土壤基质和凋落物对森林土壤微生物群落的影响

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微生物是植被与土壤交互作用中的关键生物因子,其在生态系统过程中的有机物周转和养分循环中行使着核心功能。探究土壤微生物群落的变异规律及其控制因子,有助于加深了解全球变化背景下陆地生态系统功能的潜在变化。本论文以采集于沿南亚热带(广东鼎湖山)-暖温带(河南宝天曼)-温带(吉林长白山)气候梯度设置的针阔混交林样地土壤样品,暖温带(宝天曼)阔叶林下土壤置换和凋落物输入控制实验样地土壤样品,以及温带(山西太岳山)针阔混交林地表凋落物控制和氮添加实验样地土壤样品为对象,采用实验室可控性有机质矿化培养、磷脂脂肪酸微生物群落结构分析、高通量测序的真菌与细菌类群识别、土壤胞外酶活性测定等技术方法和手段,并结合原位土壤理化性状及其微生境因子进行统计学关联分析和检验,探究生物和环境因素对土壤微生物群落结构和功能的影响及其调控作用。研究针对两个问题:(1)土壤基质(无生物活性的土壤物理和化学组分)对土壤微生物群落结构和有机碳矿化会产生什么样的影响;(2)不同凋落物源和性状对土壤微生物群落组分会产生什么样的影响。  主要研究结果概述如下:  (1)在实验室条件下,土壤有机碳矿化速率随培养时间所受到的主要影响因子不一致:前期主要受培养温度的影响,后期则主要受土壤基质的影响。土壤基质决定了土壤微生物群落结构:当将不同生境中获取的微生物引入到同样的土壤基质中时,其群落结构呈现趋同现象;面将同一生境中获取的微生物引入到不同的土壤基质中时,其群落结构则呈现分异现象。  (2)土壤微生物群落结构及组分对凋落物处理的响应主要受土壤基质的影响。有机质含量高的土壤中,其微生物群落结构生物量显著高于有机碳含量低的土壤:在有机质含量低的土壤中,源于根系的有机质输入促进了腐生真菌(Sap)和丛枝菌根真菌(F)的生物量,叶凋落物有机质输入则促进了革兰氏阳性细菌(PB)的相对丰富度。变形菌(Proteobacteria)、酸杆菌(Acidobacteria)和放线菌(Actinobacteria)是细菌微生物群落中的优势类群。在有机质含量高的土壤中,酸杆菌的相对丰富度高于放线菌,叶凋落物有机质输入促进了变形菌和放线菌的相对丰富度,抑制了酸杆菌的相对丰富度;而在有机质含量低的土壤中,放线菌的相对丰富度高于酸杆菌,源于根系的有机质输入促进了放线菌的相对丰富度。担子菌(Basidiomycota)和子囊菌(Ascomycota)是真菌微生物群落的优势类群。在有机质含量高的土壤中,担子菌的相对丰富度高于子囊菌;而在有机质含量低的土壤中,子囊菌的相对丰富度高于担子菌。叶凋落物有机质输入促进了子囊菌的相对丰富度,抑制了担子菌的相对丰富度;源于根系的有机质输入促进了担子菌的相对丰富度,抑制了子囊菌的相对丰富度。  (3)地表凋落物对土壤细菌和真菌群落结构多样性、丰富度及其组成的影响主要决定于有无叶凋落物的存在。叶凋落物对细菌群落结构多样性有促进作用,而对真菌群落结构多样性有抑制作用。细菌门和纲水平共有5个优势类群的丰富度受不同地表凋落物类型碳添加的影响;其中,叶凋落物促进了变形菌及其亚种alpha变形菌的相对丰富度,而抑制了放线菌和芽单胞菌(Gemmatinomadetes)的相对丰富度。真菌群落组分及其各类组分的丰富度对地表凋落物类型变化无显著响应。  (4)细菌群落结构组成主要受pH、土壤水分和铵态氮的影响;而真菌微生物群落结构组成主要受土壤碳氮比、土壤水分和硝态氮的影响。  总体研究结果表明:在特定环境条件下,土壤基质对土壤微生物群落结构和组分具有制约性影响;凋落物有机质性状是决定土壤微生物群落组分的关键生物因素。
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