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格氏栲天然林土壤微生态环境因子与微生物群落多样性关系研究

马瑞丰  
【摘要】:运用数量生态学的方法,探讨格氏栲天然林内3种典型植被型(针阔混交林、阔叶混交林、亚热带常绿阔叶混交林)下的代表群落类型:格氏栲-马尾松群落(G1)、格氏栲-木荷群落(G2)、格氏栲-米槠群落(G3)下凋落物、土壤层次上微生态环境因子的异质性,及其与土壤微生物多样性的关系。具体研究指标为:凋落物不同层次的酶活性规律、土壤不同层次颗粒组成特征、碳氮特征、酶活性特征及土壤微生物结构、功能多样性的梯度变化。通过以上研究,构建格氏栲林微生态环境因子评价体系。旨在掌握格氏栲天然林微生态环境因子异质性及其与微生物群落多样性的关系,及其影响机理,为格氏栲林的保护和经营森林提供理论依据。具体结论如下:(1)土壤颗粒组成方面,总体而言,3个群落类型林下土壤差异性较大,其中格氏栲-马尾松群落(G1)、格氏栲-木荷群落(G2)土壤颗粒组成较为相似,土壤粒径多集中于10Oμm-500μm,格氏栲-米槠群落(G3)土壤粒径多集中在10μm-250μm。各个粒径土壤均呈现出上层大于下层的规律。其他物理结构特征方面,3个群落类型土壤含水率在31.67%±3.00到21.09%±0.00之间,且0-10cm 土壤含水率大于下层。容重表现为10-20cm土壤大于上层。孔隙度方面,前两种群落类型表现为上层大于下层,米槠-格氏栲群落(G3)表现为上下层基本一致。(2)土壤、凋落物碳氮方面,其中土壤碳氮在3种群落类型中,格氏栲-马尾松群落(G1)占据明显优势,无论是碳、氮含量还是碳氮比均最大,其次是格氏栲-木荷群落(G2),格氏栲-米槠群落(G3)以上指标最小。垂直规律均为上层大于下层。有机碳与土壤颗粒机械组成(粘粒、粗粘粒、粉粒、沙粒)的回归分析结果为各组成均与土壤有机碳呈现出显著线性相关(P0.05)。凋落物不同分解程度层次有机碳含量变异度大,且具显著差异性(P0.05)。格氏栲-马尾松群落(G1)凋落物不同分解程度层有机碳对其他2种群落差异性较大。(3)凋落物、土壤酶活性方面,酸性磷酸酶、过氧化氢酶在凋落物层以及土壤层均未表现出明显层次性。其中脲酶活性方面,格氏栲-木荷群落(G2)10-20cm 土壤脲酶活性最大,为0.14±0.12mg·g-1·d-1,格氏栲-米槠群落(G3)10-20cm 土壤酶活性最小,为0.087±0.04mg·g-1-d-1,0-1Ocm 土壤脲酶活性要大于下层;凋落物方面,马尾松-格氏栲群落凋落物酶活性最高,其中最大脲酶活性是分解层(H),未分解层(L)其次,分解层(F)最低。蔗糖酶活性方面,格氏栲-木荷群落(G2)10-20cm 土壤最大,为67.43±16.77mg·g-1·d-1,最小为格氏栲-米槠群落(G3)10-20cm土壤,为51.38±20.42mg·g-1·d-1,格氏栲-木荷群落(G2)土壤体现为下层蔗糖酶活性高于上层,其他均为上层大于下层;凋落物蔗糖酶活性方面,格氏栲-米槠群落(G3)10-20cm 土壤体现出了绝对优势,其他群落则较小,格氏栲-马尾松群落(G1)及格氏栲-米槠群落(G3)体现的垂直规律为分解层半分解层未分解层,格氏栲-木荷群落(G2)的蔗糖酶活性垂直规律为半分解层未分解层分解层。格氏栲-木荷群落(G2)10-20cm 土壤的纤维素酶活性(1.86±0.52mg·g-1·3d-1)最大,格氏栲-米槠群落(G3)0-1Ocm 土壤的纤维素酶活性(1.36±0.15mg·g-·1·3d-1)最小,3个群落土壤均表现出10-20cm土壤大于0-10cm 土壤的规律;凋落物层纤维素酶活性未表现出较明显规律。群落类型对蔗糖酶、脲酶作用不显著(P0.05),分解程度对凋落物酶活性及群落类型和分解作用的交互作用不显著(P0.05)。(4)凋落物有机碳含量及pH是其分解程度的关键性限制因子,与酶活性相关性不强;群落类型与土壤理化性质和土壤酶活性作用明显,土壤环境各个生态因子均具有一定的耦合关系,土壤酶活性与土壤理化未呈现出明显相关性。选取土壤酶活性、凋落物酶活性与生态因子进行PCA排序分析,结果表明,除了蔗糖酶、其他各类凋落物酶活性对于凋落物空间变异性影响较小。(5)3个群落的凋落物(F、H)及土壤两层的微生物量碳差异性较小,垂直规律明显,呈现由上到下微生物量逐渐降低的规律。微生物量碳与环境因子的关系显著,与大多数因子(群落类型、pH、自然持水率等)呈现出较强的正负相关性。(6)运用Biolog EcoPlate微平板技术,针对格氏栲天然林3个群落类型表层土壤微生物群落功能多样性特征进行分析研究。研究结果表明:微生物碳源利用能力总体趋势表现为:格氏栲-马尾松群落(G1)格氏栲-木荷群落(G2)格氏栲-米槠群落(G3)。3个群落类型土壤微生物对31种碳源的利用能力也呈现出较大差异,将31种碳源归纳为6大类化学基团,格氏栲-马尾松群落(G1)、格氏栲-木荷群落(G2)均对碳水化合物、氨基酸、羧酸三大类碳源具有较强利用率,格氏栲-米槠群落(G3)仅对多聚物、胺类利用率相对较高,对其他四大类碳源的利用率较低。不同群落土壤微生物多样性差异显著(p0.05)。Shannon多样性指数、Mclntosh丰富度指数表现为格氏栲-马尾松群落(G1)格氏栲-木荷群落(G2)米槠-格氏栲群落(G3)。优势度指数表现为米槠-格氏栲群落(G3)格氏栲-马尾松群落(G1)格氏栲-木荷群落(G2)。(7)采用PLFA方法对格氏栲天然林3种群落的土壤上下层微生物进行结构多样性分析,结果表明:格氏栲林优势磷脂脂肪酸标记物为16:0、18:1w9c、24:0、a17:0、i18:0、26:0、i16:0。18:1w9c(指代真菌的标记物)为3个群落类型共有的优势脂肪酸。无论是PLFA总量还是细菌PLFA、真菌PLFA均与土壤微生物量碳及土壤物理性质相关性较强,与土壤酶活性无明显相关性。每个群落类型土壤总PLFA、细菌、真菌均表现出上层均远高于下层。PCA二维排序表明,3种群落组成土壤微生物结构异质性较强。(8)选取主要微生态环境因子为具体指标参数,建立格氏栲天然林林下微生态环境健康质量综合评价体系。结果表明马尾松格氏栲混交林0-1 0cm 土壤土壤环境得分最高为0.65,米槠格氏栲混交林10-20cm 土壤土壤环境得分最低为-0.92。三种格氏栲天然林群落总体得分马尾松格氏栲混交林木荷格氏栲混交林米槠格氏栲混交林,0-1Ocm 土壤表层土壤环境10-20cm 土壤土壤环境。


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