气温变化和土地利用方式改变对AMF多样性的影响

论文摘要

气温变化改变了全球的水热资源现状,导致生物群落的组成和结构发生显著变化,进而对陆地生态系统的结构和功能产生深刻的影响。土地利用方式是世界范围内普遍采用的保护土壤肥力,恢复生态环境,促进生态系统可持续发展的有效措施。气温变化反映了生态系统主要的外在自然驱动力的改变,而土地利用方式与土地覆盖变化则体现了人类活动对生态系统的直接作用。气温变化及土地利用方式改变对生态系统结构、功能及稳定性的影响逐渐成为生态学领域的研究热点,而生物多样性的变化是这一研究领域的基础与核心。丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF）是陆地生态系统中广泛分布的重要土壤微生物之一,能够与80%以上的陆地植物形成互利共生体,其群落组成及多样性在维持生态系统功能及稳定性方面具有重要作用。在较高纬度地区,AMF多样性对气温变化及土地利用方式改变的响应尚不清楚,且气温变化与土地利用方式改变交互作用对AMF多样性的影响缺乏认识。本研究旨在揭示较高纬度地区,气温变化、土地利用方式改变与两者互作对AMF群落组成及多样性的影响与作用途径。本实验采用双因素完全随机设计,以分布在东北三省长达8年的45个同源土柱（1×1 m）作为研究对象,比较不同样点土壤理化性质的变化特征,明确土地利用方式改变对土壤理化性质的影响,分析AMF群落组成及多样性对气温变化及土地利用方式改变的响应,进一步通过主成分分析、冗余分析及交互作用分析,揭示气温变化及土地利用方式变化对AMF多样性的影响及作用途径。本研究获得了以下主要结果与结论:（1）气温变化和土地利用方式改变对某些土壤理化性质具有显著影响:气温升高增加土壤有效磷含量,而裸地利用方式会导致土壤中有机质、总氮及可溶性有机碳含量的降低;（2）利用高通量测序技术,从45份土壤样品中共获得2150973条AMF序列,归属于15个属、42个种,其中Glomus的丰度最高,且在所有的土壤样品中,Paraglomus brasilianum（10.7%）和Funneliformis mosseae（10.3%）是丰度最高的2个AMF物种;（3）气温变化及土地利用方式改变均能够对AMF多样性产生显著影响,三江源样地的AMF多样性最高,且种植大豆和撂荒土地利用方式的AMF多样性显著高于裸地处理;双因素交互作用分析表明,气温变化和土地利用方式改变的耦合效应对AMF群落组成及其多样性的影响比两个因素的单独作用更大;（4）主成分及冗余分析结果表明,土壤可利用氮、有机质和可溶性有机碳含量是影响AMF多样性的重要因素,一些AMF物种与特定的土壤理化性质密切相关,如多孢囊霉属（Diversispora）和硬囊霉属（Sclerocystis）的物种丰度与土壤pH值、硝态氮与铵态氮含量显著正相关。综上所述,本研究表明长期的（8年）气温变化与土地利用方式改变能够显著影响土壤矿质元素的积累和释放（总氮和土壤或性有机碳）,从而调控AMF群落组成及多样性,且两者互作对AMF多样性的影响更加剧烈。这些发现丰富了较高纬度地区气温变化及土地利用方式变化与生物多样性之间的关系,扩展了对植物-土壤-微生物互作关系的理解,为合理利用土壤微生物资源维持生态系统的功能及稳定性提供了科学依据。

论文目录

• Abstract
• 摘要
• Chapter Ⅰ Introduction
•   1.1 The introduction to arbuscular mycorrhizal fungi（AMF）
•     1.1.1 Symbiotic association between host plant and AMF
•     1.1.2 Establishment of the AM symbiosis
•   1.2 Classification of AMF
•   1.3 The functions of AMF
•     1.3.1 Ecological significance of AMF on host plants
•     1.3.2 Influence of AMF on soil structure
•     1.3.3 Role of AMF in global carbon cycle
•     1.3.4 Ecosystem restoration
•   1.4 The environmental factors influencing AMF community
•     1.4.1 Biotic factors
•     1.4.2 Abiotic factors
•   1.5 Anthropogenic influence on AMF
•   1.6 Research objectives and significance
• Chapter Ⅱ Methods and materials
•   2.1 Experimental design
•   2.2 Soil sampling
•   2.3 DNA extraction
•   2.4 DNA quality and quantity assessment
•   2.5 Soil properties measurement
•   2.6 DNA sequencing and analysis
•   2.7 Methods to estimate AMF diversity
•   2.8 Statistical analysis
• Chapter Ⅲ Results
•   3.1 Soil properties
•   3.2 DNA quality and quantity assessment
•   3.3 AMF community structure
•   3.4 AMF community richness and diversity
•   3.5 Interaction analysis
•   3.6 Correlation analysis for AMF community and soil properties
•   3.7 Principal component analysis（PCA）and redundancy analysis（RDA）
• Chapter Ⅳ Discussion
•   4.1 Soil properties,and temperature change and land use type
•   4.2 AMF richness and diversity,and temperature change and land use type
•   4.3 AMF richness and diversity,and soil properties
•   4.4 AMF community structure,and temperature change and land use type
•   4.5 PCA and RDA discussion
• Chapter Ⅴ Conclusions
• References
• Acknowledgement
• Annex

文章来源

类型: 硕士论文

作者: Anastasiia Zhukova

导师: 王德利,杨玉荣

关键词: 丛枝菌根真菌,气温变化,土地利用方式,群落组成,多样性

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农艺学

单位: 东北师范大学

分类号: S154.3

总页数: 90

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