亚热带不同森林植被恢复类型红壤微团聚体胶结物特征

论文摘要

亚热带红壤区为我国侵蚀退化最严重的的区域之一,植被恢复与重建是恢复红壤区森林生态系统的重要措施,在森林生态恢复的过程中,对其土壤结构恢复情况进行深入研究尤为必要。土壤微团聚体是土壤结构基本单元和重要的物质基础,其形成和变化对土壤肥力的提高、土壤质量的改善起着根本性作用,分析南方红壤区不同森林植被恢复类型土壤微团聚体胶结物特征,对于提高亚热带红壤区森林土壤结构稳定性和生态修复,为进一步科学指导不同植被类型选择、改善生态环境具十分重要的理论价值与实践指导意义。本研究选取江西省赣州市石城县赣江源国家级自然保护区内立地条件相似的（杉木）残次林（CK:未补植树种为空白对照）、（杉木）残次林改造模式1（MS1:补植木荷、枫香、杜英、胡枝子）、（杉木）残次林改造模式2（MS2:补植木荷、枫香、杜英）、针阔混交林（R）（马尾松-枫香混交林）和次生阔叶林（N）共5种植被恢复类型为研究对象,对这5种植被恢复类型分别分离出3个粒级（50-200μm、20-50μm、<20μm）土壤微团聚体胶结物,测定其内部微生物群落、铁铝氧化物、结合态有机碳（钙键、铁铝键结合态有机碳）等指标,探讨不同森林植被恢复类型土壤微团聚体胶结物微生物群落结构、铁铝氧化物、结合态有机碳含量等特征,以进一步阐释亚热带不同植被恢复类型土壤微团聚体胶结物形成与变化特征。主要结论如下:（1）土壤微团聚体胶结物微生物总磷脂脂肪酸含量（TPLFAs）均表现为随土层深度加深而逐渐减少,部分土壤微团聚体胶结物微生物总磷脂脂肪酸含量（TPLFAs）随土壤粒级的增大而减小。不同植被恢复类型各土层中,与CK相比,R可显著提高土壤各粒级微团聚体胶结物TPLFAs,N中土壤各粒级微团聚体胶结物TPLFAs有下降趋势;其中N中<20μm粒级TPLFAs表层土显著高于其他土层,且伴随土层深度增加百分比逐渐降低的增加;10-20cm土层中MS1中<20μm粒级TPLFAs有一定程度增加（与CK相比增加21.54%）,MS2中<20μm粒级TPLFAs几乎无增减,说明MS1补植的胡枝子可一定程度提升中间土层小于20μm粒级TPLFAs含量。（2）不同植被恢复类型各土层各粒级微团聚体胶结物中各菌群存在明显差异。不同植被恢复类型各粒级各菌群PLFA含量随土层深度加深而显著降低,各土层丛枝菌根真菌（AM）和真菌PLFAs含量随粒级增大逐次显著降低,放线菌PLFAs含量大致随粒级减小而逐渐减少,各土层大致表现为20-50μm粒级革兰氏阳性菌PLFA含量高于50-200μm和<20μm粒级。与CK相比,R各土层50-200μm和<20μm粒级（AM）PLFAs含量显著较高,N中浅层土各粒级AM和真菌PLFAs含量显著较低,N和R深土层<20μm粒级真菌PLFAs含量显著较高,N和R可显著提升中间土层小于20μm粒级放线菌PLFAs含量,R与CK细菌PLFA含量显著高于其他植被恢复类型,MS1、MS2和N细菌PLFAs含量基本无差异且均显著低于其他植被恢复类型。（3）同土层各粒级之间微生物物种丰富度（S）、香农指数Shannon-Wiene（H’）、均匀度指数（EH）和辛普森Simpson（D）指数基本无显著差异。其中R中50-200μm和<20μm粒级S指数显著较高,MS2中<20μm粒级S指数显著较低;表层土20-50μm粒级N和R均匀度（EH）显著降低,且R中<20μm粒级E显著最低,R和N均可显著提升20-50μm粒级H’指数和D指数,说明R和N对20-50μm粒级的土壤微生物群落结构有显著影响;表层土MS1中50-200μm粒级D指数显著较低。（4）不同植被恢复类型对土壤微团聚体胶结物中铁铝氧化物也有较大影响,同土层各粒级土壤微团聚体胶结物铁铝氧化物含量整体表现为,游离态铁氧化物（Fed）含量远高于无定形铁氧化物（Feo）和络合态铁氧化物（Fep）,且Fep含量最少,不同形态氧化铝中,游离态铝氧化物（Ald）和无定形铝氧化物（Alo）含量远高于络合态铝氧化物（AlP）,即Fed>Ald>>Feo>Alo>>Fep>AlP。各植被类型土壤铁铝氧化物和土壤氧化铁活化度呈现总体趋势可表现为,总体上均表现为在50-200μm粒级氧化铁活化度最高,<20μm粒级氧化铁活化度最低,N>R>MS1>MS2>CK。另外,从各植被恢复类型的土壤垂直剖面随着土层深度的增加,铁铝氧化物均表现出明显的向细粒级富集。（5）不同植被恢复类型钙键、铁铝键结合态有机碳含量分布规律均表现较显著向细粒级富集,各植被恢复类型钙键结合态有机碳含量大小顺序均为R>N>MS2>MS1>CK,各植被恢复类型铁铝键结合态有机碳含量大小顺序均为CK>MS2>MS1>R>N。对微团聚体胶结物稳定性的贡献,在较深层土壤中有机无机复合体（Ca-SOC、Fe（Al）-SOC）与微生物中细菌、革兰氏阳性菌、真菌以及放线菌的相互作用产生的影响较明显。亚热带红壤中铁铝键结合态有机碳比钙键结合态有机碳更促进土壤中有机碳的固定,特别是促进表层土<20μm粒级中有机碳的固定。综上,植被恢复有利于土壤微团聚体胶结物的形成,其中以R效果最为显著,N次之,均一定程度提高土壤中微团聚体胶结物TPLFAs和各菌群PLFA含量,促进土壤中微团聚体胶结物铁铝氧化物和络合态有机碳的转化,其中MS1补植胡枝子可提高土壤<20μm的TPLFAs,微生物与有机无机复合体以及铁铝氧化物之间的相互作用更明显。研究结果可为亚热带森林红壤区植被恢复过程中土壤结构修复与功能改善提供科学基础和理论依据,对生产实践具指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景、目的、意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究目的与意义
•   1.2 文献综述
•     1.2.1 土壤微团聚体的形成
•     1.2.2 土壤微团聚体与植被恢复
•     1.2.3 土壤微团聚体微生物群落结构
•     1.2.4 土壤微团聚体铁铝氧化物
•     1.2.5 土壤微团聚体化学结合态有机碳
• 2 材料与方法
•   2.1 研究区概况
•   2.2 试验地概况
•   2.3 研究内容与技术路线
•     2.3.1 研究内容
•     2.3.2 技术路线
•   2.4 样品采集与预处理
•   2.5 分析方法
•     2.5.1 土壤微团聚体制备
•     2.5.2 土壤微团聚体胶结物微生物磷脂脂肪酸测定
•     2.5.3 钙键结合态有机碳的测定
•     2.5.4 铁铝键结合态有机碳的测定
•     2.5.5 铁铝氧化物含量的测定
•   2.6 数据处理与分析
• 3 不同植被恢复类型微团聚体胶结物微生物多样性及群落结构特征
•   3.1 土壤微团聚体胶结物磷脂脂肪酸含量特征
•     3.1.1 不同粒级土壤微团聚体胶结物磷脂脂肪酸含量
•     3.1.2 不同粒级土壤微团聚体胶结物丛枝菌根真菌含量
•     3.1.3 不同粒级土壤微团聚体胶结物真菌含量
•     3.1.4 不同粒级土壤微团聚体胶结物放线菌含量
•     3.1.5 不同粒级土壤微团聚体胶结物细菌含量
•     3.1.6 不同粒级土壤微团聚体胶结物革兰氏阳性菌含量
•     3.1.7 不同粒级土壤微团聚体胶结物革兰氏阴性菌含量
•   3.2 土壤微团聚体胶结物微生物多样性及微生物群落结构特征
•     3.2.1 土壤微团聚体胶结物微生物多样性特征
•     3.2.2 土壤微团聚体胶结物微生物群落结构特征
•   3.3 小结与讨论
• 4 不同植被恢复类型土壤微团聚体胶结物铁铝氧化物分布特征
•   4.1 土壤微团聚体胶结物游离态铁铝氧化物的分布
•     4.1.1 土壤微团聚体胶结物游离氧化铁的分布
•     4.1.2 土壤微团聚体胶结物游离氧化铝的分布
•   4.2 土壤微团聚体胶结物无定形铁铝氧化物的分布
•     4.2.1 土壤微团聚体胶结物无定形氧化铁的分布
•     4.2.2 土壤微团聚体胶结物无定形氧化铝的分布
•     4.2.3 土壤微团聚体胶结物氧化铁活化度
•   4.3 土壤微团聚体胶结物络合态铁的分布
•     4.3.1 土壤微团聚体胶结物络合态铁的分布
•     4.3.2 土壤微团聚体胶结物络合态铝的分布
•   4.4 土壤微团聚体胶结物铁铝氧化物相关分析
•     4.4.1 土壤微团聚体胶结物不同形态铁氧化物相关分析
•     4.4.2 土壤微团聚体胶结物不同形态铝氧化物相关分析
•   4.5 小结与讨论
•     4.5.1 土壤微团聚体胶结物不同形态铁氧化物
•     4.5.2 土壤微团聚体胶结物不同形态铝氧化物
•     4.5.3 土壤微团聚体胶结物不同形态铁铝氧化物
• 5 不同植被恢复类型土壤微团聚体胶结物结合态有机碳特征
•   5.1 土壤微团聚体胶结物钙键结合态有机碳特征
•   5.2 土壤微团聚体胶结物铁铝键结合态有机碳特征
•   5.3 土壤微团聚体胶结物结合态有机碳相关性分析
•     5.3.1 土壤微团聚体胶结物结合态有机碳与铁铝氧化物相关性分析
•     5.3.2 土壤微团聚体胶结物结合态有机碳与微生物相关性分析
•   5.4 小结与讨论
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 申思佳

导师: 樊后保,黄荣珍,杨洁

关键词: 植被恢复,土壤微团聚体,微生物群落结构,铁铝氧化物,土壤结合态有机碳

来源: 南昌工程学院

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: 南昌工程学院

基金: 国家自然科学基金“外源有机碳对红壤退化地微团聚体形成与稳定的影响机制(31660192)

分类号: S714

DOI: 10.27839/d.cnki.gncgc.2019.000060

总页数: 89

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