珠三角城乡环境梯度下3种林分类型土壤团聚体分布及其微生物作用机制

来源 :江西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:juannayuan
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
城市化迅猛加速进程中,不仅为经济社会注入活力,同时也对生态环境带来诸多问题,如大气氮沉降、酸沉降与土壤污染等环境负荷问题。珠三角地区是我国城市化发展最早,也是城市化程度最高地区之一。该区域红壤特性决定土壤的脆弱性,使得该地区存在森林土壤退化问题,从而导致水土流失。土壤团聚体稳定性是指示土壤抗侵蚀能力的指标,且是有机碳的重要储存载体,也是微生物居住的场所。有机质是团聚结构维持稳定性的重要胶结物质,而微生物作用于有机质的形成与周转来影响团聚体的形成与稳定性。因此,研究土壤团聚体、有机质及微生物的耦合作用关系,有助于丰富珠三角地区关于森林土壤团聚体稳定性方面的理论,为该地区水土流失防治和森林固碳增汇提供理论依据。本文以珠三角地区城区—近郊—乡村梯度(城乡梯度)下3种典型林分土壤为研究对象,探讨其土壤团聚体组成与分布、稳定性的季节性特征,以及微生物对土壤团聚结构稳定性及有机碳固持的影响机制。主要结果表明:(1)珠三角地区不同林分土壤理化性质与环境梯度、季节密切相关。城市化增大3种林分不同季节土壤容重的均值范围。珠三角各梯度的3种林分土壤含水量、p H随马尾松林(Pinus massoniana forest,PF)—针阔混交林(MF)—常绿阔叶林(BF)方向发展在季节上表现各异,但其土壤有机碳、全氮与全磷含量均具表聚效应。珠三角地区植被、土壤微生物生长发育受磷限制。(2)珠三角城乡梯度下3种林分0–30 cm土层团聚体粒径主要组成、分布与季节无关,而与外在作用力密切相关。干筛方式下,城乡梯度的3种林分0–30 cm土层团聚体以大团聚体(>0.25 mm)为主;湿筛方式下,除了乡村梯度下针阔混交林0–30cm土层团聚体以微团聚体(<0.25 mm)为主外,其他均以大团聚体为主。城乡梯度下3种林分土壤团聚体的水稳性呈现雨季高于旱季,且其0–10 cm土层比10–30 cm土层的团聚体稳定性(机械稳定性和水稳性)受季节影响更大。土壤团聚体稳定性受城乡梯度、林分类型、季节、土层等因素显著影响。较土层因素,城乡梯度和林分类型对土壤团聚体组成与分布、稳定性影响更为显著。(3)珠三角城乡梯度下3种林分旱季土壤细菌门分类水平群落组成均以变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、放线菌门(Actinobacteriota)、绿弯菌门(Chloroflexi)等为主,总相对丰度均占比80%以上;其真菌门分类水平群落组成均以担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)等为主,均占比70%以上。土壤细菌和真菌属分类水平群落各主要组成复杂多样。土壤细菌群落稳定性与其多样性呈正相关,与真菌群落多样性呈负相关。(4)雨季降低了珠三角城乡梯度下3种林分0–10 cm土层微生物的4种胞外酶(β-葡萄糖苷酶、几丁质酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶)活性,而提高了其10–30 cm土层4种微生物胞外酶活性。同时增加了城乡梯度下3种林分0–30 cm土层微生物生物量碳氮含量,减少了微生物生物量磷含量。元素阈值(TER C/N、TER C/P)对旱季土壤细菌群落多样性与稳定性、真菌群落多样性无显著影响(p>0.05),而对土壤团聚体水稳定性有显著影响(p<0.05)。土壤微生物碳氮磷利用效率与季节、梯度环境、林分、土层密切联系。(5)由偏最小二乘法路径模型可知,土壤团聚体稳定性(机械稳定性和水稳性)主要驱动因子为微生物胞外酶活性。土壤微生物胞外酶活性与团聚体机械稳定性呈显著负相关关系(p<0.01),而与团聚体水稳性呈显著正相关关系(p<0.01)。由逐步回归模型可知,土壤团聚体机械稳定性主要受土壤容重、p H、质量含水量、几丁质酶活性等影响,而其水稳性主要受土壤微生物生物量磷含量、酸性磷酸酶活性、土壤—微生物碳氮化学计量不平衡等影响。(6)土壤微生物可依据自身生长养分需求来调整碳、养分的元素利用效率,改善土壤—微生物的元素限制情况,影响土壤微生物生物量碳及养分的含量和微生物代谢产物(胞外酶),转而影响土壤胶结物质(有机质等)的形成与周转,进而影响土壤团聚体稳定性。以土壤微生物介导的土壤有机碳的固持,通过土壤元素限制、微生物群落多样性及其稳定性、碳固定关键酶丰度来影响其有机碳的固持。综上所述,借助于新技术和新理论探索微生物对不同尺度下碳氮磷循环影响机理和土壤功能具有现实意义。“双碳”和城市化背景下的森林土壤磷(P)限制地区,可促使马尾松林向针阔混交林演替,或营造P分配能力更强和P利用效率更高的树种,以降低P对植物和微生物的限制强度,提升森林土壤质量,改善土壤结构。以期提高森林土壤团聚体的水稳性,增强森林土壤固碳增汇能力,服务国家的“碳中和”目标,为全球气候变化响应机制研究提供参考借鉴。
其他文献
对珍稀濒危物种进行群体遗传学分析有助于深入探索其濒危的内源性机制。蓝冠噪鹛Garrulax courtoisi是国家Ⅰ级重点保护野生动物,种群数量稀少且处于孤立状态。本研究对40只蓝冠噪鹛(婺源不同繁殖点、思茅等野生个体以及新加坡裕廊飞禽园(Jurong Bird Park)饲养个体)进行了全基因组重测序。基于SNPs技术分析了不同来源蓝冠噪鹛的遗传分化程度,以明晰思茅种群作为亚种的有效性,对新加
学位
百合(Lilium spp.)是重要的多年生球根花卉之一,属于百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)。虽然我国野生百合资源丰富但育种工作起步较晚,与荷兰等国存在较大差距,为满足市场需求每年都需从国外进口大量种球。因此培育性状优良及生长势强的百合新品种为我国百合研究工作的重要课题。百合为贝母型胚囊植物,其三倍体一般雄性不育,但三倍体百合作母本时通常具一定育性可获得非整倍体后代。理论上非整
学位
我国南方地区地形条件较为复杂且多云雨,较难获取长时间序列高空间分辨率遥感影像,而时空融合技术能够同步获取高时空分辨率遥感数据。结合融合时序影像及物候(PH)特征信息,探究不同分辨率融合时序影像的森林植被类型识别效果,对森林资源的有效监管具有重要意义。以江西省兴国县为研究区,基于增强型时空自适应反射率融合模型(ESTARFM)分别将高空间分辨率的Landsat8 OLI、GF-1 WFV影像与高时间
学位
作为土壤碳进入大气的主要通道,土壤呼吸在预测未来气候变化和构建陆地生态系统碳循环模型中发挥着越来越重要的作用。降雨格局改变(尤其是极端降雨事件频发)的现状正逐步影响相关区域生态系统土壤碳释放过程,伐桩系统作为森林采伐所留下的粗木质残体,其分解碳释放过程对极端降雨事件的响应的研究相对较少。为准确评估不同强度脉冲降雨对伐桩系统和非伐桩系统土壤呼吸及其组分的影响大小,并通过深入研究相关生态因子的变化来揭
学位
森林转换过程中,不同林型的物种和土壤也会发生变化,但关于常绿阔叶林转换过程中物种组成和土壤性质的差异研究还比较匮乏。为加深对常绿阔叶林转换过程中不同林型差异的认识,本文以江西官山森林动态监测样地为平台,选择杉木林、毛竹林、针阔混交林、常绿-落叶阔叶林、常绿阔叶林及各林型中的优势树种,如杉木(Cunninghamia lanceolata)、毛竹(Phyllostachys heterocycla)
学位
树木菌根类型被认为能够有效地指示和评估森林凋落物分解和土壤有机碳动态等关键生态过程,近年来受到广泛的关注。然而,目前的研究多集中在北方和温带森林,在亚热带森林的研究相对较少。因此,本文以江西省人工林中常见丛枝菌根和外生菌根树种为研究对象,首先通过室内淋溶-好氧培养试验评估丛枝菌根和外生菌根树木凋落叶源溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)数量和生物降解性;然后通过
学位
武功山垂直的山体,独特的气候水文条件,使得海拔1550 m以上形成大面积的山地草甸,是同纬度难得的低海拔山地草甸区域,有极大的研究价值,同时,当地部门也会不时对草甸进行“炼山”。火作为草原生态系统的一个重要因子,对草甸土壤的物质循环和植被生长等会产生一定影响。本研究以武功山山地草甸海拔1600 m处的样地为研究对象,采用随机区组试验,设置五个区组,每个区组内设置CK对照(未火烧)、火烧、火烧+氮(
学位
盆景,作为我国传统的文人艺术,发展历史悠久。扭转型力感是树木盆景力感的特殊表现形式,是增强盆景艺术感染力的有效手段,而扭转型盆景的研究与创作更是当今盆景创意、创新之热点。目前,扭转型力感的系统理论研究尚处于较空白阶段,创作实践缺少理论支撑。因此,本文针对此现状,通过理论与实践的深入研究,明确了相关概念,完善了有关基础理论,并形成以下主要成果:1.明确了扭转型力感、扭转型盆景的相关概念。树木盆景中局
学位
分析不同生长阶段林木的生长特征及其空间结构,有利于较全面了解林分结构现状,为优化林分空间结构及促进自然植被恢复等提供参考。以庐山国家级自然保护区内常绿阔叶林为研究对象,按胸径(DBH)大小将林木划分为幼树(1 cm≤DBH<5 cm)、小树(5 cm≤DBH<10 cm)、中树(10 cm≤DBH<20 cm)和大树(DBH≥20 cm)4个生长阶段。采用优势度分析法确定林分优势种,分析不同生长阶
学位
植被是陆地生态系统的重要组成部分,具有调节陆地碳平衡和气候系统的重要作用,在全球气候变暖的大背景下,区域气候变化如何影响该区域的植被时空格局,还有待进一步研究。赣江是江西的母亲河,作为江西省重要的生态安全屏障,为沿途提供了多种生态系统服务。近几十年来,随着经济社会的快速发展和城市化进程的加快,受区域气候变化和人类活动的影响,引发了诸如森林生态功能下降、水土流失加剧和水体污染等一系列生态环境问题。经
学位