峰峰矿区三种植物根围土壤微生物群落结构及功能多样性研究

论文摘要

随着我国经济的快速发展,对矿产资源消耗量与日俱增,也对矿区周边生态环境造成了严重破坏。矿产资源开采利用过程中,大量重金属元素外泄,通过地表径流作用进入周边区域,导致矿区周围土壤不同程度的重金属污染。由于重金属污染具有长期性、不可逆性和累积性,所以由重金属引发的环境问题受到广泛关注。而土壤微生物作为植物—土壤生态系统的重要组成部分,其群落活性与土壤健康状况关系密切,群落活动对植物生长发育具有重要促进作用,是生物修复的基础,对土壤微环境也存在监测功能,在整个生态系统的结构优化与功能塑造方面占有重要地位。研究重金属污染矿区微生物的结构和功能特征,可以阐明微生物的生态功能,对污染区生境恢复和植物保护具有重要意义。本文选择河北峰峰矿区作为研究样地,采集冬青（Ilex chinensis）、构树（Broussonetia papyrifera）、小檗（Berberis kawakamii）3种常见绿化植被根围土壤,利用磷脂脂肪酸（PLFA）和BIOLOG方法分析土壤微生物群落与功能多样性,结合土壤环境因子,探讨植物与土壤对微生物群落的影响,为重金属污染区域生态环境恢复提供依据。主要试验结果如下:1、峰峰矿区土壤微生物群落结构与功能代谢在植被间差异显著。土壤磷脂脂肪酸含量表现为:小檗>构树>冬青;不同碳源利用强度表现为:小檗>构树≈冬青。小檗土壤环境更适合微生物生存,是矿区恢复的理想植被。2、峰峰矿区土壤微生物群落结构与功能代谢的时空分布存在异质性。2017年土壤微生物群落结构丰富,碳源利用强度大;随着土层加深,土壤中PLFA种类、含量减少,碳源利用率降低,微生物活性表现为:0-20cm土层>20-40cm土层。3、峰峰矿区土壤微生物以细菌为优势种,其群落结构表现为:细菌>放线菌>真菌>厌氧菌>原生生物。从土壤中检测到72种磷脂脂肪酸,其中15:0 anteiso是显著影响冬青土壤微生物的PLFA;15:0 iso、16:0 10-methyl是显著影响构树土壤微生物的PLFA;16:0 iso、16:1ω7c和18:1ω7c是显著影响小檗土壤微生物的PLFA。4、峰峰矿区土壤微生物主要利用碳源类型为碳水化合物和氨基酸类,对酚酸类和胺类利用最少。其中,冬青土壤微生物主要利用碳源为:D-半乳糖酸γ-内酯、α-环式糊精、2-羟基苯甲酸、L-天门冬酰胺、L-苯丙氨酸和L-苏氨酸;构树土壤微生物主要利用碳源为:β-甲基-D-葡萄糖苷、D-木糖/戊醛糖、i-赤藓糖醇和1-磷酸葡萄糖;小檗土壤微生物主要利用碳源为:D-半乳糖酸γ-内酯、肝糖、衣康酸、4-羟基苯甲酸、L-丝氨酸、L-苏氨酸和甘氨酰-L-谷氨酸。5、峰峰矿区土壤重金属含量较高,其中Cd元素含量显著高于国家三级土壤标准,其余重金属元素含量均符合国家环境质量标准。通过PCA分析发现,pH、有机碳、全磷和土壤酶活是峰峰矿区主要影响因子,可以反映矿区土壤营养状况。6、有机碳、土壤酶活与细菌群落显著正相关,氨氮与全部土壤微生物群落显著负相关;pH、磷酸酶与碳水化合物显著正相关,有机碳、脲酶与大部分碳源显著正相关。有机碳和土壤酶活是影响矿区土壤微生物群落的关键因素。7、峰峰矿区土壤微生物群落结构与功能存在相关性。细菌、真菌群落与碳水化合物、多聚物类碳源显著正相关,革兰氏阳性菌与羧酸、胺类碳源显著正相关。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 文献综述
•   1.1 土壤微生物
•     1.1.1 微生物与植物的关系
•     1.1.2 微生物与土壤的关系
•   1.2 土壤微生物研究方法
•     1.2.1 传统培养方法
•     1.2.2 群落整体分析方法
•   1.3 研究背景及思路
•     1.3.1 研究背景
•     1.3.2 研究思路
•   1.4 技术路线
• 第二章 峰峰矿区植物根围土壤理化性质分析
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 样地概况
•     2.1.2 样品采集
•     2.1.3 测定方法
•     2.1.4 数据处理及分析
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 土层间土壤变量在不同植物间的分布特征
•     2.2.2 年际间土壤变量在不同植物间的分布特征
•     2.2.3 土壤因子主成分分析
•     2.2.4 土壤因子相关性分析
•   2.3 讨论
•     2.3.1 土壤中重金属元素含量
•     2.3.2 不同植物土层间土壤因子
•     2.3.3 土壤因子的相关性
• 第三章 峰峰矿区植物根围土壤微生物群落结构
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 土壤中磷脂脂肪酸测定
•     3.1.2 磷脂脂肪酸含量计算及命名
•     3.1.3 数据处理及分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 不同植物根围土壤微生物特征PLFA
•     3.2.2 特征PLFA主成分分析
•     3.2.3 土壤微生物群落结构变化
•     3.2.4 土壤微生物群落结构与土壤因子相关性
•   3.3 讨论
•     3.3.1 土壤微生物群落结构特征
•     3.3.2 不同植物土层间特征PLFA差异
•     3.3.3 土壤因子与微生物群落结构的相关性
• 第四章 峰峰矿区植物根围土壤微生物功能代谢多样性
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 制备土壤菌悬液
•     4.1.2 土壤微生物群落功能代谢测定
•     4.1.3 土壤微生物群落功能多样性计算
•     4.1.4 Biolog-ECO板中碳源类型及名称
•     4.1.5 数据处理及分析
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 不同植物根围土壤微生物群落功能代谢
•     4.2.2 不同年际根围土壤微生物群落功能代谢
•     4.2.3 土壤微生物对不同类型碳源的利用强度
•     4.2.4 土壤微生物群落多样性指数
•     4.2.5 单一碳源主成分分析
•     4.2.6 土壤微生物群落功能与土壤因子相关性
•     4.2.7 土壤微生物群落结构与功能相关性
•   4.3 讨论
•     4.3.1 土壤微生物群落功能多样性
•     4.3.2 不同植物土层间微生物代谢功能
•     4.3.3 土壤因子与微生物群落功能的相关性
•     4.3.4 微生物群落结构与功能的相关性
• 第五章 结论
•   5.1 主要结论
•   5.2 研究特色
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 温昕承昊

导师: 贺学礼

关键词: 土壤微生物群落,植物种类,重金属污染矿区

来源: 河北大学

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: 河北大学

基金: 国家自然科学基金项目(31470533)

分类号: S154.3

总页数: 60

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