黄土丘陵区退耕地植被恢复过程中土壤氮转化过程及机制研究 ——以反硝化和矿化过程为例

论文摘要

土壤微生物群落是土壤氮素循环的引擎,在生态系统功能恢复过程中发挥着重要作用。本研究旨在探明退耕地植被恢复过程中土壤微生物群落的演变特征、土壤反硝化过程N2O排放潜力及机制和土壤无机氮供应水平及矿化机制,为黄土丘陵区退化生态系统土壤养分恢复保育和退耕地植被恢复工作提供理论支持。为此,以陕西安塞退耕后自然恢复草地和人工刺槐林为研究对象,通过野外土壤样品采集,结合高通量测序技术,分析退耕地植被恢复过程中土壤细菌、真菌和古菌群落的演变特征;通过室内厌氧培养实验和野外连续原位培养实验,分析退耕地植被恢复过程中土壤N2O排放风险及无机氮供应水平;在此基础上,结合实时荧光定量Q-PCR和高通量测序技术,探讨土壤N2O排放和土壤无机氮供应的微生物驱动机制及主导环境因子,得出如下结论:1退耕地植被恢复过程中土壤微生物群落在物种数量、多样性和组成方面均表现为细菌群落>真菌和古菌群落,且细菌群落对土壤养分变化的响应更为迅速;在两种植被恢复模式下,自然恢复过程有利于土壤微生物群落的物种数量和多样性指数的增加,而人工恢复过程有利于土壤微生物群落结构的变化;土壤细菌群落对退耕地植被恢复的响应最为敏感,而真菌和古菌群落的响应存在一定的滞后现象。2退耕地植被恢复过程中土壤潜在N2O排放速率呈先降低趋势,表明植被恢复过程有助于降低N2O排放,而随后出现N2O排放的增加趋势表明植被恢复后期出现了N2O增加的风险,且耕地为当前最大的N2O排放源;土壤反硝化功能微生物的丰度、多样性总体呈增加趋势,主要为变形菌和放线菌群落;（nirK+nirS）/（napA+narG）和nosZ/nirK丰度比值增加会降低N2O排放,而qnorB/nosZ丰度比值的增加会增加N2O排放;植物群落多样性指数增加会显著促进反硝化功能微生物群落的恢复和发展。3退耕地植被恢复过程中土壤无机氮总体处于充足状态,仅在耕地样地和67月存在无机氮缺乏现象;变形菌群落是土壤矿化功能微生物的主要类群,且土壤矿化功能微生物群落与植物群落在植被恢复过程中有相似的变化趋势;土壤矿化功能微生物群落物种数量和ACE多样性指数的减少、群落结构的分异会提高土壤铵态氮供应水平,而土壤矿化功能微生物群落结构的分异和物种数量的增加会提高土壤硝态氮供应水平;土壤pH、有机碳、全氮、全磷含量和容重影响土壤矿化功能微生物群落的恢复和发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景、目的及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 黄土丘陵区退耕地植被恢复过程
•     1.2.2 土壤微生物群落的时空演变特征
•     1.2.3 氧化亚氮排放
•     1.2.4 土壤氮素养分矿化过程
• 第二章 研究内容与方法
•   2.1 研究内容
•     2.1.1 退耕地植被恢复过程中土壤微生物群落的响应
• 2O排放潜力及机制'>    2.1.2 退耕地植被恢复过程中土壤N₂O排放潜力及机制
•     2.1.3 退耕地植被恢复过程中土壤无机氮供应水平及矿化机制
•   2.2 研究目标
•   2.3 研究区概况
•   2.4 研究方法
•   2.5 技术路线与拟解决关键问题
•     2.5.1 技术路线
•     2.5.2 拟解决关键问题
• 第三章 退耕地植被恢复过程中土壤微生物群落的响应
•   3.1 引言
•   3.2 研究方法
•     3.2.1 样地选择
•     3.2.2 土壤样品采集和测定
•     3.2.3 数据分析
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 土壤微生物群落组成和多度
•     3.3.2 土壤微生物群落多样性特征
•     3.3.3 土壤性质和植物群落特征对土壤微生物群落的影响
•   3.4 讨论
•     3.4.1 土壤微生物群落组成的响应
•     3.4.2 土壤微生物群落多度和多样性的响应
•     3.4.3 土壤性质和植物群落特征对土壤微生物群落的影响
•   3.5 小结
• 2O排放潜力及机制'>第四章 退耕地植被恢复过程中土壤N₂O排放潜力及机制
•   4.1 引言
•   4.2 研究方法
•     4.2.1 样地选择
•     4.2.2 土壤样品采集和测定
•     4.2.3 数据分析
•   4.3 结果与分析
• 2O排放动态特征'>    4.3.1 土壤N₂O排放动态特征
•     4.3.2 土壤反硝化微生物特征
• 2O排放潜力的影响'>    4.3.3 土壤性质和植物群落特征对土壤N₂O排放潜力的影响
•   4.4 讨论
• 2O排放趋势'>    4.4.1 土壤N₂O排放趋势
•     4.4.2 土壤反硝化功能微生物群落的响应
• 2O排放的定量响应关系'>    4.4.3 土壤反硝化功能基因丰度与土壤N₂O排放的定量响应关系
• 2O排放的主导环境因子'>    4.4.4 土壤N₂O排放的主导环境因子
•   4.5 小结
• 第五章 退耕地植被恢复过程中土壤无机氮供应水平及矿化机制
•   5.1 引言
•   5.2 研究方法
•     5.2.1野外原位培养实验
•     5.2.2 土壤性质测定
•     5.2.3 数据分析
•   5.3 结果与分析
•     5.3.1 土壤无机氮有效性的年限和月份变化
•     5.3.2 土壤氮矿化功能微生物特征
•     5.3.3 土壤性质和植物群落特征对土壤无机氮供应水平的影响
•   5.4 讨论
•     5.4.1 土壤无机氮供应水平在恢复年限和月份水平上的变化
•     5.4.2 土壤反硝化功能微生物群落的响应
•     5.4.3 土壤无机氮供应的机制及主导环境因子
•   5.5 小结
• 第六章 主要结论与展望
•   6.1 主要结论
•     6.1.1 退耕地植被恢复过程中土壤微生物群落的响应
• 2O排放潜力及机制'>    6.1.2 退耕地植被恢复过程中土壤N₂O排放潜力及机制
•     6.1.3 退耕地植被恢复过程中土壤无机氮供应水平及矿化机制
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邓娜

导师: 焦菊英,王红雷

关键词: 植被恢复,微生物群落,氧化亚氮排放,无机氮

来源: 西北农林科技大学

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,畜牧与动物医学

单位: 西北农林科技大学

基金: 国家重点研发计划项目课题“黄土高原生态系统修复的土壤侵蚀效应与控制机制(2016YFC0501604)”,国家自然科学基金“黄土高原刺槐林恢复对根际异化硝酸盐还原过程的影响及其机制(41807042)”

分类号: S812.2;S714

总页数: 83

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