论文部分内容阅读
Hormesis效应指生物机体在低剂量胁迫物下产生刺激兴奋反应,而在高剂量时却表现为抑制作用的现象。这一现象被认为是土壤应对胁迫的进化属性。近年来,土壤生态系统的Hormesis效应研究备受关注,其中,以土壤酶为测试终点的相关研究成为当前热点。土地利用/覆被变化对土壤性质,尤其是对土壤有机碳组分及特性和微生物群落特征会产生显著影响,这些性状的变化无疑会影响到Hormesis效应的表达。目前,有关土地利用/覆被变化对土壤Hormesis效应影响的研究报道较少,对于土地利用/覆被变化对Hormesis效应的驱动机制尚不明确。本研究选择环境背景清洁的洪泽湖湿地自然保护区,采集光滩、芦苇、柳树人工林、杨树人工林以及农田等五种土地利用/覆被方式下的土壤,外源添加不同剂量Cd,以土壤碱性磷酸酶（ALP）活性为测试终点,研究Cd诱导下土壤ALP的Hormesis效应,同步分析土壤有机碳组分等理化性质及微生物群落结构与多样性的响应,明确Hormesis效应的关键影响因子;以空间代替时间的方法,研究不同土地利用/覆被下Hormesis效应的变化及其影响因素,以期为评估土地利用/覆被变化下土壤应对胁迫伤害的能力以及土壤质量的提升提供理论依据。主要研究结果与结论如下:（1）不同土地利用/覆被下,Cd与土壤ALP存在明显的Hormesis效应剂量关系。光滩和芦苇两种自然覆被下,Cd诱导ALP的Hormesis效应最大刺激率(ymax)分别为8.81%和5.84%,诱导ALP表达Hormesis效应的Cd剂量范围（D1-D2）分别是0.39-3.02 mg/kg和0.22-3.77 mg/kg,剂量区间（Qi）为7.74和17.14,ALP应对Cd胁迫的潜能（R）为11.34和7.85。相比较而言,农田土壤中ymax分别为5.22%,D1-D2为0.09-1.03 mg/kg,Qi为11.44,R为3.02。由此可见,芦苇围垦为农田使得ymax、Qi和R均明显下降,可能导致土壤对Cd胁迫伤害的补偿潜力下降。（2）Qi主要受到土壤中0.1-2μm粒径颗粒含量高低的影响。0.1-2μm粒径颗粒含量越高,Qi越低。相比较而言,影响R参数变化的土壤理化性质主要是pH、离子种类及强度以及全氮（TN）含量。其中,土壤pH值以及SO42-含量对R的影响最大。R参数的变化与土壤pH的变化呈正相关关系,与SO42-含量变化呈负相关关系。因此,结合当地施肥强度与习惯,不同土地利用/覆被下TN含量对Cd-ALP的Hormesis效应的表达产生重要影响。（3）土壤有机碳组分及特性对Hormesis效应的表达产生显著影响。Qi主要受到土壤中溶解性有机碳（DOC）含量的影响。DOC含量越高,Qi越高;R参数的变化与土壤微生物量碳（MBC）的变化呈明显的负相关关系。土壤有机碳芳香性越高,R越大;而腐殖化指数越高,则R越小。结合由光滩向芦苇再向农田转变后土壤有机碳芳香性明显降低及腐殖化指数升高,可以认为,湿地围垦为农田降低了土壤对Cd胁迫伤害的补偿潜力。（4）自然覆被下土壤微生物的独有OTUs个数明显高于人为土地利用。门水平上,五种土地利用/覆被下土壤中优势微生物群落（相对丰度大于10%）均为Proteobacteria（变形菌门,30.60%-52.11%）和Acidobacteria（酸杆菌门,10.81%-14.83%）。自然覆被转变为农田使得Proteobacteria的相对丰度降低了41.28%,Acidobacteria的相对丰度明显升高了37.19%。相比较而言,属水平上,优势微生物群落为Betaproteobacteria。相比于光滩,农田土壤Betaproteobacteria相对丰度降低了39.23%。此外,人为土地利用的改变降低了革兰氏阴性菌（G-）的相对丰度,增加了革兰氏阳性菌（G+）相对丰度,土壤微生物群落G-/G+的比例在自然覆被向农田转变时降低了109.31%。（5）ymax与Chloroflexi（绿弯菌门）丰度呈明显的负相关关系;Qi与Proteobacteria相对丰度呈明显的负相关关系,与Acidobacteria和Firmicutes相对丰度呈明显的正相关关系;R与Gemmatimonadetes（芽单胞菌门）丰度呈明显的负相关关系。相比较而言,属水平上,ymax与G-和Betaproteobacteria丰度呈明显的正相关关系,与Chloroflexi丰度呈明显的负相关关系。Qi与Deltaproteobacteria呈正相关关系,与Gp6和Actinobacteria（放线菌）丰度呈负相关关系;R与Gammaproteobacteria呈正相关关系。这表明,土壤微生物群落结构与多样性,尤其是G-的相对丰度是不同土地利用/覆被下Hormesis效应差异的关键因素之一。