内蒙古草原土壤氮素形态及微生物群落结构研究

摘要

草原是一个占据地球1/4陆地面积的重要生态系统，不同的放牧管理实践对草原生态系统的可持续性有着重要的影响。本文围绕不同放牧管理对内蒙古半干旱草原生态系统中土壤氮素形态及其微生物群落结构的影响进行研究。主要结果如下:
　　(1)通过对不同放牧管理下不同深度土壤养分及氮素形态的分析，结果表明不同放牧管理下，围栏封育样地土壤的铵态氮、氨基酸态氮的绝对量都大于过度放牧样地，而其占全氮的比值没有显著的差异。放牧使得酸不溶性氮占全氮的比值提高，而铵态氮占全氮的比值下降。在相同放牧管理下，氨基酸态氮、氨基糖态氮以及铵态氮占全氮的比值随深度的加深而减少，而酸解-未知氮、酸不溶性氮占全氮的比值随深度的加深而增加。不同放牧管理下表层土壤供氮能力表现为96年围封(E96)＞83年围封(E83)＞过度放牧(FG)，表明适当年限的围栏封育有利于表层土壤养分状况的改善，过度放牧以及过长时间的围封，都不利于土壤养分恢复。
　　(2)通过对草地土壤微生物群落结构的研究，发现对照区和轻度放牧处理下土壤的微生物群落结构情况比较相似，中度放牧以及重度放牧处理均造成了微生物群落结构产生较大的变化，过度放牧明显降低了表层草原土壤微生物的群落结构的多样性;通过围栏封育能够明显改善草地土壤0-20 cm以及20-40 cm深度下土壤微生物群落结构，但对40 cm以下土壤微生物影响不大。草地土壤微生物群落结构及多样性的变化受土壤阳离子交换量、pH、全氮、有机质、速效钾等基本性质的影响。
　　(3)利用qPCR及PLFA同位素示踪技术对草地土壤氮素转化有关的微生物细菌的丰度及群落结构进行研究，结果表明不同放牧强度土壤氨氧化古菌(AOA)的拷贝数明显高于氨氧化细菌(AOB)的拷贝数，且不同放牧强度对表层0-20cm深度AOA的拷贝数影响较大，说明在这些半干旱贫瘠的草原土壤上，AOA可能在氮素循环中发挥重要作用;在围栏封育和过度放牧两个处理中，代表细菌的磷脂脂肪酸(PLFAs)i15∶0，16∶1ω7c，16∶1ω5c，16∶0，18∶1ω7c，及代表放线菌PLFA10-Me-16∶0利用了大部分的13C尿素。培养3天和7天后，与过度放牧土壤相比，恢复样地的土壤中有更多13C进入到磷脂脂肪酸16∶0中，这表明恢复样地土壤相比过度放牧样地土壤具有更高的代谢活性。
　　(4)通过对草原土壤氮素转化与微生物群落的相关性分析表明，尿素添加后土壤微生物群落与其硝态氮、铵态氮浓度呈显著相关，革兰氏阳性菌、真菌、放线菌等与铵态氮关系密切;放线菌、革兰氏阴性菌、真菌等与硝态氮关系密切。通过对不同放牧管理下有机氮的形态与高通量测序结果进行冗余分析(RDA)表明土壤微生物门类与有机氮形态密切相关，微生物的生物量与氮矿化密切有关。这些结果表明，草原不同的放牧管理实践不仅影响土壤肥力，也影响微生物的生物量、微生物群落结构以及土壤氮素的周转。

目录

论文说明

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 土壤氮素循环及其微生物学机制

1．2．1 土壤氮素循环及转化机制

1．2．2 土襄硝化作用的微生物学机制

1．3 土壤微生物群落技术研究概况

1．3．1 常见的几种探究微生物群落的分子生物学手段

1．3．2 不同技术手段优缺点的分析

1．4 选题依据和研究思路

1．4．1 选题依据

1．4．2 技术路线

第二章 不同放牧管理对草原土攘氮素形态的影响

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 供试土壤

2．2．2 土壤供氮能力培养试验

2．2．3 有机氮的形态分级

2．2．4 统计方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 放牧管理对内蒙古草原土壤基本性质的影响

2．3．2 放牧管理对草地土壤供氮能力的影响

2．3．3 不同放牧管理土壤有机氮形态分析

2．4 小结

第三章 不同放牧管理对草原土壤微生物群落结构的影响

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 供试土壤

3．2．2 微生物量碳氮的测定

3．2．3 16S交性梯度凝胶电泳

3．2．4 16S rRNA商通量测序

3．2．5 末端限制性酶切

3．2．6 统计方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同放牧管理对草地土壤微生物量的影响

3．3．2 不同放牧管理下土壤微生物群落结构分析

3．3．3 不同放牧强度下土壤微生物群落结构分析

3．4 小结

第四章 不同放牧管理对草原土壤功能微生物多样性的影响

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 供试土壤

4．2．2 土壤硝氮和氨氮测定

4．2．3 土壤AOA、AOB荧光定量

4．2．4 培养实验

4．2．5 13C-PLFA测定

4．2．6 计算方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同放牧强度对土壤硝氮和氨氮的影响

4．3．2 不同放牧强度对AOA、AOB丰度的影响

4．3．3 尿素添加对不同围封年限土壤硝氮和氨氮的变化

4．3．4 尿素添加对不同围封年限土壤AOA、AOB丰度的影响

4．3．5 稳定性13C标记下对PLFAs的分析

4．4 小结

第五章 草原土壤氮素转化与微生物群落的相关性分析

5．1 前言

5．2 材料与方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 土壤氮素与土壤微生物相关性分析

5．3．2 土壤有机氮形态与土壤微生物主要门类的冗余分析

5．4 小结

第六章 展望

参考文献

作者简介