论文摘要
陆地森林生态系统养分和微生物特征的变化受气候、土壤和植被等因子的影响,但已有研究主要集中于土壤因子对生态系统的影响,关于沿着环境梯度变化情况下,气候和土壤等多因子耦合作用如何影响森林生态系统的植物、土壤和土壤微生物特征,目前还不是十分清楚。本文以黄土高原广泛分布的人工刺槐林为研究对象,沿环境梯度由北到南选取神木、绥德、安塞、淳化四个地区,研究了人工刺槐林生态系统植物各器官养分特征（碳C、氮N、磷P含量及其化学计量比）、土壤物理性质（容重、质地、水稳性团聚体等）、化学性质（pH、C、N、P、速效磷A-P等含量）和散土及根际土壤微生物特征（微生物量、土壤酶、群落特征）沿环境梯度的变化及驱动机制,主要结论如下:1.由北到南,林地土壤理化性质表现为:（1）土壤容重呈先减少后增加趋势;粘粒、粉粒含量呈增加趋势,沙粒含量呈减少趋势;粒径<0.053mm、>0.25mm团聚体重量百分含量先增多后减少,0.053-0.25mm团聚体重量先减少后增加;散土含水量呈上升趋势;而根际土壤含水量先增加再减少后增加。（2）在散土中,pH在8.158.46范围内变化,呈降低趋势;A-P、N、P含量呈增加趋势;NH4+-N、NO3--N、SOC含量和C/N、C/P先增大再减小后增大,在淳化地区达到最大;N/P先减小后增大,在绥德、安塞地区达到最小;（3）根际土壤与散土理化性质的变化趋势相似。其中A-P、N含量呈增加趋势;pH呈降低趋势;NH4+-N、NO3--N、SOC、C/P先增大再减小后增大;N/P在1.593.33范围内,先减小后增大;P、C/N先增大后减小。2.由北到南,刺槐生物量和各器官中化学计量的变化表现为:（1）刺槐生物量先减少后增加,其中安塞地区生物量最高(166.49kg.m-2);叶片、枝干、<1mm根、>2mm根中有机碳（OC）含量无显著性变化趋势1-2mm根OC呈先减少后增加趋势;叶片及枝干的全N、全P呈现先减少后增加又减少变化;各径级根系中N、P含量均呈先增加后减少趋势。（2）淳化地区刺槐叶片C/N、C/P化学计量比显著高于其他地区;N/P在18.2723.66范围内,从北向南呈先增加后减少。刺槐枝干化学计量比C/N、C/P、N/P均呈先减少后增加趋势;刺槐根系化学计量C/N、C/P、N/P不同径级根系均呈现先减少后增加趋势;（3）刺槐各器官N、P与年均温（MAT）均呈负相关,刺槐的枝干与细根N、P与年均降雨量（MAP）均呈负相关。各器官OC含量与气候因子无显著相关性。3.由北到南,林地土壤微生物量和土壤酶特征的变化表现为:（1）散土中微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）、微生物量磷（MBP）、MBC/MBP均呈增大趋势;MBC/MBN先减小后增大,MBN/MBP先增加后减少。根际土MBC、MBN、MBP、MBC/MBP、MBN/MBP均先增加后减少;MBC/MBN先增大再减小后增大;（2）散土中亮氨酸酶（LAP）活性持续增大,葡萄糖苷酶（BG）、乙酰葡萄糖苷酶（NAG）和碱性磷酸酶（AP）活性先增大再减小后增大。其中,BG/（LAP+NAG）、BG/AP在3.436.46、1.52.96范围内,先减小后增大;（LAP+NAG）/AP在0.410.7范围内,持续减小。根际土壤中AP持续增大,BG、NAG和LAP活性先增大后减弱后增大。BG/（LAP+NAG）、BG/AP、（LAP+NAG）/AP分别在2.903.83、3.364.92、1.181.45范围内,先增大再减小后增大的趋势变化;（3）冗余分析（RDA）表明,MAP、N/P分别解释散土酶活性及微生物量的36.6%,14.8%。A-P,TN分别解释散土酶与微生物量的化学计量比的30.5%,19.1%。MAP、RP1分别解释土壤酶活性及微生物量的27.4%,10.1%。TN、RC1分别解释土壤酶与微生物量化学计量比的17.4%,17.1%。4.林地散土中细菌Chao1指数在2878.683306.70范围内。从北向南先减小再增大后减小;真菌Chao1指数在600.50726.65范围内,变化趋势与细菌相反。细菌Shannon指数在6.396.67范围内,先减小再增大;真菌Shannon指数在2.844.22范围内,先减小再增大后减小。散土微生物群落相对丰度较高的细菌门分别是变形杆菌门、放线菌门、嗜酸杆菌门、氯曲菌门。具有相对丰度较高的真菌门分别是子囊菌门和担子菌门。由北到南,门到属水平具有特异性差异的群落变异较小,。环境因子、土壤养分、生物因子分别对散土细菌的影响解释率分别为32.01%、28.64%、29.96%,环境因子、土壤养分、生物因子对散土真菌的影响解释率分别为18.56%、19.29%、17.44%。5.林地优势种刺槐根际土壤细菌Chao1指数在1086.631146.68范围内。从北向南,先减小再增大后减小;真菌Chao1在228.43287.96范围内,先减小再增大后减小。细菌Shannon指数在5.896.04范围内,先减小再增大后减小,真菌Shannon指数在2.953.30范围内,先减小后增大。由北到南,根际细菌门到属水平具有特异性差异的群落呈减少趋势;根际真菌门到属水平上具有特异性差异的组先减少后增多。环境因子、微生物因子、植物因子分别对根际细菌的影响解释率为45.73%、32.29%,41.15%。环境因子、微生物因子、植物因子分别对根际真菌的影响解释率为47.86%、31.67%、40.22%。总之,黄土高原刺槐生长普遍受到土壤N、P元素含量的限制。研究区植物叶片N/P均大于16,表明P元素限制更为严重,并且由北到南,植物P元素限制先减弱后增强。散土中土壤酶ln（BG）:ln（NAG+LAP）:ln（AP）为1:0.65:1.25,根际土壤酶ln（BG）:ln（NAG+LAP）:ln（AP）为1:1.1:0.97。说明群落微生物养分主要受到P元素限制,根际土壤微生物受养分限制较弱;散土微生物群落处于非稳态,根际土壤微生物群落处于相对稳态。四个地区中群落、根际土壤中细菌和真菌群落的优势菌群的物种组成基本相同,但相对丰度存在差异。此外,每个地区都有地区独特的微生物种群,比如淳化散土特异性微生物绿硫细菌（Chlorobi）。气候因子显著影响细菌和真菌群落特征。本文的研究结果为森林生态系统中土壤养分循环控制提供了基础数据,为区域人工林管理提供参考。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 张鹏
导师: 王国梁
关键词: 生态化学计量,刺槐人工林,土壤酶,微生物群落
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
单位: 西北农林科技大学
基金: 国家重点研发计划课题:水土保持林结构调整与功能提升技术(编号:2017YFC0504601),中国科学院科技服务网络计划(编号:KFJ-STS-ZDTP-036)
分类号: S714
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