土壤呼吸强度要高于人工刺槐林。天然辽东栎林土壤呼吸温度敏感性(1.630)略高于人工刺槐林(1.572)土壤呼吸强度均随着土壤湿度的升高先增强后降低,二者趋势均表现为60%时最高。
【关键词】:植被类型 土壤微生物生物量碳 土壤微生物生物量氮 土壤细菌群落 土壤真菌群落 土壤呼吸 黄土丘陵区
【学位授予单位】:中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S714
【目录】:
  • 摘要5-7
  • ABSTRACT7-13
  • 第一章 引言13-27
  • 1.1 研究背景14-23
  • 1.1.1 不同植被类型对土壤养分的影响14
  • 1.1.2 土壤呼吸14-18
  • 1.1.3 土壤微生物群落18-23
  • 1.2 研究进展23-26
  • 1.2.1 土壤呼吸研究进展23-25
  • 1.2.2 土壤微生物研究进展25-26
  • 1.3 研究的目的与意义26-27
  • 第二章 研究区域概况与技术路线27-39
  • 2.1 研究区域概况27-30
  • 2.1.1 地理位置27-28
  • 2.1.2 研究区域气候特点28
  • 2.1.3 土壤类型28
  • 2.1.4 黄土丘陵区森林概况28-30
  • 2.2 研究内容30-32
  • 2.3 研究方法32-36
  • 2.4 研究技术路线36-39
  • 第三章 不同植被类型土壤化学性质39-47
  • 3.1 结果40-42
  • 3.1.1 不同植被类型土壤化学性质的变化特征40-41
  • 3.1.2 不同植被类型土壤化学性质的相关关系41-42
  • 3.2 讨论42-44
  • 3.3 小结44-47
  • 第四章 不同植被类型土壤微生物功能多样性47-67
  • 4.1 结果与分析48-62
  • 4.1.1 土壤酶活性及相关性48-55
  • 4.1.2 土壤微生物生物量55-57
  • 4.1.3 土壤微生物数量57-61
  • 4.1.4 土壤微生物碳源平均吸光值61-62
  • 4.2 讨论62-65
  • 4.3 小结65-67
  • 第五章 不同植被类型细菌群落的特征67-83
  • 5.1 数据前处理67-69
  • 5.1.1 数据过滤,获得有效序列68
  • 5.1.2 OTU聚类68
  • 5.1.3 基于OTU的丰度分析68
  • 5.1.4 单个样品菌群复杂性的分析68-69
  • 5.1.5 样品之间菌群复杂度的分析69
  • 5.2 结果与分析69-80
  • 5.2.1 细菌测序量69
  • 5.2.2 细菌OTU及丰度分析69-71
  • 5.2.3 细菌稀释性曲线71-72
  • 5.2.4 细菌Rank-abundance曲线72
  • 5.2.5 细菌群落组成72-75
  • 5.2.6 细菌Alpha多样性分析75-77
  • 5.2.7 细菌Beta多样性分析77
  • 5.2.8 样品的聚类77-79
  • 5.2.9 细菌群落组成与土壤因子的关系79-80
  • 5.3 讨论80-82
  • 5.4 小结82-83
  • 第六章 不同植被类型真菌群落的特征83-97
  • 6.1 数据前处理83-84
  • 6.2 结果与分析84-93
  • 6.2.1 真菌测序量84-85
  • 6.2.2 土壤真菌群落稀释性曲线85-86
  • 6.2.3 真菌群落组成86-89
  • 6.2.4 真菌Alpha多样性分析89-91
  • 6.2.5 样品的聚类91-92
  • 6.2.6 真菌群落组成与土壤因子的关系92-93
  • 6.3 讨论93-95
  • 6.4 小结95-97
  • 第七章 两典型林分土壤异养呼吸特征97-105
  • 7.1 研究方法98-99
  • 7.1.1 土样采集及处理98
  • 7.1.2 土壤呼吸温度敏感性98
  • 7.1.3 土壤含水量土壤呼吸强度的关系98
  • 7.1.4 数据分析98-99
  • 7.2 结果99-102
  • 7.2.1 不同培养温度下两典型林分土壤呼吸强度比较99-100
  • 7.2.2 两种林分土壤呼吸对温度的敏感性Q10值比较100
  • 7.2.3 不同培养湿度下两典型林分土壤呼吸强度比较100-101
  • 7.2.4 两林分土壤呼吸与湿度的响应模型101-102
  • 7.3 讨论102-104
  • 7.4 小结104-105
  • 第八章 主要结论与展望105-107
  • 8.1 主要结论105-106
  • 8.2 研究展望106
  • 8.3 研究创新性106-107
  • 参考文献107-121
  • 致谢121-123
  • 个人简介123

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