氮沉降背景下马陆对微生物群落结构和氧化酶活性的影响

论文摘要

自工业革命以来,大气氮沉降量急剧增加。随着近40年经济的快速增长,目前中国是世界上氮沉降最严重的地区之一,且预计未来会进一步加剧。在陆地生态系统中,过量的氮输入会极大地影响土壤化学性质、植物生长和土壤生物的活动。马陆（Diplopoda）是生活在土壤和凋落物层的节肢动物,通过取食和转化大量的凋落物来加速凋落物的分解,并通过排泄的粪球调节碳和养分循环,影响土壤肥力,且对微生物具下行调控效应。由于氮沉降的持续输入,土壤的理化性质发生改变,势必会影响到马陆的生长和生存活动。本研究设置了土壤-凋落物微宇宙控制实验,通过模拟氮沉降以及添加马陆,探讨氮沉降、马陆及其交互作用对微生物群落结构和功能的响应。实验设置为4个处理:对照（CK）、添加氮（N）,添加马陆（M）、添加氮和马陆（N+M）。测定凋落物、马陆粪球和土壤的pH值、有机碳、总氮、总磷、可溶性有机碳、可溶性总氮、可溶性总磷、碳氮比值、氮磷比值及土壤的铵态氮、硝态氮含量等理化性质指标,研究氮沉降背景下马陆生存环境及生理特征（排泄物粪球）的变化;测定凋落物、马陆粪球、土壤的微生物磷脂脂肪酸（PLFA）和氧化酶活性以及土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮含量,研究氮沉降,马陆及其交互作用对微生物和酶活性动态的影响;运用双变量相关性分析和冗余分析研究生境指标和微生物及酶活性间的相关性。主要研究结果如下:（1）凋落物中,施氮、马陆以及氮与马陆共存均使凋落物的pH值降低,且氮与马陆共存进一步加剧了pH值的下降。此外,不同的处理均显著降低了氮磷比值和可溶性总氮的含量,但是显著增加了总磷的含量。细菌为凋落物微生物群落中的优势类群;施氮抑制了原生动物的生物量;马陆降低了细菌、革兰氏阴性菌、真菌和原生动物的生物量;氮与马陆共存降低了微生物总生物量、真菌细菌比值、细菌、革兰氏阴性菌、真菌生物量。不同的处理对酶活性无显著影响。短期内,氮对马陆的取食活动无显著影响,马陆在一定程度上缓解了氮沉降对原生动物的抑制作用。（2）粪球中,施氮减少了有机碳和可溶性总氮的含量,降低了碳氮比;细菌为粪球微生物群落中的优势类群;施氮没有改变粪球中微生物的总量,但是减少了真菌和放线菌的生物量,降低了真菌和细菌的比值,并抑制了过氧化物酶和酚氧化酶的活性。这有利于碳固存。（3）土壤中,施氮、马陆及氮与马陆共存均显著增加了土壤的硝态氮含量。此外,施氮降低了有机碳和总磷含量;马陆增加了碳氮比;氮与马陆共存增加了土壤中氮磷比值、可溶性总氮及铵态氮的含量,降低了总磷含量。施氮促进了凋落物中部分可溶性养分元素的释放,也刺激了粪球中有机碳和可溶性总氮的释放。此外,马陆通过破碎取食凋落物加剧了凋落物的分解,这一过程也使凋落中的可溶性总氮、可溶性总磷等养分的释放。这些养分最终都归还给土壤,导致土壤中微生物可利用的底物增加,从而使土壤中的微生物总量、细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌生物量有不同程度的增长趋势。细菌为土壤微生物群落中的优势类群;施氮抑制了微生物生物量碳、真菌及放线菌生物量,增加了微生物生物量氮;马陆降低了真菌生物量;氮与马陆共存增加了微生物生物量氮、微生物总生物量、细菌、革兰氏阴性菌、放线菌、原生动物生物量,降低了真菌生物量。不同的处理均改变了微生物群落结构。氮与马陆的交互作用增加了放线菌和原生动物生物量,降低了真菌生物量,并改变了微生物的群落结构。马陆对氧化酶活性具有显著影响,氮与马陆共存降低了过氧化酶活性。综上所述,由于马陆和微生物在生态系统都占据着非常重要的生态位,其对凋落物等物质的分解转化是维护生态系统协调稳定的重要因素。例如,马陆的取食和排泄等生存活动、微生物的生物量及酶活性直接或间接的影响着碳的稳性和养分的周转。因而在氮沉降加剧的将来,我们应充分考虑环境的可持续发展,且更加关注马陆这种大型土壤动物的生存活动在全球变化中可能发生的改变。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 选题背景、研究目的及意义
•     1.1.1 选题背景
•     1.1.2 研究目的及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 氮沉降对生态系统和土壤生物的研究
•     1.2.2 马陆生态功能的研究
•   1.3 研究内容
• 2 研究方法
•   2.1 研究区概况
•   2.2 材料收集与处理
•   2.3 实验设置与样品采集
•   2.4 样品测定
•     2.4.1 样品物理化学性质测定
•     2.4.2 磷脂脂肪酸测定
•     2.4.3 氧化酶活性测定
•   2.5 数据分析
•   2.6 技术路线图
• 3 氮沉降背景下马陆对凋落物微生物群落结构和氧化酶活性的影响
•   3.1 凋落物的理化性质
•   3.2 凋落物微生物群落结构的变化
•     3.2.1 凋落物中微生物的组成
•     3.2.2 凋落物微生物群落结构的变化
•   3.3 凋落物的氧化酶活性
•   3.4 凋落物的理化性质与凋落物微生物群落结构、氧化酶活性之间的关系
•   3.5 讨论
•   3.6 本章小结
• 4 氮沉降背景下马陆对粪球微生物群落结构和氧化酶活性的影响
•   4.1 马陆粪球的理化性质
•   4.2 马陆粪球微生物群落结构的变化
•     4.2.1 马陆粪球中微生物的组成
•     4.2.2 马陆粪球的微生物群落结构的变化
•   4.3 马陆粪球的氧化酶活性
•   4.4 粪球的理化性质对微生物群落结构、酶活性的影响
•   4.5 讨论
•   4.6 本章小结
• 5 氮沉降背景下马陆对土壤微生物群落结构和氧化酶活性的影响
•   5.1 土壤的理化性质
•   5.2 土壤微生物群落结构的变化
•     5.2.1 土壤中微生物的组成
•     5.2.2 凋落物的微生物群落结构的变化
•   5.3 土壤的氧化酶活性
•   5.4 土壤的理化性质与土壤微生物群落结构、氧化酶活性之间的关系
•   5.5 讨论
•   5.6 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位论文期间发表的学位论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王梦茹

导师: 傅声雷,时雷雷

关键词: 氮沉降,马陆,微生物群落结构,氧化酶活性

来源: 河南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 河南大学

分类号: Q958

总页数: 81

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