毛竹入侵对土壤氮循环主要微生物群落结构和丰度的影响

摘要

毛竹（Phyllostachys edulis）是一种重要的非木质森林产品，在经济、生态和社会效益等各方面都有重要的利用价值。由于人为的种植行为以及其快速的生长繁衍速度，毛竹在不断地代替天然林地形成毛竹纯林的同时，对林地的生态功能包括土壤氮循环产生影响。本文选取天目山、庐山和武夷山自然保护区内典型的毛竹林地，共八个毛竹入侵带，采集毛竹纯林(BB)、混交林(BBBL)和原林地(BL)的表层土壤（0--20cm），应用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和荧光定量PCR(qPCR)技术，研究毛竹入侵过程中固氮菌、AOA和AOB这三个土壤氮循环相关微生物的群落结构和丰度变化，并结合多响应置换过程(multi-response permulation procedures，MRPP)探讨地理位置的影响，以及利用冗余分析(Redundancy analysis，RDA)来研究影响土壤微生物的主要土壤化学性质，旨在揭示毛竹入侵行为对林地土壤氮循环微生物的影响和变化规律。　　天目山保护区内的三个入侵带（青龙山、石门洞和进山门）研究表明:qPCR结果显示毛竹入侵导致了土壤氮循环微生物丰度发生不同程度的变化，其中固氮菌仅在进山门显著下降，AOA在三个入侵带中均显著下降（P＜0.05），AOB在青龙山和石门洞显著下降(P＜0.05)，在进山门显著上升(P＜0.05)。T-RFLP结果显示三个入侵带的土壤氮循环微生物T-RFs组成在不同林分(BB、BBBL、BL)中不同，MRPP验证发现，固氮菌群落结构在石门洞入侵带原林地分别与毛竹纯林及混交林之间有显著差异（P＜0.05），进山门入侵带毛竹纯林分别与混交林及原林地之间有显著差异（P＜0.05）;AOA群落结构在三个入侵带的各个林分之间均有显著差异(P＜0.05)（除进山门的毛竹纯林与混交林之间无差异）;同时固氮菌和AOA群落结构在不同入侵带之间均有显著差异（P＜0.05）。经土壤微生物信息与土壤化学性质之间的相关性分析和冗余分析显示，显著影响微生物的土壤化学性质在不同入侵带中并不统一。　　庐山保护区的三个入侵带（碧云庵、黄龙寺和八仙庵）研究表明:qPCR结果显示，八仙庵中的土壤氮循环微生物丰度均在毛竹入侵后显著上升（P＜0.05），碧云庵和黄龙寺中的固氮菌和AOA均无显著变化，AOB在碧云庵中显著上升(P＜0.05)，在黄龙寺中显著下降(P＜0.05)。土壤微生物群落结构的MRPP结果显示，固氮菌群落结构在黄龙寺中原林地分别与毛竹纯林及混交林之间有极显著差异(P＜0.01)，在八仙庵的毛竹纯林和原林地之间有极显著差异(P＜0.01);AOA群落结构仅在八仙庵的毛竹纯林和原林地之间有极显著差异（P＜0.01）;同时土壤固氮菌和AOA的群落结构在三个入侵带之间两两有极显著差异(P＜0.01)。经土壤微生物信息与土壤化学性质之间的相关性分析和冗余分析显示，显著影响微生物的土壤化学性质在不同入侵带中并不统一。　　武夷山保护区的两个入侵带（A点、B点）研究表明:qPCR结果显示，土壤固氮菌丰度在毛竹入侵影响下没有显著变化，AOA均显著下降（P＜0.05），AOB均显著上升（P＜0.05）。MRPP结果显示，固氮菌群落结构在A、B两地的毛竹纯林和混交林之间均无显著差异外，其余林分之间均有显著差异(P＜0.05);AOA群落结构在两个入侵带的各个林分之间均有显著差异（P＜0.05）;同时土壤固氮菌和AOA的群落结构在两个入侵带之间均有极显著差异（P＜0.01）。相关性分析显示，土壤化学性质与土壤固氮菌、AOA及AOB的数量、多样性指数之间无显著关系;RDA显示，土壤化学性质与固氮菌的群落结构变异之间无显著相关，速效钾(P=0.026)显著影响A、B两个入侵带总土壤AOA的群落结构变异。　　总体上，毛竹入侵引起林地土壤pH值上升，固氮菌和AOA丰度基本呈现毛竹纯林低于原林地的趋势，AOB易受影响但在不同入侵带中变化不一，相关微生物的群落结构发生变异，入侵带的地理位置会影响土壤氮循环微生物的各项性质甚至大于毛竹入侵的影响，没有统一的1个或2个土壤化学性质指标是引起土壤氮循环微生物发生变异的主要因子。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 土壤氮循环及相关微生物

1．1．1 固氮作用和土壤固氮细菌

1．1．2 硝化作用和土壤硝化细菌

1．2 植被类型对土壤氮循环相关微生物的影响

1．2．1 植被类型对土壤固氮细菌的影响

1．2．2 植被类型对土壤氨氧化微生物的影响

1．3 植物入侵对土壤氮循环的影响

1．3．1 植物入侵对土壤氮素的影响

1．3．2 植物入侵对土壤微生物的影响

1．4 毛竹发展现状研究

1．4．1 毛竹的生长习性及入侵现象

1．4．2 毛竹入侵的生态问题

2 立题依据与研究内容

2．1 立题依据

2．2 研究内容

2．3 技术路线

3 天目山毛竹入侵过程土壤固氮菌和氨氧化微生物变化规律

3．1 研究区域与研究方法

3．1．1 研究区域概况

3．1．2 样品采集与处理

3．1．3 主要分析方法

3．2 结果与分析

3．2．1 土壤化学性质

3．2．2 土壤固氮菌和氨氧化微生物群落丰度

3．2．3 土壤固氮菌群落结构和多样性指数

3．2．4 土壤氨氧化古菌群落结构和多样性指数

3．2．5 土壤固氮菌与土壤化学性质的关系

3．2．6 土壤氨氧化微生物与土壤化学性质的关系

3．3 讨论与结论

4 庐山毛竹入侵过程土壤固氮菌和氨氧化微生物变化规律

4．1 研究区域与研究方法

4．1．1 研究区域概况

4．1．2 样品采集与处理

4．1．3 主要分析方法

4．2 结果与分析

4．2．1 土壤化学性质

4．2．2 土壤固氮菌和氨氧化微生物群落丰度

4．2．3 土壤固氮菌群落结构和多样性指数

4．2．4 土壤氨氧化古菌群落结构和多样性指数

4．2．5 土壤固氮菌与土壤化学性质的关系

4．2．6 土壤氨氧化微生物与土壤化学性质的关系

4．3 讨论与结论

5 武夷山毛竹入侵过程土壤固氮菌和氨氧化微生物变化规律

5．1 研究区域与研究方法

5．1．1 研究区域概况

5．1．2 样品采集与处理

5．1．3 主要分析方法

5．2 结果与分析

5．2．1 土壤化学性质

5．2．2 土壤固氮菌和氨氧化微生物群落丰度

5．2．3 土壤固氮菌群落结构和多样性指数

5．2．4 土壤氨氧化古菌群落结构

5．2．5 土壤固氮菌与土壤化学性质的关系

5．2．6 土壤氨氧化微生物与土壤化学性质的关系

5．3 讨论与结论

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

个人简介

致谢