长白山阔叶红松林土壤微生物和有机质空间分布特征研究

摘要

土壤微生物是土壤生物化学循环的主要驱动者，积极参与生态系统内部的物质循环和能量流动，在土壤生物地化循环过程调控和生态系统功能维持方面起到了关键作用。加强森林生态系统土壤微生物小尺度空间异质性及其影响机制的研究，将为更好的评价土壤微生物在调控森林生态系统生物地球化学过程和维持生态系统功能方面的生态效应提供理论依据，同时对于推动森林生态系统可持续发展和加强对其管理和功能调控也具有重要的科学意义。本文以北方中温带亚湿润区长白山森林生态系统定位站一平坦的样地为研究区域，选择代表性的针阔混交林，布设样方40×50m，并分0-10cm和10-20cm两层取样。一方面运用地统计方法，分析不同土层土壤有机质组分的空间分布，并通过磷脂脂肪酸分析(PLFA)和Biolog微孔板法来分析土壤微生物群落结构和功能多样性的空间分布;另一方面运用多元统计分析，通过研究土壤有机质—土壤微生物的分布规律来探索微生物群落结构和功能多样性对土壤有机质质量的响应机制。结果表明:
　　(1)长白山阔叶红松林土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)显著相关，除了0-10cm溶解性有机氮(DON)与10-20cm颗粒态有机碳和颗粒态有机氮(POC和PON)外，其余活性有机质与总有机质之间显著正相关。
　　(2)土壤有机质组分在0-10cm存在着不同空间异质性特征:TN、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)和DON强烈空间自相关，SOC和溶解性有机碳(DOC)中等空间自相关，POC和PON不存在空间自相关性。随着土壤深度的增加，所有土壤有机质组分的空间自相关性增强，都呈现强空间自相关。
　　(3)长白山阔叶红松林土壤微生物是以细菌为主体的群落结构，细菌生物量在0-10cm和10-20cm分别占总PLFA的74.38％和73.17％。表层土壤微生物量普遍高于下层，但是真菌/细菌和G+/G-在表层都低于下层。
　　(4)土壤微生物群落具有不同的空间异质性特征。总磷脂脂肪酸量、细菌、放线菌和革兰氏阳性菌表现出高度的空间自相关。革兰氏阴性菌在0-10cm呈现中等程度空间自相关，其中结构因素引起的变异占总空间变异的74.1％。
　　(5)土壤微生物都对羧酸类碳源的代谢活性最高，其次是氨基酸类和糖类，对胺类和聚合物类的代谢活性较低，且土壤微生物代谢活性在0-10cm普遍高于10-20cm。
　　(6)土壤微生物代谢活性呈现中等程度空间自相关，结构因素引起的变异在0-10cm和10-20cm分别占58.5％和62.6％;土壤微生物代谢多样性呈现强烈的空间自相关性，结构因素引起的变异在0-10cm和10-20cm分别为85.4％和100％。
　　(7)土壤中的微生物代谢变化受活性有机质库中C和N的影响:DOC、POC和MBC在0-10cm分别解释了其16％，10％和6％的变异，DOC、MBC和POC共同解释了微生物代谢22％的变异。土壤微生物受土壤有机质组分影响较小:在0-10cm，土壤微生物群落结构不受其影响，在10-20cm，MBC显著影响土壤微生物群落结构，可以解释其17％的变异。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 土壤微生物特性空间异质性国内外研究进展

1．2 土壤微生物特性空间异质性影响因子研究

1．2．1 土壤微生物特性空间异质性影响因子

1．2．2 土壤有机质在土壤微生物空间异质性形成机制中的作用探讨

1．3 地统计学在土壤属性空间异质性研究中的应用

1．4 论文的研究目的与思路

第二章 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．2 样品的采集与保存

2．2．1 样地设置

2．2．2 样品采集

2．3 试验方法

2．3．1 土壤有机质组分的测定

2．3．2 Biolog技术研究土壤微生物功能多样性的测定方法

2．3．3 PLFA技术研究土壤微生物群落结构的测定方法

2．4 数据分析

2．4．1 描述性统计分析

2．4．2 地统计分析

2．4．3 主成分分析和冗余分析

第三章 土壤有机质组分小尺度空间异质性

3．1 结果与分析

3．1．1 土壤有机质组分描述性统计分析

3．1．2 SOC、TN与土壤活性有机质组分的相关关系

3．1．3 土壤有机质组分的空间结构

3．2 讨论

3．3 小结

第四章 土壤微生物群落结构空间分布

4．1 结果与分析

4．1．1 土壤微生物不同种PLFA组成和含量

4．1．2 土壤微生物菌群的分布与含量

4．1．3 土壤微生物群落结构空间结构

4．2 讨论

4．3 小结

第五章 土壤微生物功能多样性空间分布

5．1 结果与分析

5．1．1 土壤微生物代谢活性和功能多样性

5．1．2 土壤微生物对不同类型碳源利用能力分析

5．1．3 土壤微生物功能多样性空间结构

5．2 讨论

5．3 小结

第六章 土壤有机质组分对土壤微生物的影响

6．1 结果与分析

6．1．1 土壤微生物PLFA主成分分析

6．1．2 土壤有机质组分对土壤微生物群落结构的影响

6．1．3 土壤微生物功能多样性主成分分析

6．1．4 土壤有机质组分对土壤微生物代谢功能多样性的影响

6．2 讨论

6．3 小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

个人简况及联系方式

声明