氮沉降对贝加尔针茅草原土壤碳氮转化及微生物学特性的影响

论文摘要

草原生态系统是陆地生态系统重要组成部分,氮沉降增加威胁草原生态系统生物多样性和生态系统功能的发挥。本研究基于在内蒙古贝加尔针茅草原建立的长期模拟氮沉降试验为平台,探索氮沉降增加背景下贝加尔针茅草原土壤碳氮转化特征和土壤微生物群落演替规律及其耦合关系。主要研究结果如下:1.高氮添加（N100-N300）提高了0-10 cm土层、10-20 cm土层土壤有机碳、硝态氮、铵态氮和速效磷含量,显著降低了两个土层的土壤pH。2.氮添加促进了土壤硝化作用,抑制了土壤氨化作用。N15-N30处理提高了有机碳转化速率,N50-N300处理降低了有机碳转化速率。土壤有机碳转化速率显著影响MBN转化速率,且符合一元线性回归方程。3.高氮添加（N100-N300）降低了0-10 cm土层脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、过氧化物酶和蔗糖酶活性,降低了10-20 cm土层过氧化物酶和蔗糖酶活性。土壤pH值、硝态氮、MBC和MBN氮是影响土壤酶活性的主要影响因素。4.氮添加处理两个土层土壤B PLFAs/F PLFAs比值均低于或显著低于对照N0,且不同氮添加处理间差异显著。高氮添加、低氮添加及无氮添加下土壤微生物对碳源利用能力上存在较大差异。100 kg N·hm-2·a-1氮添加量是土壤微生物活性从促进到抑制的一个阈值。5.高氮添加（N150-N200）显著改变土壤细菌群落结构。氮添加处理（N30-N300）降低了酸杆菌门、疣微菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤pH值、硝态氮、铵态氮和全磷含量是引起土壤细菌群落结构变化的主要影响因素。6.氮添加改变土壤真菌群落结构,降低了真菌的Shannon多样性指数。0-10 cm土层与10-20cm土层各氮添加处理相对丰度在门、纲、属水平上均存在显著差异。氮添加处理显著降低了担子菌门相对丰度,提高了10-20 cm土层球囊菌门相对丰度。高氮添加（N100-N300）显著降低了0-10 cm土层子囊菌门相对丰度。土壤pH、有机碳、硝态氮和速效磷含量是引起土壤真菌群落组成发生变化的主要影响因素。7.低于200 kg N·hm-2·a-1氮添加量有利于固氮菌生长。高氮添加（N100-N300）显著提高了AOB基因丰度,降低了AOA基因丰度。高氮添加（N150-N300）显著降低了nirK基因丰度。高氮添加促进了AOB主导的氨氧化过程,而反硝化微生物丰度的减少促进了氨氧化产物硝酸盐的积累,继而提高了土壤硝酸盐含量。本研究表明,持续氮沉降增加促进土壤有机碳积累,显著增加土壤硝态氮含量,对土壤全氮含量的提高作用相对较小。土壤碳氮转化速率与土壤MBC、MBN显著相关。氮沉降增加不利于维持贝加尔针茅草原土壤微生物群落结构、菌群平衡和持续稳定,对土壤碳氮循环产生负面影响。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 引言
•   1.1 研究背景与研究意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 氮沉降对土壤理化因子的影响
•     1.2.2 氮沉降对土壤碳氮转化特征的影响
•     1.2.3 氮沉降对土壤酶活性的影响
•     1.2.4 氮沉降对土壤微生物的影响
•     1.2.5 土壤微生物学研究方法
•   1.3 研究内容与技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第二章 氮添加对土壤理化因子和碳氮转化的影响
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 试验地概括
•     2.1.2 原位培养试验
•     2.1.3 样品采集与处理
•     2.1.4 测定方法
•     2.1.5 数据统计分析
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 氮添加对土壤理化因子的影响
•     2.2.2 土壤原位矿化过程中碳素的动态变化特征
•     2.2.3 土壤原位矿化过程中氮素的动态变化特征
•     2.2.4 土壤碳氮转化的耦合关系
•   2.3 讨论
•     2.3.1 土壤理化因子对氮添加的响应
•     2.3.2 土壤碳氮转化特征
•     2.3.3 土壤原位矿化过程中碳氮转化的耦合关系
•   2.4 小结
• 第三章 氮添加对土壤微生物生物量碳氮和酶活性的影响
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 样品采集与处理
•     3.1.2 测定方法
•     3.1.3 数据统计与分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 氮添加对土壤微生物生物量碳氮的影响
•     3.2.2 氮添加对土壤酶活性的影响
•     3.2.3 土壤酶活性与土壤理化因子的相关性分析
•   3.3 讨论
•     3.3.1 土壤微生物生物量碳氮对氮添加响应的综合分析
•     3.3.2 土壤酶活性对氮添加响应的综合分析
•   3.4 小结
• 第四章 氮添加对土壤微生物群落的影响
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 样品采集与处理
•     4.1.2 测定方法
•     4.1.3 数据统计分析
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 氮添加对土壤微生物群落结构的影响
•     4.2.2 氮添加对土壤微生物功能多样性的影响
•   4.3 讨论
•     4.3.1 土壤各菌群特征对氮添加响应的综合分析
•     4.3.2 土壤微生物功能多样性对氮添加响应的综合分析
•   4.4 小结
• 第五章 氮添加对土壤细菌群落结构的影响
•   5.1 材料与方法
•     5.1.1 样品采集与处理
•     5.1.2 土壤细菌16S rDNA克隆文库构建和Illumina测序
•     5.1.3 数据分析
•   5.2 结果与分析
•     5.2.1 氮添加对土壤细菌群落结构的影响
•     5.2.2 氮添加对土壤细菌多样性的影响
•     5.2.3 不同氮添加水平下土壤细菌群落差异分析
•     5.2.4 土壤细菌优势菌群与土壤化学因子的相关性
•   5.3 讨论
•     5.3.1 土壤细菌群落结构对氮添加响应的综合分析
•     5.3.2 土壤细菌多样性对氮添加响应的综合分析
•   5.4 小结
• 第六章 氮添加对土壤真菌群落结构的影响
•   6.1 材料与方法
•     6.1.1 样品采集与处理
•     6.1.2 土壤真菌ITS克隆文库构建和Illumina测序
•     6.1.3 数据分析
•   6.2 结果与分析
•     6.2.1 氮添加对土壤真菌群落结构的影响
•     6.2.2 氮添加对土壤真菌多样性的影响
•     6.2.3 不同氮添加水平下土壤真菌群落的差异分析
•     6.2.4 土壤真菌优势菌群与土壤化学因子的相关性
•   6.3 讨论
•     6.3.1 土壤真菌群落结构对氮添加响应的综合分析
•     6.3.2 土壤真菌多样性对氮添加响应的综合分析
•   6.4 小结
• 第七章 氮添加对土壤氮转化功能微生物基因丰度的影响
•   7.1 材料与方法
•     7.1.1 样品采集与处理
•     7.1.2 土壤微生物总DNA提取与定量PCR检测
•     7.1.3 数据处理
•   7.2 结果与分析
•     7.2.1 土壤固氮功能基因丰度对氮添加的响应
•     7.2.2 土壤氨氧化功能基因丰度对氮添加的响应
•     7.2.3 土壤反硝化功能基因丰度对氮添加的响应
•     7.2.4 土壤氮素转化功能基因丰度与土壤化学因子的相关性
•   7.3 讨论
•     7.3.1 土壤固氮功能基因对氮添加响应的综合分析
•     7.3.2 土壤氨氧化功能基因对氮添加响应的综合分析
•     7.3.3 土壤反硝化功能基因对氮添加响应的综合分析
•   7.4 小结
• 第八章 全文结论与展望
•   8.1 全文结论
•   8.2 创新点
•   8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘红梅

导师: 杨殿林

关键词: 氮沉降,土壤碳氮转化,土壤微生物,暗栗钙土,贝加尔针茅草原

来源: 中国农业科学院

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,畜牧与动物医学

单位: 中国农业科学院

基金: 国家自然科学基金(31170435,41877343)

分类号: S812.2

总页数: 110

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