极端干旱影响亚热带常绿阔叶林土壤N2O通量的微生物机制

论文摘要

模型预测表明,随着全球气候变暖进程的加剧,极端干旱事件发生的频率和强度将显著增加。作为森林生态系统重要的生态功能之一,氧化亚氮（N2O）排放主要来源于土壤微生物驱动的硝化过程和反硝化过程,然而目前尚不明确干旱影响森林土壤N2O通量的微生物机制。本论文中,我们依托浙江天童亚热带常绿阔叶林的极端干旱控制试验样地,通过静态箱法对土壤原位N2O通量进行长期野外观测,揭示亚热带常绿阔叶林土壤N2O排放对极端干旱的响应特征;通过季节性土壤样品采集,测定了土壤理化性质（土壤含水量、pH、总碳和总氮含量、NH4+-N和NO3--N含量）,运用乙炔抑制法区分硝化和反硝化过程的相对贡献,阐明干旱影响土壤原位N2O通量的微生物过程;通过定量PCR分析与N2O排放相关的硝化和反硝化功能基因（amoA-AOA,amoA-AOB,narG和nosZ）多度变化,从而明确极端干旱情景下亚热带常绿阔叶林土壤N2O排放的微生物机制。主要研究结果如下:（1）土壤原位N2O通量观测的结果表明,极端干旱显著降低了土壤原位N2O通量和年累积排放通量。（2）基于乙炔抑制法的室内培养实验发现,天童亚热带森林土壤N2O排放主要来源于反硝化过程,其贡献率为48.4%-77.7%。极端干旱显著降低了反硝化过程N2O产生潜势,而对硝化过程N2O产生潜势及反硝化过程N2O还原潜势均没有显著影响,表明极端干旱主要通过降低反硝化过程的N2O产生,从而减少总的N2O排放。（3）定量PCR的结果表明,极端干旱显著降低了反硝化功能基因narG基因多度,但对硝化功能基因amoA-AOB和反硝化功能基因nosZ基因多度没有显著影响。结构方程模型分析表明,硝化过程N2O产生潜势主要受到NH4+-N含量的影响;而反硝化过程N2O产生潜势主要受到土壤含水量和pH的影响。综上所述,在未来极端干旱事件频发的背景下,天童亚热带常绿阔叶林的土壤N2O排放将减少,并且这主要是由于干旱降低了反硝化过程N2O产生。与硝化和反硝化功能基因多度相比,土壤环境因子对天童亚热带森林土壤N2O排放具有更重要的作用。我们的研究结果为预测未来极端干旱情景下亚热带常绿阔叶林土壤N2O排放提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 全球气候变化与干旱
• 2O产生的主要途径及其影响因素'>  1.2 N₂O产生的主要途径及其影响因素
• 2O产生及其机制'>    1.2.1 硝化过程N₂O产生及其机制
• 2O产生及其机制'>    1.2.2 反硝化过程N₂O产生及其机制
• 2O产生的其他过程'>    1.2.3 N₂O产生的其他过程
• 2O排放的因素'>    1.2.4 影响土壤N₂O排放的因素
• 2O排放贡献的方法'>  1.3 区分硝化和反硝化过程对N₂O排放贡献的方法
• 2O排放的影响'>  1.4 干旱对森林土壤N₂O排放的影响
•   1.5 研究内容和意义、创新点和技术路线
•     1.5.1 研究内容和意义
•     1.5.2 研究创新点
•     1.5.3 技术路线
• 第二章 实验样地概况和研究方法
•   2.1 实验样地概况
•   2.2 实验样地设置
•   2.3 研究方法
• 2O通量观测'>    2.3.1 土壤原位N₂O通量观测
•     2.3.2 土壤样品采集与处理
•     2.3.3 土壤理化性质分析
•     2.3.4 硝化和反硝化潜势测定
•     2.3.5 土壤基因组DNA提取
•     2.3.6 硝化和反硝化功能基因多度检测
• 2O通量的影响'>第三章 极端干旱对亚热带常绿阔叶林土壤原位N₂O通量的影响
•   3.1 前言
•   3.2 材料和方法
• 2O通量观测'>    3.2.1 土壤原位N₂O通量观测
•     3.2.2 数据分析
•   3.3 结果
•     3.3.1 干旱对空气和土壤温度及土壤水分的影响
• 2O通量和年累积排放通量的影响'>    3.3.2 干旱对土壤原位N₂O通量和年累积排放通量的影响
•   3.4 讨论
•   3.5 本章小结
• 第四章 极端干旱对亚热带常绿阔叶林土壤硝化和反硝化过程的影响
•   4.1 前言
•   4.2 材料和方法
•     4.2.1 土壤样品采集和理化性质分析
•     4.2.2 硝化和反硝化潜势测定
•     4.2.3 数据分析
•   4.3 结果
•     4.3.1 干旱对土壤含水量、pH、总碳和总氮含量及铵态氮和硝态氮含量的影响
• 2O产生潜势的影响'>    4.3.2 干旱对土壤N₂O产生潜势的影响
• 2O还原潜势的影响'>    4.3.3 干旱对土壤N₂O还原潜势的影响
• 2O产生和还原潜势与土壤理化性质的相关性'>    4.3.4 土壤N₂O产生和还原潜势与土壤理化性质的相关性
•   4.4 讨论
• 2O产生潜势的影响'>    4.4.1 干旱对土壤硝化和反硝化过程N₂O产生潜势的影响
• 2O还原潜势的影响'>    4.4.2 干旱对反硝化过程N₂O还原潜势的影响
•   4.5 本章小结
• 第五章 极端干旱对硝化和反硝化功能基因多度的影响
•   5.1 前言
•   5.2 材料和方法
•     5.2.1 土壤基因组DNA提取
•     5.2.2 硝化和反硝化功能基因多度检测
•     5.2.3 数据分析
•   5.3 结果
•     5.3.1 干旱对硝化和反硝化功能基因多度的影响
• 2O产生和还原潜势之间的关系'>    5.3.2 硝化和反硝化功能基因多度与N₂O产生和还原潜势之间的关系
• 2O产生潜势的相对贡献'>    5.3.3 土壤环境因子及硝化和反硝化功能基因多度对N₂O产生潜势的相对贡献
•   5.4 讨论
•     5.4.1 干旱对硝化功能基因多度的影响
•     5.4.2 干旱对反硝化功能基因多度的影响
• 2O产生的相对贡献'>    5.4.3 土壤环境因子及硝化和反硝化功能基因多度对N₂O产生的相对贡献
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 研究不足与展望
• 参考文献
• 硕士期间研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 卜雪蕾

导师: 周小奇

关键词: 极端干旱,功能基因,亚热带常绿阔叶林

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 华东师范大学

分类号: S714

总页数: 68

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