龐泉溝針葉林微生物群落結構與碳代謝功能特征.pdf

1、土壤微生物群落驅動土壤的碳、氮、磷、硫等物質的生物地球化學循環(huán)，在維持森林土壤碳匯和生態(tài)系統(tǒng)功能等諸多方面具有很重要的作用。本文通過分析環(huán)境與空間因素在森林土壤微生物群落構建中的作用以及功能微生物群落結構在碳存儲及分解過程中的作用，旨在揭示溫帶森林土壤微生物群落構建機制以及針葉林土壤微生物驅動的碳循環(huán)機制，可以為區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)管理措施的制定提供理論依據(jù)。
　　山西省龐泉溝自然保護區(qū)位于呂梁山脈的關帝山腹地，主要保護對象是世界珍禽

2、褐馬雞(Crossoptilon mantchuricum)以及以華北落葉松（Larix gmelinii var. principis-rupprechtii）、白杄（Picea meyeri）、青杄（Picea wilsonii）等天然次生林為主的棲息地。該區(qū)森林群落類型多樣、結構差異明顯，可以在小尺度范圍內忽略氣候因子的差異，研究森林植被類型和土壤因子對微生物群落結構和功能的影響，又可以利用不同的海拔高度研究氣候因子的影響。

3、>　　本文基于16s rDNA和核糖體ITSⅠ的高通量測序技術研究了該地區(qū)的常綠針葉林[青杄和油松（Pinus tabulaeformis）]和落葉針葉林（華北落葉松）土壤中的細菌群落的結構以及落葉闊葉林[白樺（Betula platyphylla）紅樺（Betula albosinensis Burkill）混交林]、常綠針葉林（青杄和油松）和落葉針葉林（華北落葉松）土壤中真菌群落的結構，并基于實時熒光定量P CR技術研究了該區(qū)常綠針

4、葉林（青杄、白杄和油松）和落葉針葉林（華北落葉松）中參與土壤碳循環(huán)的固碳功能基因cbb M、淀粉酶基因amylase以及纖維素酶基因cellulase的豐度及時空動態(tài)，旨在揭示氣候、環(huán)境因子和植物群落對微生物群落的結構和功能的調控機制。據(jù)此，制定科學的森林撫育和管理措施，通過人為改善森林土壤環(huán)境，優(yōu)化土壤微生物群落結構，進而提高土壤碳匯，保持土壤碳庫的穩(wěn)定。本研究得出以下主要結論：
　?。?）基于16s rDNA的高通量測序技術的

5、結果表明
　　1）土壤含水率、C/N比、pH和土壤酶活性與土壤細菌群落結構顯著相關。其中，變形菌門中的大部分類群和擬桿菌門更適于生活在酸性、濕度大、營養(yǎng)狀況良好的土壤中，主要碳源是易分解碳；放線菌門、浮霉菌門和綠彎菌門則在堿性、干旱、營養(yǎng)貧瘠的土壤中更占優(yōu)勢，主要分解頑固性碳；
　　2）地理距離與細菌群落的β多樣性之間顯著相關，說明擴散限制對細菌群落結構有顯著影響。
　　綜上所述，環(huán)境選擇和擴散限制的共同影響，是本研究

6、中不同針葉林土壤細菌群落結構和物種多樣性顯著差異的主要因素。
　　（2）基于核糖體ITSⅠ的高通量測序技術的結果證明
　　1）5個樣地中共有7個真菌門和33個優(yōu)勢真菌屬；
　　2）冗余分析結果表明：土壤pH、溫度、含水率、全氮（TN）、銨態(tài)氮（NH4+-N）、全碳（TC）、蔗糖酶活性、脲酶活性、林下植被優(yōu)勢度和均勻度與土壤真菌群落結構顯著相關；
　　3）聚類分析和P CA分析結果表明，森林植被類型、土壤環(huán)境因子和

7、林下植被對土壤真菌群落結構影響顯著；
　　4）空間變量（PCNM）分析結果表明，在局域尺度(local scale)上擴散限制對研究區(qū)域真菌群落構建的影響不顯著。
　　綜上所述，本研究區(qū)森林土壤真菌群落結構主要受到環(huán)境選擇的顯著影響，這些環(huán)境因子包括土壤pH、溫度、含水率、全氮（TN）、銨態(tài)氮（NH4+-N）、全碳（TC）、脲酶活性、蔗糖酶活性、林下植被優(yōu)勢度和均勻度、森林類型。
　?。?）森林土壤微生物碳代謝特征

8、r>　　1）土壤微生物碳代謝功能基因的季節(jié)動態(tài)
　　4月份隨著土壤溫度的回升，土壤碳分解功能基因的豐度提高；7月份碳分解相關的功能基因豐度較低；4月和10月易分解碳功能基因的豐度占優(yōu)勢，5月易分解碳和頑固性碳功能基因的豐度大致相同。該區(qū)針葉林土壤微生物群落中碳分解基因的豐度大于固碳基因的豐度。
　　2）土壤理化性質（pH和溫度）、土壤營養(yǎng)狀況（氮含量、脲酶活性、蔗糖酶活性）、土壤碳含量和森林類型，通過影響土壤微生物群落結構，

9、決定碳代謝相關微生物的豐度，進而通過影響碳代謝功能基因的豐度來影響土壤碳代謝過程。
　?、偻寥纏H和溫度會通過直接影響土壤功能微生物的活性進而對土壤碳循環(huán)過程產生影響；
　?、谕寥赖亢屯寥烂富钚灾饕峭ㄟ^改變土壤肥力來影響土壤功能微生物的活性，進而影響土壤碳循環(huán)，并且，土壤氮含量對頑固性碳的分解能力影響較大；
　　③土壤有機質和有機碳含量對土壤碳循環(huán)影響最大，不僅會直接對土壤中的功能微生物活性產生影響，還會通過調節(jié)