宁南山区植被恢复对不同粒径土壤团聚体中微生物多样性分布的影响

论文摘要

黄土高原由于不合理的土地利用和管理导致了严重的土壤退化,严重威胁着人们赖以生存的土地资源。因此,改善土壤质量、加快植被恢复成为目前黄土高原生态恢复建设的重要目标之一。本论文选取宁夏宽谷丘陵区典型自然植被恢复(退化长芒草群落、香茅草群落、百里香群落、铁杆蒿群落、长芒草群落和大针茅群落)和人工恢复(以农地为对照,天然草地、15年柠条林地和25年柠条林地)的土壤为对象,研究了不同粒径团聚体的土壤物理性质、土壤养分、微生物量碳氮磷、土壤结构多样性(磷脂脂肪酸、PLFA)、土壤酶活性(碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶)进行了研究,以探索植被恢复中不同粒径土壤团聚体中微生物多样性的变化。主要结论如下:(1)在自然植被恢复及人工植被恢复中,各粒径土壤团聚体的百分比均表现为0.25～1mm粒径含量最高,2～3mm粒径含量最低,且随着土壤团聚体粒径的增大,相同粒径土壤团聚体在0～20cm土层土壤的百分比含量较20～40cm土层土壤逐渐下降,并在3～5mm和>5mm土壤团聚体中其百分含量已明显高于表层0～20cm土层。从人工植被恢复年限看,随着植被恢复年限的增加,土壤容重呈减小的趋势。(2)在人工植被恢复中,有机碳、全氮和速效钾在农地中含量最低,速效磷则在农地的0～20cm土层高于天然草地、15和25年柠条林地,但在20～40cm土层较低。铵态氮在柠条林地的表层高于农地和天然草地,硝态氮在农地土壤中较高。土壤微生物量和酶活性均在农地中最低。随着植被恢复年限的增加,有机碳、全氮和速效钾有明显的增加,速效磷含量则有所下降,铵态氮和硝态氮基本保持稳定状态。(3)在自然植被恢复中,退化长芒草群落对土壤养分的累积效果最差。土壤微生物在退化长芒草和香茅草群落土壤中的生长与繁殖较其他植物群落差。土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶在铁杆蒿群落、百里香群落、长茅草群落和大针茅群落土壤中较高,在香茅草群落和退化长芒草群落较低。土壤脲酶则在铁杆蒿群落和百里香群落中较低,在其他植物群落中较高。(4)自然恢复及人工恢复措施下不同粒径土壤团聚体微生物结构多样性(PLFA)研究表明:土壤微生物结构多样性差异主要表现在革兰氏阴性菌和原生动物上。农地和退化长芒草群落土壤中磷脂脂肪酸种类最少,和种类最多的大针茅群落和百里香群落相比主要缺少16:1ω7,i17:0,a17:0,17:1ω8c,,i18:0,20:4ω6等,其中16:1ω7是表征革兰氏阴性菌的脂肪酸, 20:4ω6是表征原生动物的脂肪酸。脂肪酸9Me 14:0,a14:0,16:1ω9,16:0,a16:0,18:1ω9c,18:1ω7等含量在各样点中最高,为优势脂肪酸。从磷脂脂肪酸总量来看,细菌占总磷脂脂肪酸的百分比最大,放线菌和真菌次之,原生动物最少。革兰氏阴性细菌除百里香群落和天然草地之外,各样点的不同粒径中占总PLFA的百分比最大,其次为好氧细菌和革兰氏阳性细菌,甲烷氧化细菌和厌氧细菌最低。且在百里香群落中,革兰氏阴性细菌向革兰氏阳性细菌转变,也说明土壤中较多的化能自养群落向较多的化能异养群落转变。(5)同一植物群落或同一植被恢复措施下的不同粒径土壤中,PLFA总量基本都表现出随<0.25mm,0.25～1mm,1～2mm,2～3mm,3～5mm土壤颗粒的增大而呈现中间高两边低的显现,到1～2mm,2～3mm处增量最大,而到3～5mm处又出现减小的趋势。细菌占总磷脂脂肪酸的百分比含量也呈现相似的趋势,但在不同土层中其出现峰值的粒径又有所差异,放线菌和真菌在不同人工恢复措施的不同粒径中也表现出和细菌相似的规律,原生动物由于含量极低,但通过仅出现的几种土壤仍然可以看出原生动物一般都出现在1～2mm、2～3mm和3～5mm土壤颗粒中,而且一般1～2mm粒径中原生动物占总PLFA的百分比要较其他的高。(6)结合各PLFA的生态学参数及一些生理指标可以看出,大针茅群落和百里香群落微生物多样性较高(农地和退化长芒草群落最低)。在百里香群落中,由革兰氏阴性细菌向革兰氏阳性细菌转变,即化能营养群落向较多的异养群落转变的趋势。各样点的20～40cm土层较0～20cm土层相比,在20～40cm土层中有化能营养群落向较多的异养群落转变的趋势。同一样地的<0.25mm、0.25～1mm、1～2mm粒径中也有同样的转变趋势。2～3mm和3～5mm粒径中的胁迫要较其他粒径土壤小。另外,对不同粒径土壤团聚体中的磷脂脂肪酸进行主成分分析,从各粒径的综合得分可以看出,得分最高的基本都出现在1～2mm、2～3mm和3～5mm土壤颗粒,而得分最低的则基本都出现在<0.25mm和>5mm土壤颗粒。聚类分析结果因植物群落及人工植被恢复的方式不同而有所不同。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 选题的依据
• 1.3 国内外研究概况；
• 1.3.1 土壤微生物多样性在土壤质量中的作用和地位
• 1.3.2 植被恢复对土壤微生物多样性的影响
• 1.4 研究内容
• 1.5 技术路线
• 第二章 植被恢复对土壤物理性质的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验地概况
• 2.1.2 试验设计
• 2.1.3 测定方法
• 2.1.4 数据处理
• 2.2 数据与分析
• 2.2.1 自然恢复土壤中各粒径土壤团聚体的百分比变化
• 2.2.2 人工植被恢复措施土壤中各粒径土壤团聚体的百分比变化
• 2.2.3 自然恢复土壤中土壤物理性质的粒径变化
• 2.2.4 人工植被恢复措施土壤中土壤物理性质的粒径变化
• 2.3 讨论
• 2.4 结论
• 第三章 植被恢复对土壤养分的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验地概况
• 3.1.2 试验设计
• 3.1.3 测定方法
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 自然恢复土壤中土壤有机碳的粒径变化
• 3.2.2 人工植被恢复措施土壤中土壤有机碳的粒径变化
• 3.2.3 自然恢复土壤中土壤全氮的粒径变化
• 3.2.4 人工植被恢复措施土壤中土壤全氮的粒径变化
• 3.2.5 自然恢复土壤中土壤速效磷的粒径变化
• 3.2.6 人工植被恢复措施土壤中土壤速效磷的粒径变化
• 3.2.7 自然恢复土壤中土壤速效钾的粒径变化
• 3.2.8 人工植被恢复措施土壤中土壤速效钾的粒径变化
• 3.2.9 自然恢复土壤中土壤铵态氮的粒径变化
• 3.2.10 人工植被恢复措施土壤中土壤铵态氮的粒径变化
• 3.2.11 自然恢复土壤中土壤硝态氮的粒径变化
• 3.2.12 人工植被恢复措施土壤中土壤硝态氮的粒径变化
• 3.3 讨论
• 3.4 结论
• 第四章 植被恢复对土壤微生物结构多样性（磷脂脂肪酸）的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验地概况
• 4.1.2 试验设计
• 4.1.3 测试方法
• 4.1.4 数据处理
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 植被自然恢复土壤微生物PLFA 生物标记生态学参数
• 4.2.2 人工植被恢复措施土壤中微生物PLFA 生物标记生态学参数
• 4.2.3 植被自然恢复土壤PLFA 的粒径分布特征
• 4.2.4 人工植被恢复措施土壤中PLFA 的粒径分布特征
• 4.2.5 植被自然恢复土壤中主要微生物类群的粒径分布特征
• 4.2.6 人工植被恢复措施土壤中主要微生物类群的粒径分布特征
• 4.2.7 植被自然恢复土壤中主要细菌的粒径分布特征
• 4.2.8 人工植被恢复措施土壤中主要细菌的粒径分布特征
• 4.2.9 植被自然恢复土壤主要生理指标的粒径分布特征
• 4.2.10 人工植被恢复措施土壤中主要生理指标的粒径分布特征
• 4.2.11 植被自然恢复土壤PLFA 的主成分分析
• 4.2.12 人工植被恢复措施土壤中PLFA 的主成分分析
• 4.2.13 植被自然恢复土壤各粒径的主成分得分
• 4.2.14 人工植被恢复措施土壤中各粒径的主成分得分
• 4.2.15 植被自然恢复土壤PLFA 的聚类分析
• 4.2.16 人工植被恢复措施土壤中PLFA 的聚类分析
• 4.3 讨论
• 4.4 结论
• 第五章 植被恢复对土壤微生物生物量的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验地概况
• 5.1.2 试验设计
• 5.1.3 测试方法
• 5.1.4 数据处理
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 自然恢复中土壤微生物量碳的粒径变化
• 5.2.2 人工植被恢复措施土壤中土壤微生物量碳的粒径变化
• 5.2.3 自然恢复中土壤微生物量氮的粒径变化
• 5.2.4 人工植被恢复措施中土壤微生物量氮的粒径变化
• 5.2.5 自然恢复中土壤微生物量磷的粒径变化
• 5.2.6 人工植被恢复措施中土壤微生物量磷的粒径变化
• 5.3 讨论
• 5.3.1 自然恢复土壤微生物量的粒径变化
• 5.3.2 人工植被恢复措施对土壤微生物量的粒径变化
• 5.4 结论
• 第六章 植被恢复中土壤呼吸及呼吸熵的变化
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试验地概况
• 6.1.2 试验设计
• 6.1.3 测试方法
• 6.1.4 数据处理
• 6.2 数据与分析
• 6.2.1 自然恢复中土壤基础呼吸的粒径变化
• 6.2.2 人工植被恢复措施中土壤基础呼吸的粒径变化
• 6.2.3 自然恢复中土壤呼吸熵的粒径变化
• 6.2.4 人工植被恢复措施中土壤呼吸熵的粒径变化
• 6.3 讨论
• 6.3.1 自然恢复及人工植被恢复措施土壤的基础呼吸的粒径变化
• 6.3.2 自然恢复及人工植被恢复措施土壤的呼吸熵的粒径变化
• 6.4 结论
• 第七章 植被恢复对土壤酶活性的影响
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 试验地概况
• 7.1.2 试验设计
• 7.1.3 测试方法
• 7.1.4 数据处理
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 自然恢复中土壤蔗糖酶的粒径变化
• 7.2.2 人工植被恢复措施中土壤蔗糖酶的粒径变化
• 7.2.3 自然恢复中土壤碱性磷酸酶的粒径变化
• 7.2.4 人工植被恢复措施中土壤碱性磷酸酶的粒径变化
• 7.2.5 自然恢复中土壤脲酶的粒径变化
• 7.2.6 人工植被恢复措施中土壤脲酶的粒径变化
• 7.3 讨论
• 7.3.1 自然恢复土壤酶活性的粒径变化
• 7.3.2 人工植被恢复措施土壤酶活性的粒径变化
• 7.4 结论
• 第八章 各因子之间的典型相关分析
• 8.1 土壤养分与微生物量之间的典型相关分析
• 8.2 土壤养分与酶活性之间的典型相关分析
• 8.3 土壤养分与PLFA 之间的典型相关分析
• 8.4 微生物量与酶活性之间的典型相关分析
• 8.5 微生物量与PLFA 之间的典型相反分析
• 8.6 酶活性与PLFA 之间的典型相关分析
• 第九章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介