龐泉溝針葉林微生物群落結(jié)構(gòu)與碳代謝功能特征.pdf

1、土壤微生物群落驅(qū)動土壤的碳、氮、磷、硫等物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)，在維持森林土壤碳匯和生態(tài)系統(tǒng)功能等諸多方面具有很重要的作用。本文通過分析環(huán)境與空間因素在森林土壤微生物群落構(gòu)建中的作用以及功能微生物群落結(jié)構(gòu)在碳存儲及分解過程中的作用，旨在揭示溫帶森林土壤微生物群落構(gòu)建機(jī)制以及針葉林土壤微生物驅(qū)動的碳循環(huán)機(jī)制，可以為區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)管理措施的制定提供理論依據(jù)。
　　山西省龐泉溝自然保護(hù)區(qū)位于呂梁山脈的關(guān)帝山腹地，主要保護(hù)對象是世界珍禽

2、褐馬雞(Crossoptilon mantchuricum)以及以華北落葉松（Larix gmelinii var. principis-rupprechtii）、白杄（Picea meyeri）、青杄（Picea wilsonii）等天然次生林為主的棲息地。該區(qū)森林群落類型多樣、結(jié)構(gòu)差異明顯，可以在小尺度范圍內(nèi)忽略氣候因子的差異，研究森林植被類型和土壤因子對微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響，又可以利用不同的海拔高度研究氣候因子的影響。

3、>　　本文基于16s rDNA和核糖體ITSⅠ的高通量測序技術(shù)研究了該地區(qū)的常綠針葉林[青杄和油松（Pinus tabulaeformis）]和落葉針葉林（華北落葉松）土壤中的細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)以及落葉闊葉林[白樺（Betula platyphylla）紅樺（Betula albosinensis Burkill）混交林]、常綠針葉林（青杄和油松）和落葉針葉林（華北落葉松）土壤中真菌群落的結(jié)構(gòu)，并基于實(shí)時(shí)熒光定量P CR技術(shù)研究了該區(qū)常綠針

4、葉林（青杄、白杄和油松）和落葉針葉林（華北落葉松）中參與土壤碳循環(huán)的固碳功能基因cbb M、淀粉酶基因amylase以及纖維素酶基因cellulase的豐度及時(shí)空動態(tài)，旨在揭示氣候、環(huán)境因子和植物群落對微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)控機(jī)制。據(jù)此，制定科學(xué)的森林撫育和管理措施，通過人為改善森林土壤環(huán)境，優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高土壤碳匯，保持土壤碳庫的穩(wěn)定。本研究得出以下主要結(jié)論：
　?。?）基于16s rDNA的高通量測序技術(shù)的

5、結(jié)果表明
　　1）土壤含水率、C/N比、pH和土壤酶活性與土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)顯著相關(guān)。其中，變形菌門中的大部分類群和擬桿菌門更適于生活在酸性、濕度大、營養(yǎng)狀況良好的土壤中，主要碳源是易分解碳；放線菌門、浮霉菌門和綠彎菌門則在堿性、干旱、營養(yǎng)貧瘠的土壤中更占優(yōu)勢，主要分解頑固性碳；
　　2）地理距離與細(xì)菌群落的β多樣性之間顯著相關(guān)，說明擴(kuò)散限制對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。
　　綜上所述，環(huán)境選擇和擴(kuò)散限制的共同影響，是本研究

6、中不同針葉林土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性顯著差異的主要因素。
　?。?）基于核糖體ITSⅠ的高通量測序技術(shù)的結(jié)果證明
　　1）5個(gè)樣地中共有7個(gè)真菌門和33個(gè)優(yōu)勢真菌屬；
　　2）冗余分析結(jié)果表明：土壤pH、溫度、含水率、全氮（TN）、銨態(tài)氮（NH4+-N）、全碳（TC）、蔗糖酶活性、脲酶活性、林下植被優(yōu)勢度和均勻度與土壤真菌群落結(jié)構(gòu)顯著相關(guān)；
　　3）聚類分析和P CA分析結(jié)果表明，森林植被類型、土壤環(huán)境因子和

7、林下植被對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)影響顯著；
　　4）空間變量（PCNM）分析結(jié)果表明，在局域尺度(local scale)上擴(kuò)散限制對研究區(qū)域真菌群落構(gòu)建的影響不顯著。
　　綜上所述，本研究區(qū)森林土壤真菌群落結(jié)構(gòu)主要受到環(huán)境選擇的顯著影響，這些環(huán)境因子包括土壤pH、溫度、含水率、全氮（TN）、銨態(tài)氮（NH4+-N）、全碳（TC）、脲酶活性、蔗糖酶活性、林下植被優(yōu)勢度和均勻度、森林類型。
　?。?）森林土壤微生物碳代謝特征

8、r>　　1）土壤微生物碳代謝功能基因的季節(jié)動態(tài)
　　4月份隨著土壤溫度的回升，土壤碳分解功能基因的豐度提高；7月份碳分解相關(guān)的功能基因豐度較低；4月和10月易分解碳功能基因的豐度占優(yōu)勢，5月易分解碳和頑固性碳功能基因的豐度大致相同。該區(qū)針葉林土壤微生物群落中碳分解基因的豐度大于固碳基因的豐度。
　　2）土壤理化性質(zhì)（pH和溫度）、土壤營養(yǎng)狀況（氮含量、脲酶活性、蔗糖酶活性）、土壤碳含量和森林類型，通過影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，

9、決定碳代謝相關(guān)微生物的豐度，進(jìn)而通過影響碳代謝功能基因的豐度來影響土壤碳代謝過程。
　　①土壤pH和溫度會通過直接影響土壤功能微生物的活性進(jìn)而對土壤碳循環(huán)過程產(chǎn)生影響；
　?、谕寥赖亢屯寥烂富钚灾饕峭ㄟ^改變土壤肥力來影響土壤功能微生物的活性，進(jìn)而影響土壤碳循環(huán)，并且，土壤氮含量對頑固性碳的分解能力影響較大；
　　③土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量對土壤碳循環(huán)影響最大，不僅會直接對土壤中的功能微生物活性產(chǎn)生影響，還會通過調(diào)節(jié)