侵蚀环境中土壤微生物群落变化特征
文献类型：学位论文
| 作者 | 孙棋棋
|
| 答辩日期 | 2018-05-15 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 郭胜利 |
| 关键词 | 土壤侵蚀 陡坡坡位 底土出露 植被措施 微生物群落 |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 英文摘要 | 土壤微生物作为陆地生物圈的主要组分，驱动土壤有机碳矿化并调节土壤CO2通量，对土壤环境的变化有很强的敏感性。土壤微生物受到土壤温度、土壤水分和有机物质的深刻影响，而这些因素在侵蚀环境中发生强烈的分异。不同的侵蚀环境对土壤微生物的形成和稳定具有显著不同的影响，从而造成土壤微生物及其所调控的土壤碳动态截然不同的响应。加强不同侵蚀环境中土壤微生物的研究对准确理解和估算陆地生态系统CO2通量变化特征及其对变化环境的响应具有重要意义。 黄土区地形破碎，坡地分布广泛，土壤侵蚀强烈。径流和泥沙强烈地影响着侵蚀坡面土壤理化和微生物变化特征；侵蚀发生后发生土壤剖面倒转，出露的亚表土遗留在侵蚀区和沉积区的表面，使得原来掩埋在地下的土壤微生物曝露在自然环境中而发生强烈的变化；植被恢复措施也强烈地影响着水、热、泥沙、有机物在坡面的分布，进而影响着土壤微生物。本研究以长武站为依托，在典型侵蚀发生和治理的王东沟小流域内设置三个试验：1）径流小区试验：包括陡坡坡面上、中、下三个坡位，比较侵蚀坡面上不同坡位土壤微生物群落的变化特征；2）植被措施试验：比较侧柏林地和白羊草地两个半干旱区典型植被恢复措施对侵蚀坡面上土壤微生物群落的影响；3）模拟土层试验：比较对照和出露两个剖面，模拟底土出露对不同土层（表土：0–20 cm、亚表土：20–60 cm和深层土：60–100 cm）土壤微生物群落的影响。围绕土壤微生物开展以下三个方面的研究：1）描述不同侵蚀条件（陡坡坡位、植被措施及底土出露）下土壤微生物群落的变化特征；2）识别侵蚀条件下土壤微生物群落变化的影响因素；3）构建侵蚀环境中微生物群落与土壤呼吸的关联。测定指标包括土壤微生物多样性、群落组成、酶活性、土壤呼吸及其温度敏感性（Q10）、土壤碳氮组分、根系生物量和土壤温度、土壤水分等。 主要结果如下： 1）细菌多样性在中坡位和下坡位显著高于上坡位，而真菌多样性在坡位间无显著差异。细菌β-变形菌纲（贫养菌）在中坡位和下坡位分别比上坡位减少25.3%和20.7%，而酸杆菌纲（富养菌）增加31.5%和35.8%。真菌群落组成由上坡位的以伞菌纲（贫养菌）为主（相对丰度23.7%）变为下坡位的以被孢霉目（富养菌）为主（相对丰度35.3%）。β-葡萄糖苷酶活性沿坡位向下降低，β-木糖苷酶和纤维二糖水解酶活性在中坡位提高，全部酶活性在下坡位最低。土壤水分、根系生物量及碳氮底物是坡位间土壤微生物群落差异的影响因素。 2）不同坡位细菌多样性（香农指数）在上坡位林地显著大于草地，在中坡位二者接近，在下坡位草地显著大于林地。草地变形菌门在各坡位均显著高于林地（15.0%，18.7%和9.7%）；草地酸杆菌在上中坡位低于林地（31.1%和29.6%），而在下坡位无显著差异。β-葡萄糖苷酶活性在上坡位草地大于林地，而在中坡位和下坡位都表现为林地大于草地；纤维二糖水解酶活性在上坡位林草地一致，在中坡位草地大于林地，而在下坡位林地大于草地。土壤温度和碳氮底物是影响林草地之间土壤微生物群落差异的主要因素。 3）与原位相比，底土出露之后细菌群落主要表现为相对丰度的变化，真菌群落几乎无显著差异，且不同土层之间细菌群落的响应随土层深度而增加。出露土壤与原位土壤之间细菌群落组成在表层无显著差异；亚表土和深层土出露之后变形菌和放线菌内的富养群组增加，而贫养的热孢菌和硝化螺旋菌群组降低。细菌多样性在深层土显著增加，细菌群落结构在深层土达到差异显著。土层出露增加了亚表土β-木糖苷酶和纤维二糖水解酶活性和深层土β-葡萄糖苷酶活性。土壤矿质氮（亚表土）、矿质氮和DOC（深层土）是影响出露土壤和原位土壤间细菌群落组成差异的主要因素。 4）侵蚀坡面上沿着坡面向下，草地土壤呼吸显著增加了49.1%，Q10降低了13.2%。土壤呼吸与细菌丰富度和多样性呈显著正相关，而Q10与富养菌（酸杆菌纲、被孢霉目）负相关，与贫养菌（变形菌纲、伞菌目）正相关。侧柏林地和白羊草地虽然具有不同的侵蚀强度，但具有类似的呼吸和Q10。NO3-N与鞘氨醇单孢菌、芽球菌属、红色杆菌属呈正相关，且与Q10呈正相关；同时，NO3-N与红色杆菌属及纤维二糖水解酶活性呈正相关，且与草地土壤呼吸正相关，与Q10负相关。由于较少的微生物数量、较低的酶活性，底土出露之后的亚表土和深层土具有相对于表土显著降低的土壤呼吸（38.5%和33.9%）及Q10（21.8%和24.1%）。变形菌、放线菌、子囊菌中的富养菌群（芽球菌、微小杆菌和突脐蠕孢属、Pyrenochaetopsis属）直接与土壤呼吸和Q10正相关，而这些菌又都与参与碳循环的酶活性正相关。 主要结论: 1）陡坡不同坡位微生物群落组成由上坡位贫养菌为主转变为下坡位富养菌为主。相比侵蚀较弱的草地，较强侵蚀条件下林地微生物群落的空间变异较弱，富养菌更少，贫养菌更多。 2）相比真菌群落，细菌群落受土层出露的影响较大，这可能是由于真菌群落自身的内稳态机制。相比对照土壤，出露之后的土层具有更多的富养细菌，且侵蚀强度越大对微生物的影响越大。 3）通常富养微生物与较高的呼吸速率和较低的温度敏感性成正相关，而贫养微生物与较低的土壤呼吸速率和较高的温度敏感性成正相关。 上述结果对深入理解不同侵蚀环境下土壤微生物变化的影响机制以及准确估算区域CO2通量变化具有重要意义。 |
| 学科主题 | 农学 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.iswc.ac.cn/handle/361005/8167]  |
| 专题 | 水保所2018届毕业生论文 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孙棋棋. 侵蚀环境中土壤微生物群落变化特征[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2018. |
入库方式： OAI收割
来源：水土保持研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。