放牧绵羊对陇东草原土壤细菌和真菌群落结构及多样性的影响

摘要

放牧是草原管理和利用的主要方式之一，其不仅影响植被，也对土壤微生物区系组分产生重要影响。因此，草地土壤微生物往往作为评价草地生态系统健康的重要指标之一。本论文在陇东典型草原研究了土壤细菌和真菌区系对绵羊放牧强度的响应，试验地设在甘肃省环县甜水堡兰州大学草地农业试验点，放牧家畜为绵羊，包括四个放牧强度处理，分别是0只羊/hm2、2.7只羊/hm2、5.3只羊/hm2、8.7只羊/hm2。分别于2012年5月、7月、9月、11月采集土样。采用454-高通量测序法，对4个放牧强度下土壤细菌和真菌多样性及群落结构进行了检测和分析，并测定了土壤理化性质。所获主要结果如下：
　　1、放牧强度对土壤理化性质有重要影响。不同放牧处理间草地土壤有机质含量为8.09—14.09g/kg，放牧地的含量显著(P<0.05)高于不放牧地，但放牧处理间无显著差异。土壤全氮含量为6.55—14.83mg/kg，不同放牧处理表现为0只羊/hm2、2.7只羊/hm2、5.3只羊/hm2显著(P<0.05)高于8.7只羊/hm2。土壤全磷、硝态氮和铵态氮含量分别为：2.52—3.67mg/kg、0.02—1.19mg/kg、2.42—4.47mg/kg，放牧对三者影响均不显著。土壤pH值为6.98—7.25，处理间差异不显著，但随放牧强度增强而有增大的趋势。
　　2、放牧强度对细菌多样性、丰富度和群落结构均有影响，但响应程度不同。在0只羊/hm2、2.7只羊/hm2、5.3只羊/hm2、8.7只羊/hm24个放牧强度下，评价土壤中细菌多样性的香农指数分别为7.60、7.72、7.75、7.70，辛普森指数为0.0012、0.0008、0.0008、0.0008。评价土壤细菌丰富度的可操作分类单元(OTUs)值分别为3467、3548、3698、3601，Chao值为7346、7656、8477、8079。结果表明，放牧处理小区土壤的细菌多样性和丰富度都高于未放牧处理，其中5.3只羊/hm2处理达到最大值。
　　对细菌群落结构的研究表明，4个放牧处理的土壤中共检测出7-9个优势细菌类群，其中6个为共有菌群，分别为：放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes),不同放牧处理间各优势细菌门相对丰度差异为0.61-3.57％。放牧对细菌门组分和相对丰度影响较小。除2.7只羊/hm2放牧处理外，其他处理均含有其特有菌群。其中，0只羊/hm2放牧小区含有4个特有菌群，分别是梭杆菌门(Fusobacteria)、螺旋体菌门(Spirochaetes)、软壁菌门(Tenericutes)和互养菌门(Synergistetes)。5.3只羊/hm2和8.7只羊/hm2放牧小区的特有菌群分别为：产水菌门(Aquificae)和软壁菌门(Tenericutes)。
　　与454-高通量测序法相比较，16S rDNA克隆文库法获得的数据信息量较少，难以对土壤微生物进行全面准确的分析。
　　3、放牧强度对真菌多样性、丰富度和群落结构均有影响。在0只羊/hm2、2.7只羊/hm2、5.3只羊/hm2、8.7只羊/hm24个放牧强度下，香农指数分别为2.86、5.06、4.38、4.11，辛普森指数为0.19、0.02、0.08、0.21。OTUs值分别为572、868、708、651，Chao值为930、1324、1143、981。结果表明，放牧处理小区土壤的真菌多样性和丰富度都高于未放牧小区，其中2.7只羊/hm2处理下最高。
　　对真菌群落结构的研究结果显示，4个放牧处理小区土壤中共检测出3个优势真菌类群，且均为共有优势菌群，分别为：担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)。8.7只羊/hm2放牧处理发现1个特有菌群为新美鞭菌门(Neocallimastigomycota)。不同放牧处理间各优势真菌门相对丰度差异为4.45-19.04%，表明放牧对土壤真菌门组分影响较小而对相对丰度有明显影响。
　　4、季节对土壤细菌和真菌的多样性和相对丰度均有影响。研究结果显示，5月、7月、9月和11月的土壤细菌香农指数分别为7.67、7.68、7.76、7.64，辛普森指数为0.0010、0.0008、0.0007、0.0010，多样性指数在9月达到最高。土壤真菌香农指数分别为3.09、4.11、4.28、4.93，辛普森指数为0.24、0.11、0.13、0.02，最高值出现在11月。不同月份间土壤优势细菌门相对丰度差异为5.15-23.66%，而优势真菌门相对丰度差异为19.54%-6.29%。
　　5、土壤理化性质与土壤细菌和真菌群落的组成及相对丰度紧密相关。冗余相关性（RDA）分析表明：土壤细菌群落分布受pH、硝态氮的影响较大。物种相对丰度与全磷和pH值成正相关关系的细菌群落为：酸杆菌门(Acidobacteria)、螺旋体菌门、梭杆菌门、厚壁菌门(Firmicutes)、无壁菌门(Tenericutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和绿菌门(Chlorobi)。与全氮、有机质和放牧强度成正相关关系的细菌群落为：疣微菌门(Verrucomicrobia)、纤维杆菌门(Fibrobacteres)、变形菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、蓝藻菌门(Cyanobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)。与硝态氮和铵态氮成正相关关系的细菌种类为：放线菌门(Actinobacteria)、嗜热丝菌门(Caldiserica)、衣原体门(Chlamydiae)、广古菌门(Euryarchaeota)和绿弯菌门(Chloroflexi)。土壤真菌群落的分布受有机质、全磷、铵态氮的影响较大。与土壤全氮和铵态氮成正相关关系的真菌群落为：隐真菌门(Cryptomycota)。与硝态氮成正相关关系的真菌群落为：担子菌门(Basidiomycota)、和球囊菌门(Glomeromycota)。与有机质、全磷和 pH成正相关关系的真菌群落为：新美鞭菌门。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 前言

第二章 文献综述

2.1 放牧对草地的影响

2.2 草地土壤微生物

2.3 不同利用方式对草地微生物的影响

2.4 土壤微生物研究方法

第三章 放牧对土壤理化性质的影响

3.1 前言

3.2材料与方法

3.3 结果

3.4 讨论

第四章 草地土壤细菌群落结构和多样性

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.3 结果

4.4 讨论

第五章 草地土壤真菌多样性和群落结构

5.1前言

5.2 材料和方法

5.3 结果

5.4 讨论

第六章 结论与建议

6.1结论

6.2 下一步工作建议

附表

参考文献

在学期间发表的论文

致谢