【摘 要】
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茶园种植是常见的集约化农业种植模式,可充分利用有限的土壤资源生产出更多农产品。集约化茶园种植在满足农产品需求的同时,高强度种植也带来严重的环境问题,例如:随着氮肥和农药的施用不断加大,肥料的利用率不断下降,病原体产生抗药性,导致茶园土壤酸化、氮磷元素失衡、生态系统稳定性降低、土壤微生物多样性下降,最终给生态环境造成破坏。目前关于集约化植茶的研究多集中在土壤养分、茶叶品质、种植技术等方面,而对茶园种
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茶园种植是常见的集约化农业种植模式,可充分利用有限的土壤资源生产出更多农产品。集约化茶园种植在满足农产品需求的同时,高强度种植也带来严重的环境问题,例如:随着氮肥和农药的施用不断加大,肥料的利用率不断下降,病原体产生抗药性,导致茶园土壤酸化、氮磷元素失衡、生态系统稳定性降低、土壤微生物多样性下降,最终给生态环境造成破坏。目前关于集约化植茶的研究多集中在土壤养分、茶叶品质、种植技术等方面,而对茶园种植过程中的化学计量、微生物特性并不清楚,这给茶园生态系统的养分循环、可持续利用带来挑战。因此,本论文从集约化茶园种植的生态化学计量角度出发,研究生态化学计量特征及影响因素;以农地和自然林地土壤作对比,探讨植茶过程中土壤微生物养分限制状况及影响因素、土壤磷组分及其溶磷微生物变化特征与影响因素。这些工作的开展为集约化农业生产中微生物多样性和磷有效性的提高提供理论依据。主要结论如下:(1)茶园生态系统中土壤微生物组分化学计量处于弱稳态。土壤C:N保持在8.3-11.25之间,p H、纬度、凋落物养分是影响土壤碳氮磷化学计量特征的主要因子。微生物生物量碳氮远低于其他生态系统,凋落物养分及计量比、p H是影响微生物量碳氮磷化学计量特征的主要因子。凋落物组分中,p H、经度、纬度是影响凋落物碳氮磷化学计量特征的主要因子。海拔与土壤养分及计量比是影响绿色叶片碳氮磷化学计量特征的主要因子。内稳态结果分析表明,微生物组分处于弱稳态。(2)土地利用方式和土壤酸化显著影响土壤胞外酶计量特征。三种不同土地利用方式下的土壤微生物均受到磷限制,与农地和自然林地相比,茶园土壤微生物受到更为严重的磷限制。茶园生态系统中,土壤酸化会加剧土壤微生物对磷的需求;土壤p H、有效养分、微生物量计量和磷循环基因介导土壤微生物磷限制,而p H是介导微生物碳限制的主要因子。自然林地土壤中,p H、土壤有效养分和磷循环基因是影响微生物磷限制的主要因子,土壤养分计量比是影响微生物碳限制的主要因子。(3)土地利用方式和土壤酸化对土壤有机无机磷组分无显著影响。三种土地利用方式下的土壤无机磷组分主要以闭蓄态磷、钙结合态磷和铁结合态磷为主,有机磷组分主要以中等活性有机磷为主。不同土地利用方式下,土壤速效磷、全磷、土壤C:N、土壤C:P、土壤N:P对土壤无机磷组分有显著影响,而土壤全碳、全氮、全磷、速效磷对土壤有机磷组分有显著影响。不同酸化程度下,茶园土壤速效磷、全磷、土壤C:P、土壤N:P对土壤无机磷组分有显著影响,茶园土壤全碳、全磷、全氮对土壤有机磷组分有显著影响。(4)土地利用方式和土壤酸化显著影响土壤编码pho D基因微生物丰度和群落结构。茶园土壤溶磷微生物在纲分类水平下主要为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、浮霉菌纲(Planctomycetia)、疣微菌纲(Verrucomicrobiae)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria),自然林地土壤溶磷微生物主要以α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、浮霉菌纲(Planctomycetia)为主,农地土壤溶磷微生物主要为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、浮霉菌纲(Planctomycetia)。α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)在微生物群落网络中起主要作用。随着茶园土壤酸化程度的增加,土壤微生物的多样性、及其网络的复杂性和稳定性均显著降低。茶园土壤中,土壤溶磷微生物群落主要受到p H、微生物量碳、碱性磷酸酶(ALP)、pho D和速效磷(AP)的影响;自然林地土壤中,微生物生物量碳(MBC)和AP是影响编码pho D基因的微生物群落的主要因子。茶园和自然林地土壤中均表现为pho D基因丰度和土壤p H是调控ALP酶活性的主要因子。
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