外来树种日本落叶松对小陇山土壤细菌多样性的影响

论文摘要

利用外来树种是我国甚至全世界森林生态恢复的重要手段之一,并且对一些地区的林业与生态恢复起到了推动作用。以往对于外来种方面的研究,大多集中于地表植物和动物群落组成和变化,以及生物多样性方面的改变,却常常忽略了广泛存在的外来种对土壤微生物多样性和微生物群落变化的影响。而微生物的群落结构及功能与地表植被紧密相连,是陆地生态系统物质和能量循环的一个重要环节。很多研究表明,地表植被的差异,尤其是引进植物物种会引起土壤微生物多样性及群落组成的改变。但是,引进外来树种日本落叶松在西北小陇山地区是否也影响或改变了土壤细菌多样性,在此之前还未有报道。本实验以甘肃小陇山森林实验站地区原始林砍伐后,对栽培引进外来速生树种（日本落叶松）、乡土树种（油松）和砍伐后自然演替的次生林形成的不同林龄的土壤为对象进行分析,研究不同林龄条件下这三种森林类型土壤理化性质的变化,并采用PCR-DGGE技术比较这三种森林土壤中细菌多样性的差异。结果表明:1.日本落叶松（JL）的土壤除JL-11（11年日本落叶松,pH7.06）外全部为酸性;次生林（NS）和油松（CP）的土壤pH值全部为酸性,其中CP-7（7年油松）最低为5.51,CP-10（10年油松）最高为6.98。所有样地的土壤田间持水量差异显著（P＜0.05）,最高的是NS-60（60年次生林）,为37.07%;最低为CP-7,为22.31%。田间持水量差异主要是由于该采样地区土壤性质决定,三个林份中林龄越长,其土壤含水量也普遍较高。与此同时,日本落叶松在引种及长期栽种管理后,土壤全氮及土壤有机质含量相比油松有明显增加,其中最高的JL-11（11年日本落叶松）的土壤有机质含量达到了11.86%,高于四个林龄油松3.67%的平均值。2.通过应用变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术对比了三种林分的细菌多样性差异,结果显示日本落叶松土壤的主要细菌多样性与其它两个林份条件下的主要细菌多样性比较有一定差异。根据DGGE条带的数目和条带的亮度,计算出10个样品中细菌的Shannon指数。发现除JL-30（30年日本落叶松）外,其余三个林龄日本落叶松的土壤细菌多样性均较低,介于2.76与2.93之间。而次生林土壤中的细菌多样性较高,其中NS-30（30年次生林）中最高,为3.03±0.02。油松土壤中的细菌多样性介于三种林分之间。3.DGGE图谱的PCA和UPGMA分析显示,不同林龄日本落叶松的细菌群落结构较其它两种林分更为相似。对不同林分土壤样品DGGE图谱中标记的各个主要和差异条带切割测序后,得到了19个条带的序列。测序后发现,小陇山地区不同林分的土壤细菌中Proteobacteria（a-、β-、γ-）占主要类群,其总量占测序分析的样品量的68.4%,其次为CFB和高G+C类。实验表明,日本落叶松的引种在当地的确造成了土壤理化性质的改变,也对该地区的土壤细菌多样性产生了一定影响,使其群落组成明显区别于其它两个林分。因此认为,天水小陇山林区日本落叶松的引种会对当地土壤环境产生一定影响。但栽培外来引进树种是否可能导致当地土壤生态系统的改变以及改变的机制,由于本研究仅从土壤细菌群落的多样性方面进行了初步的探讨和分析,并没有深入探讨,所以还有待从其他方面进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1 土壤微生物多样性
• 2 环境因素对土壤微生物多样性的影响
• 3 微生物多样性研究方法进展
• 3.1 BIOLOG微平板方法
• 3.2 磷脂脂肪酸方法
• 3.3 基于PCR的研究方法
• 3.4 荧光技术
• 第2章 引言
• 1 外来物种的正面影响
• 2 外来物种的负面影响
• 3 我国外来物种引进概况
• 4 研究背景
• 第3章 材料与方法
• 1 研究地点
• 1.1 研究地概述
• 1.2 样地信息及采样方法
• 2 实验方法
• 2.1 土壤理化性质
• 2.2 土壤细菌多样性分析
• 第4章 结果和分析
• 1 土壤理化性质
• 2 变形梯度凝胶电泳
• 2.1 DGGE电泳结果
• 2.2 DGGE图谱的主成分分
• 2.3 DGGE图谱的聚类分析
• 2.4 DGGE图谱特异条带的测序分析
• 第5章 讨论
• 1 外来树种与乡土树种土壤理化性质差异
• 2 外来树种与乡土树种土壤微生物多样性差异
• 2.1 DGGE图谱差异
• 2.2 土壤细菌Shannon指数差异
• 2.3 DGGE图谱的PCA和UPGMA分析
• 2.4 主要土壤细菌类群的分析
• 参考文献
• 在读期间研究成果
• 致谢