岩溶区土壤细菌与碳酸酐酶对岩溶作用强度的影响及调控因素研究

摘要

全球气候变暖使对大气CO2的回收受到广泛关注，而岩溶作用对大气CO2具有显著回收效应。以往研究虽已证明微生物及碳酸酐酶（CA）能促进岩溶作用，但微生物及CA对岩溶作用强度的实际贡献尚需深入研究。本文以桂林丫吉岩溶试验场为典型岩溶研究区，以思赖碎屑岩区为非岩溶对照区，通过野外土柱溶蚀实验，研究土壤微生物及CA对岩溶作用强度的影响及其主要调控因素，同时，采用高通量测序技术及荧光定量PCR方法，研究野外土柱实验中不同地貌部位各组实验土柱中表层土壤细菌多样性及丰度，探讨其与岩溶作用强度的关系。本文获得的主要结果如下：
　　（1）岩溶区不同地貌部位表层土壤的岩溶作用强度表现为垭口>坡地>洼地，而且，产CA复合微生物菌剂和复合抑制剂的添加调控了表层土壤的CA活性，从而影响了岩溶作用强度。受气温和降雨影响，表层土壤岩溶作用强度表现为夏季和秋季大于春季和冬季。岩溶作用强度的主要土壤调控因子为土壤pH、总氢、有机碳及土壤交换性钙。
　　（2）岩溶区不同地貌部位表层土壤细菌的优势菌门基本相同，主要有酸杆菌门（Acidobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）等等，它们的相对丰度因地貌部位不同而异。酸杆菌门与硝化螺旋菌门(Nitrospirae)在各样地相对丰度的差异与其土壤pH及氮含量有关。各实验组表层土壤细菌的优势菌门种类及相对丰度基本相同。
　　（3）复合微生物菌剂的添加降低了表层土壤细菌多样性，但细菌总丰度增加，而复合抑制剂的添加降低了表层土壤细菌的总丰度，但对细菌多样性的影响较为复杂。对各样地表层土壤优势产CA细菌丰度的分析结果显示，垭口产CA细菌丰度与总细菌丰度的比值最大，与其岩溶作用强度最高相对应，暗示产CA细菌对岩溶作用强度的显著促进作用。
　　本文研究结果为揭示自然条件下土壤微生物及CA对岩溶碳汇的贡献、科学认识岩溶生态系统的碳汇潜力提供了科学依据。

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1 绪 论

1.1 岩溶作用与碳循环

1.2 细菌及碳酸酐酶对岩溶作用影响的研究进展

1.3 岩溶区土壤细菌多样性及丰度研究进展

1.4 岩溶作用强度相关影响因子研究进展

1.5 本文的研究目的和主要内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 主要研究内容

2 调控土壤碳酸酐酶活性变化的主要环境因素及其对岩溶作用强度的影响

2.1 研究区概况

2.1.1 桂林丫吉岩溶试验场

2.1.2 思赖碎屑岩区

2.2 材料与方法

2.2.1 野外土柱实验方法

2.2.2 土壤样品基本理化性质测定

2.2.3 土壤碳酸酐酶活性测定

2.2.4岩溶作用强度测定

2.3 结果与讨论

2.3.1 岩溶作用强度

2.3.2 土壤碳酸酐酶活性

2.3.3 土壤基本理化性质

2.4 本章小结

3 典型岩溶区土壤细菌多样性及丰度对岩溶作用强度的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 土壤DNA提取

3.1.2 实时荧光定量PCR

3.1.3 illumina高通量测序

3.2 结果与讨论

3.2.1 各样地各实验组微生物宏基因组DNA提取

3.2.2 PCR扩增垭口复合增强低浓度组（YMR1）表层土壤样品16s rRNA基因

3.2.3 质粒标准品提取结果

3.2.4 各样地各实验组土壤细菌丰度

3.2.5 基于Illumina高通量测序的细菌丰度及多样性分析

3.3 本章小结

4 总结与展望

4.1 全文总结

4.2 展望

致谢

参考文献

附录: 攻读学位期间发表论文与专利