不同林龄木麻黄林地土壤微生态环境研究

摘要

目前,关于木麻黄的研究多集中于木麻黄的化感作用,如自毒作用及对其他植物(微生物)的影响,而关于木麻黄林地土壤微生态环境的综合研究则鲜见报道。因此,为紧密结合海南省海防林的实际需求,本文选择了幼龄期、中龄期、及成熟期木麻黄林地,以附近裸地为对照,对其林地土壤的养分、理化性质、微生物生化活性强度进行了测定,运用传统经典方法进行了土壤细菌、真菌的分离,与此同时,结合Biolog系统进行菌种鉴定和土壤微生物功能多样性的分析。在此基础之上,进一步重点运用了基于非培养方法的454测序技术,分析林地土壤微生物宏基因组序列,揭示木麻黄林地土壤细菌群落结构,并分析比较了随着木麻黄林龄的增长林地土壤细菌群落的差异性及动态变化,多项指标结合综合分析了林地土壤微生态环境,这为加强沿海防护林建设及未来沿海防护林更新提供理论指导,并为下一步木麻黄化感物质的作用途径与作用机制研究提供理论依据。本文主要研究结果如下:
　　1.随着林龄的增加,木麻黄林地的土壤全氮量降低,但显著高于对照,全磷含量增加,全钾含量无显著变化;与此同时,木麻黄林地含水量比对照高,说明木麻黄林地与对照相比,具有较强的蓄水能力,木麻黄林地与对照间土壤容重也存在极显著差异,但不同林龄木麻黄林地间差异不显著,各林地的土壤容重在1.27-1.30 g.cm-3之间。土壤pH值也随着林龄的增加呈现降低趋势,木麻黄林地中,中龄林的有机质含量、硝态氮与铵态氮含量均较幼龄林、成熟林地的有机质含量、硝态氮与铵态氮含量高,表明中龄林土壤微生态环境对于植株的生长较为适宜。
　　2.各林地的生化活性强度结果表明:成熟林的氨化作用极显著高于对照、中龄林和幼龄林,硝化作用结果为幼龄林显著高于其它林地,而氨化作用、硝化作用强度分别与土壤中氨化细菌和硝化细菌的数量、种类和活性有关,氨化作用和硝化作用与土壤铵态氮和硝态氮含量无显著相关,而与全氮呈显著相关。随着林龄的增长,土壤呼吸作用强度呈现先升后降的趋势,中龄林、成熟林土壤呼吸强度显著高于幼龄林,同时,木麻黄林地土壤呼吸强度极显著高于对照,即表明木麻黄林地土壤中植物根系数量、微生物及土壤动物的总呼吸强度大于对照,且在木麻黄林地中,中龄林的呼吸作用强度最大。
　　3.通过对土壤总呼吸日变化进行观测,结果表明林地土壤释放CO2的日变化动态,在旱季与雨季存在一定的差异,旱季的木麻黄林地之间,随着林龄的增长,林地土壤呼吸速率呈现出先显著升高,中龄林向成熟林过度阶段,其土壤呼吸速率又显著降低,即中龄林土壤呼吸速率最高。而在雨季林地土壤呼吸作用表现为不太明显的单峰型曲线,土壤呼吸速率的最高值一般出现在下午14:00至18:00间,土壤呼吸速率的变化与土壤含水量的变化趋势相似,其中幼龄林土壤呼吸速率与土壤含水量呈显著正相关,其相关系数为0.852。
　　4.利用传统经典法对4个林地的土壤微生物进行分离与鉴定,一共分离得到细菌23株,真菌11株。其中对照分离得到细菌6株,真菌4株;幼龄林分离得到细菌6株,真菌2株;中龄林分离得到细菌7株,真菌2株;成熟林分离得到细菌4株,真菌3株。并通过Biolog微生物鉴定系统鉴定出细菌23株,真菌7株。
　　5.对照和成熟林林地土壤微生物对碳源的利用率高于中龄林与幼龄林, Shannon-Wiener指数(H′)、McIntosh、Simpson多样性指数随着林龄的增加呈现上升趋势, H′在林地间达到了显著差异,幼龄林和中龄林的McIntosh、Simpson多样性指数无显著差异。主成分分析结果表明,从31个因素中提取的与碳源利用相关的主成分1、主成分2分别能解释变量方差的74.57％和14.51%,在主成分分异中起主要贡献作用的是单糖和氨基酸类。
　　6.通过Roche454平台测序后,林地土壤样品共获有效序列65328条,木麻黄林地的序列条数结果大小顺序为:中龄林,幼龄林,成熟林。在97%的序列相似度下对序列进行归类,共获得4767个OTUs,通过OTU丰度的PCA分析表明:幼龄林和对照的距离较近差异较小,进一步对4个林地进行聚类分析的结果为:幼龄林与对照聚为一类,中龄林为一类,成熟林为一类。综合分析结果表明:随着木麻黄林龄的增长,林地土壤微生物群落存在明显差异,其中中龄林的土壤微生物在各个分类水平上都最为丰富,且随着林龄的增长,微生物的变化趋势为先增后降。
　　总之,不同林龄木麻黄林地土壤表现出不同的微生态环境特征,随着林龄的增长,林地表现出酸化的趋势,中龄林地的有机质、有效态氮、呼吸作用强度均高于幼龄林和成熟林,基于传统经典法和分子生物学方法分析林地土壤微生物群落结构发现,中龄林的微生物最为丰富。综合分析表明,随着木麻黄林龄的增长,林地土壤微生物的变化和林地土壤的理化性质和生化活性强度等的变化趋势有关,处于中龄林阶段的木麻黄林地的土壤微生态环境更适合木麻黄的生长。

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第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3研究目的和意义

1.4研究思路与技术路线

1.5 研究地概况与样品采集

第二章 林地土壤的理化性质、养分与生化活性分析

2.1引言

2.2材料与方法

2.3数据处理

2.4结果与分析

2.5讨论与结论

第三章 基于传统经典法分析不同林龄木麻黄林地土壤的差异性细菌、真菌

3.1引言

3.2材料与方法

3.3数据处理

3.4结果与分析

3.5讨论与结论

第四章 不同林龄木麻黄林地土壤微生物的功能多样性分析

4.1引言

4.2材料与方法

4.3数据处理

4.4结果与分析

4.5讨论与结论

第五章 基于16SrDNA序列分析不同林龄木麻黄林地土壤微生物群落结构

5.1引言

5.2材料与方法

5.3数据处理

5.4结果与分析

5.5讨论与结论

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢