中国温带荒漠区植物与土壤微生物多样性地理格局及其环境解释

论文摘要

中国境内的温带荒漠生态系统总面积超过192万km2,这些荒漠生态系统极易受到全球气候与土地利用类型变化的影响。然而受恶劣自然环境与交通条件限制,目前针对我国温带荒漠区大尺度植物与土壤微生物多样性地理格局及其主导因素,特别是植物与土壤微生物群落间关联性的系统研究还很缺乏。本文首先对中国温带荒漠区内855个植物群落进行调查,并从温带灌木、矮半乔木及草原化灌木荒漠等研究区主要地带性生境中采集84份土壤微生物样品,运用高通量测序分析土壤微生物群落物种组成情况。同时结合土壤、气候与空间变量等数据,通过逐步回归模型、结构方程模型与方差分解等分析方法来探究植物与微生物多样性的主要影响因素,以及植物与土壤微生物群落间的关联性。具体结果如下:（1）一元或多项式回归模型与mantel分析结果显示:在alpha水平上,植物和土壤细菌物种多样性在纬度上均呈现出显著的线性变化规律,但在经度则呈现非线性变化趋势;而土壤真菌多样性在经度和纬度上均不存在显著的线性变化格局。在beta水平上,植物、土壤细菌与真菌群落相似性均随着地理距离的增加而显著递减,但土壤真菌群落有着比细菌群落更快的物种更替速率。（2）方程分解结果表明:生境、气候与空间因素共同解释了植物alpha与beta多样性16.3%～65.1%的变异,且均存在显著的单独解释率。空间因素可单独解释了植物物种多样性2.6%～6.2%的变异,而环境因子则单独解释了 7.5%～21.4%的变异。气候因素虽然对植物alpha多样性有着最强的单独影响,但土壤、海拔等生境因子解释了植物beta多样性更多的变异。（3）生境、气候与空间变量共同解释了研究区土壤细菌与真菌alpha多样性45.3%～64.1%的变异,且三者均存在显著的单独解释率;植物、生境、气候与空间变量共同解释了土壤细菌与真菌beta多样性23.2%～36.7%的变异,四组变量同样都存在显著的单独解释率。环境变量比空间因素单独解释了土壤微生物群落alpha与beta多样性更多的变异。此外,植物因素可以单独解释土壤细菌beta多样性5.5%～6.2%的最大变异,而空间变量则单独解释了真菌bata多样性空间变异的最大部分（7.2%～11.2%）。（4）Beta多样性分解结果显示物种更替与嵌套组分各自贡献了植物、土壤细菌与真菌群落 beta 多样性 93.18%～97.78%与 2.22%～6.82%、87.80%～92.63%与7.37%～12.20%、91.96%～94.65%与5.35%～8.04%的变异,这说明温带荒漠区植物与土壤微生物群落beta多样性可能主要由物种在空间上或群落间更替导致的。此外,植物、土壤细菌与真菌群落beta多样性及其物种更替组分的主导因素存在高度一致性,这说明温带荒漠区不同生态过程对群落beta多样性的影响可能很大程度上是通过调控群落物种更替来实现的。（5）植物alpha多样性与土壤细菌和真菌alpha多样性间均存在着显著的相关性,但结构方程模型显示植物alpha多样性对细菌与真菌alpha多样性均没有显著的直接影响。结构方程模型进一步显示植物beta多样性对土壤细菌与真菌beta多样性均有着重要的直接作用。此外,方差分解分析与结构方程模型都显示植物beta多样性对细菌beta多样性有着比真菌群落更强的影响。综上,中国温带荒漠区植物与土壤微生物群落物种多样性均存在着明显的地理分布格局,但土壤细菌与真菌多样性地理格局存在显著差异。作者认为温带荒漠区植物与土壤微生物物种多样性地理分布格局可能存在研究区域、尺度与生物类群特异性。植物与土壤微生物群落物种多样性由环境过滤与中性过程以及其他未知过程的共同控制,其中生态位因素有着更强的作用;植物与土壤微生物群落物种多样性的主控因素在alpha与beta尺度以及真菌与细菌群落间存在显著差异,可能受到多重因素驱动。植物与土壤微生物群落物种多样性仅在beta水平上存在着直接关联性,而植物alpha多样性并不是土壤微生物alpha多样性的限制因子。本文强调植物、土壤微生物群落多样性的主要影响因素,以及植物-土壤微生物群落间关联性可能受到生物性状、多样性水平,以及生境类型与研究尺度等多重因素的调控。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 物种多样性概念及测度
•     1.2.1 物种多样性概念
•     1.2.2 物种多样性测度
•   1.3 植物与土壤微生物群落物种样性国内外研究现状
•     1.3.1 物种多样性维持机制研究现状
•     1.3.2 植物群落物种多样性研究现状
•     1.3.3 土壤微生物群落物种多样性国内外研究现状
•   1.4 植物与土壤微生物群落间关联性国内外研究现状
•   1.5 研究目的与内容
•     1.5.1 研究目的
•     1.5.2 研究内容
•   1.6 拟解决的科学问题
•   1.7 技术线路
• 2 研究材料与方法
•   2.1 研究地概况
•     2.1.1 地理位置
•     2.1.2 地质及地貌情况
•     2.1.3 气候情况
•     2.1.4 土壤情况
•     2.1.5 植被情况
•   2.2 研究方法
•     2.2.1 研究整体思路与技术线路
•     2.2.2 背景数据收集
•       2.2.2.1 研究区植被类型数据
•       2.2.2.2 研究区气候与地形数据
•     2.2.3 调查区域与线路确定
•     2.2.4 植物样方设置与调查
•     2.2.5 土壤微生物样方设置与调查
•     2.2.6 土壤微生物与理化性质测定
•       2.2.6.1 土壤理化性质指标测度
•       2.2.6.2 土壤微生物群落物种组成测定
•     2.2.7 数据处理及分析
•       2.2.7.1 物种多样性指数选择计算
•       2.2.7.2 植物群落数据处理及分析
•       2.2.7.3 土壤微生物群落数据处理及分析
•       2.2.7.4 结构方程分析
• 3 中国温带荒漠区植物多样性地理格局及其环境解释
•   3.1 中国荒漠区主要优势植物群落类型及其物种组成情况
•   3.2 中国温带荒漠区植物物种组成与区系情况
•     3.2.1 植物物种生活型组成情况
•     3.2.2 植物科物种组成情况
•     3.2.3 植物属物种组成与区系情况
•   3.3 中国温带荒漠区植物多样性理分布格局
•     3.3.1 中国温带荒漠区环境因子与地理因子的关系
•     3.3.2 中国温带荒漠区植物alpha多样性理分布格局
•     3.3.3 中国温带荒漠区植物beta多样性理分布格局
•   3.4 中国温带荒漠区植物群落物种多样性地理格局主要影响因素
•     3.4.1 气候、生境因子、空间因子对植物群落alpha多样性的影响
•     3.4.2 气候、生境因子、空间因子对植物群落beta多样性的影响
•       3.4.2.1 气候、生境因子、空间因子对植物群落总体beta多样性的影响
•       3.4.2.2 气候、生境因子、空间因子对植物群落beta多样性物种更替组分的影响
•       3.4.2.3 气候、生境因子、空间因子对植物群落beta多样性物种嵌套组分的影响
•   3.5 讨论
•     3.5.1 中国温带荒漠区植物群落类型及组成特征
•     3.5.2 中国温带荒漠区植物群落多样性地理格局
•     3.5.3 中国温带荒漠区植物群落多样性由气候、生境与空间因子的共同控制,但相对重要性在alpha与beta多样性水平间存在差异
•   3.6 小结
• 4 中国温带荒漠区土壤微生物多样性地理格局及环境解释
•   4.1 中国温带荒漠区土壤微生物群落物种组成及地理分布特征
•     4.1.1 中国温带荒漠区土壤细菌群落物种组成与地理分布特征
•     4.1.2 中国温带荒漠区土壤真菌群落物种组成及地理分布特征
•   4.2 中国温带荒漠区土壤微生物群落物种多样性理分布格局
•     4.2.1 中国温带荒漠区土壤微生物群落alpha多样性理分布格局
•     4.2.2 中国温带荒漠区土壤微生物群落beta多样性理分布格局
•   4.3 中国温带荒漠区土壤微生物群物种多样性地理格局影响因素
•     4.3.1 植物、气候、生境与空间因子对土壤微生物群落alpha多样性影响
•     4.3.2 植物、气候、生境、空间因子对土壤微生物群落beta多样性影响
•       4.3.2.1 植物、气候、生境、空间因子对土壤微生物群落总体beta多样性的影响
•       4.3.2.2 植物、气候、生境、地形等因子对土壤微生物群落beta多样性物种周转组分的影响
•       4.3.2.3 植物、气候、生境、空间因子对土壤微生物群落beta多样性物种嵌套组分的影响
•   4.4 讨论
•     4.4.1 中国温带荒漠区土壤细菌与真菌物种多样性地理格局存在差异
•     4.4.2 植物、气候、生境与空间因素对土壤微生物物种多样性的相对影响受到微生物类群类型与多样性水平的影响
•   4.5 小结
• 5 中国温带荒漠区植物群落与土壤微生物群落间关联性
•   5.1 植物群落与土壤微生物群落alpha多样性间关联性
•     5.1.1 植物群落与土壤细菌群落alpha多样性间关联性
•     5.1.2 植物群落与土壤真菌群落alpha多样性间关联
•   5.2 植物群落与土壤微生物群落beta多样性间关联性
•   5.3 讨论
•     5.3.1 中国温带荒漠区植物与土壤微生物群落间关联性在alpha与beta水平间存在差异
•     5.3.2 中国温带荒漠区植物、土壤细菌与真菌群落间的关联性存在差异
•   5.4 小结
• 6 结论
•   6.1 研究主要结论
•   6.2 研究特色与创新
•   6.3 研究展望
• 7 参考文献
• 8 附录
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王健铭

导师: 李景文

关键词: 温带荒漠区,植物群落,细菌群落,真菌群落,物种多样性,地理格局,关联性,影响因素

来源: 北京林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 北京林业大学

基金: 国家“十三五”重点研发计划课题“极小种群野生植物回归技术研究与示范(2016YFC0503106)”,中央级公益性科研院所基本科研业务费专项“黑戈壁区域植物与植被本底调查(CAFYBB2011002-6)”,国家科技部基础规划项目专题“库姆塔格综合考察二期的植物与植被调查(2012FY111700)”,国家林业公益性行业专项子课题“戈壁区植物本底调查(201404304-6)”,国家自然科学基金项目“胡杨根系扩展性为及其诱导因素作用机制(31570610)”

分类号: Q948.113

DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000106

总页数: 145

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