發(fā)布時(shí)間：2017-12-10 05:02

  本文關(guān)鍵詞：自然恢復(fù)和人工林重建對(duì)土壤原核微生物群落結(jié)構(gòu)和建群機(jī)制的影響

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【摘要】：恢復(fù)受損森林是當(dāng)今恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)。雖然生態(tài)學(xué)家對(duì)不同地區(qū)典型森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中的植物種類選擇、群落構(gòu)建和土壤養(yǎng)分等基本理化性質(zhì)的有了較全面的認(rèn)識(shí)和理解,然而對(duì)土壤微生物群落在自然恢復(fù)或人工造林過程的作用與動(dòng)態(tài)變化卻了解很少,更不清楚微生物群落組成與功能特征變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子及其調(diào)控的生態(tài)機(jī)制。土壤微生物是土壤碳、氮等物質(zhì)循環(huán)的主要參與者,在森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能中起著十分重要的作用,深入認(rèn)識(shí)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、功能和多樣性在生態(tài)恢復(fù)過程變化規(guī)律及其調(diào)控機(jī)制,對(duì)科學(xué)辨識(shí)土壤微生物群落在不同恢復(fù)階段或者人工恢復(fù)類型中的生態(tài)系統(tǒng)功能和建群機(jī)制具有重要意義。本文主要采用16S rRNA基因高通量測(cè)序技術(shù),研究了南亞熱帶地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)采伐后自然恢復(fù)過程和人工造林重建過程中土壤原核微生物群落組成、結(jié)構(gòu)特征變化規(guī)律和建群機(jī)制,探討自然恢復(fù)過程中土壤微生物的恢復(fù)機(jī)制和不同人工造林重建對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、功能和穩(wěn)定性的影響。主要結(jié)論如下:(1)南亞熱帶石灰?guī)r山地季節(jié)性雨林皆伐后形成的灌草(3年)、次生林(35年)和原始林(400年)3個(gè)典型階段土壤原核微生物的組成、結(jié)構(gòu)和多樣性的研究表明:土壤古菌群落大約占總原核微生物的10%,其組成、結(jié)構(gòu)和多樣性在皆伐后自然恢復(fù)過程中并沒有發(fā)生顯著變化。但皆伐顯著改變了土壤細(xì)菌群落組成和結(jié)構(gòu)(p=0.018),采伐后形成的灌草地與原始林土壤細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)具有顯著差異,但經(jīng)過35年的恢復(fù),次生林的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與未干擾的原始林相似,這一發(fā)現(xiàn)說明土壤細(xì)菌群落在受到干擾后自然恢復(fù)過程中的演替具有可預(yù)測(cè)性。實(shí)際上,森林皆伐后土壤微生物的恢復(fù)至少需要30年,甚至更長的時(shí)間。森林皆伐后形成的灌草地土壤細(xì)菌群落多樣性并沒有顯著低于原始林土壤,但經(jīng)過35年恢復(fù)的次生林細(xì)菌群落多樣性達(dá)到最高。這說明多樣性變化規(guī)律符合宏觀生態(tài)學(xué)中的中度干擾理論:重度干擾或者很少干擾均會(huì)降低土壤原核微生物的多樣性,而適度的干擾則會(huì)提高土壤微生物的多樣性。(2)用原核微生物群落組成的系統(tǒng)發(fā)育譜系距離推算微生物的建群過程發(fā)現(xiàn):皆伐顯著地增加了最近種間親緣關(guān)系指數(shù)(nearest-taxon-index,nti)和凈種間親緣關(guān)系指數(shù)(netrelatednessindex,nri),這表明皆伐顯著增加了生態(tài)位作用在群落構(gòu)建中的重要性(p=0.001),但經(jīng)過35年的自然恢復(fù),次生林nti和nri指數(shù)恢復(fù)到了周圍未砍伐的原始林水平。此外,冗余分析表明皆伐后自后恢復(fù)過程中細(xì)菌群落的變化和除土壤ph之外的其他因子均顯著相關(guān),其中銨態(tài)氮,硝態(tài)氮和碳氮比,是細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)變化中的主要驅(qū)動(dòng)因子。這意味著皆伐造成低的資源條件可能起到了“環(huán)境篩”的作用,提高了生態(tài)位作用在群落構(gòu)建中的重要性。自然恢復(fù)過程中土壤古菌群落的nti和nri指數(shù)均沒有發(fā)生明顯變化,這表明皆伐對(duì)土壤古菌群落構(gòu)建沒有顯著影響,同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)在自然恢復(fù)過程中土壤因子和古菌群落的組成變化沒有顯著相關(guān)性。(3)人工重建的馬尾松純林、紅椎純林、桉樹純林、格木純林和云南石梓純林和對(duì)應(yīng)的馬尾松紅椎混交林、桉樹格木混交林和云南石梓格木混交林的土壤細(xì)菌群落的組成和結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明:樹種混交顯著改變了土壤細(xì)菌的群落組成結(jié)構(gòu)(p0.05),且不同混交林間的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變得更加相似�；�于矩陣的多元逐步回歸分析(permutation-basedmultipleregressionondistancematricesmrm)表明,環(huán)境因子中土壤可溶性碳中的葡萄糖、土壤碳礦化率、游離有機(jī)酸和酚類化合物、可溶性碳銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和碳氮比對(duì)土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)有顯著影響(p0.05),其中低分子量化合物和碳礦化率的影響最顯著,而土壤ph值、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤總氮的影響較小。由環(huán)境因子和微生物分子構(gòu)建的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模(molecularecologicalnetworksmens)表明,土壤可溶性碳中低分子量化合物(主要源自植物根系分泌物)是最重要的影響因子,土壤碳礦化率次之。進(jìn)一步檢測(cè)混交后微生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)其調(diào)控的生態(tài)過程的影響,發(fā)現(xiàn)純林刺激了r策略細(xì)菌(變形菌門和擬桿菌門)的生長,同時(shí)發(fā)現(xiàn)r策略細(xì)菌的相對(duì)含量和土壤碳凈礦化率成正比�；旖涣值那闆r與此相反,r策略細(xì)菌的相對(duì)含量較低,k策略細(xì)菌(酸桿菌門)相對(duì)含量較高,而且k策略細(xì)菌相對(duì)含量與土壤碳凈礦化率成反比。這表明樹種混交不僅改變了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu),還改變了其調(diào)控的土壤碳礦化過程。(4)馬尾松紅椎混交林、桉樹格木混交林和云南石梓格木混交林的土壤細(xì)菌群落穩(wěn)定性顯著高于馬尾松純林、紅椎純林、桉樹純林、格木純林和云南石梓純林細(xì)菌群落。3種混交林的土壤細(xì)菌群落譜系多樣性顯著高于5種純林細(xì)菌群落。同時(shí),研究還發(fā)現(xiàn)混交林土壤細(xì)菌群落的最近種間親緣關(guān)系指數(shù)NTI和凈種間親緣關(guān)系指數(shù)NRI顯著小于純林(p0.05),這表明混交林土壤細(xì)菌群落種間距離更大,增加了細(xì)菌生態(tài)位的分化。與此保持一致的是,細(xì)菌群落的分子生態(tài)學(xué)模型分析表明,純林細(xì)菌群落有更多的生態(tài)位重疊現(xiàn)象。土壤細(xì)菌群落多樣性指數(shù)和穩(wěn)定性之間的相關(guān)分析表明,土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的譜系多樣性和譜系結(jié)構(gòu)均顯著影響細(xì)菌群落穩(wěn)定性(p0.05),而豐富度和香濃多樣性對(duì)微生物群落穩(wěn)定性沒有顯著影響,這表明樹種混交通過增加土壤細(xì)菌群落的生態(tài)位分化提高了微生物群落的穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S714
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本文編號(hào)：1273196