【摘要】：熱成有機(jī)質(zhì)(Pyrogenic Organic Matter,PyOM)是一種內(nèi)涵廣泛而連續(xù)的富碳物質(zhì)、是在植被火災(zāi)中產(chǎn)生的半燒焦生物質(zhì)、木炭和煤灰。添加一種人造的PyOM(生物質(zhì)炭)的研究證明了,它有多孔疏松物理結(jié)構(gòu)、難于降解的化學(xué)結(jié)構(gòu),可為微生物提供持久的棲息地,添加PyOM也對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。這促使我們假設(shè),森林火災(zāi)生成的天然PyOM也可以形成獨(dú)特的、與土壤異質(zhì)的棲息地,而這種異質(zhì)性也影響了微生物組的組裝方式。土壤及其相類似的生境(例如植物根際和沉積物)中有著最豐富的原核生物多樣性,雖然它已被土壤學(xué)家、微生物學(xué)家和生態(tài)學(xué)家等所認(rèn)識(shí)和利用,但是我們對(duì)其維持的機(jī)理仍然有所不足。根據(jù)物種共存理論,物種間穩(wěn)定共存需要它們之間有生態(tài)位的差異,而異質(zhì)的環(huán)境條件可以提供額外的生態(tài)位維度,從而通過空間分離而實(shí)現(xiàn)共存。故我們進(jìn)一步假設(shè)土壤微生物群落可能通過PyOM的棲息地效應(yīng),發(fā)生空間組裝而提高了土壤的生物多樣性。本研究以浙江富陽和江西鷹潭兩個(gè)典型森林火災(zāi)樣地為供試材料,著眼于天然森林火災(zāi)生成的PyOM與本底土壤之間的環(huán)境異質(zhì)性,探討群落組裝與物種空間共存機(jī)制對(duì)土壤微生物多樣性的影響。森林火災(zāi)具有全球性和廣泛性,因此對(duì)森林火災(zāi)PyOM的研究也有普遍性意義,而其礦物學(xué)上存在顯著的與土壤可區(qū)分的特征又使得其利于有效分離,這些因素使得PyOM成為一種研究微生物組空間組裝的理想材料。本研究主要著眼于以下三個(gè)方面:建立有效、可靠的火災(zāi)土壤PyOM分離辦法,并對(duì)未火災(zāi)土壤、火災(zāi)土壤與PyOM理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性進(jìn)行表征;分析火災(zāi)土壤微生物群落組裝過程,并分析PyOM和土壤的特化種(specialist)和泛化種(generalist)并對(duì)其表征;通過新的系統(tǒng)發(fā)育學(xué)方法與文獻(xiàn)分析法分析特化種在生態(tài)位上的差異,通過群落模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證群落空間組裝與特化種的共存對(duì)真實(shí)火燒森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與生物多樣性維持的貢獻(xiàn)。主要研究結(jié)果如下:1)兩樣點(diǎn)的火災(zāi)土壤相比于未火災(zāi)土壤都有著不同的微生物群落結(jié)構(gòu)和更高的生物多樣性,森林火災(zāi)顯著提高了土壤pH、降低了可溶性有機(jī)質(zhì)含量但土壤有機(jī)質(zhì)含量沒有顯著變化�；馂�(zāi)土壤中可分離的PyOM生態(tài)綴塊(habitat patch)尺寸在O.1mm～10mm之間,其與鄰近火災(zāi)土壤也有很大不同,如有著更高的環(huán)境pH和不同的微生物群落結(jié)構(gòu)。非限制性排序(基于廣義UniFrac距離和非度量多維標(biāo)度變換NMDS)顯示,存在一個(gè)明顯的未火災(zāi)土壤-火災(zāi)土壤-PyOM綴塊的環(huán)境梯度。2)分離得到了 PyOM和土壤的特化種(specialist)數(shù)據(jù)集,敏感性分析(sensitivity analysis)顯示,他們分別占富陽樣點(diǎn)和鷹潭樣點(diǎn)中PyOM-土壤環(huán)境梯度的69%和82%的信息量,共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析(co-occurring network)顯示,土壤操作性特化種和PyOM操作性特化種之間有很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性,但同一種操作性特化種則聚集成某些模塊、呈現(xiàn)共現(xiàn)的特征,系統(tǒng)發(fā)育分析顯示,這些特化種有著極顯著的系統(tǒng)發(fā)育信號(hào)。3)進(jìn)一步通過系統(tǒng)發(fā)育連續(xù)性分析發(fā)現(xiàn),特化種的系統(tǒng)發(fā)育連續(xù)簇的最適生長(zhǎng)pH值有著全球一致性,其中PyOM特化種的的系統(tǒng)發(fā)育連續(xù)簇都為嗜中性或弱嗜堿性,而土壤的連續(xù)簇則是以嗜酸性為主,或嗜中性。Procrustes分析顯示,PyOM綴塊與其近鄰?fù)寥赖奈⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。而進(jìn)一步的群落模擬結(jié)果顯示,基于PyOM-土壤鑲嵌體(mosaic)模型的假設(shè),僅使用PyOM綴塊和未火災(zāi)土壤的微生物群落數(shù)據(jù)即可模擬出與實(shí)際火災(zāi)土壤的在微生物群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性指數(shù)等方面相近的模擬微生物群落。
【圖文】：

以及江西省鷹潭市（２８°１４＇３５＂Ｎ，邋１１７°４＇２７＂Ｅ）的兩個(gè)過火森林。富陽區(qū)的樣點(diǎn)逡逑采于２０１６年３月，據(jù)新聞報(bào)道起火時(shí)間為２０１３年８月（約２．５年）�；馂�(zāi)前地逡逑表植被為亞熱帶常綠闊葉林（圖２．１），土壤為砂壤質(zhì)（美國(guó)農(nóng)部制）的紅壤，逡逑火災(zāi)后以灌木和低矮的樹木為主（圖２．１），水土流失嚴(yán)重。在地表隨處可見碳逡逑化的小枝和煤灰（圖２．１）。未火災(zāi)的土壤采于火場(chǎng)對(duì)面，兩者相隔數(shù)百米并以逡逑一個(gè)水庫(kù)隔開，這保護(hù)了該樣點(diǎn)未受火災(zāi)影響。在火災(zāi)土壤和未火災(zāi)土壤山坡的逡逑不同位置采集了邋0￣８ｃｍ深的１２個(gè)土壤樣點(diǎn)，樣點(diǎn)之間間隔１００米以上，，每個(gè)土逡逑壤樣點(diǎn)又由３？５個(gè)鄰近的子樣點(diǎn)混合而成。鷹潭市火災(zāi)森林樣點(diǎn)采集于２０１８年逡逑１０月，據(jù)當(dāng)?shù)厝丝谑鲎罱钠鸹饡r(shí)間為２０１７年１２月左右（１０個(gè)月），并曾經(jīng)逡逑過多次火災(zāi)。未火災(zāi)樣點(diǎn)地表植被為亞熱帶常綠闊葉林（圖２．２）邋，邋土壤為壤質(zhì)逡逑（美國(guó)農(nóng)部制）的紅壤，火災(zāi)后以草本植物、灌木和低矮的樹木為主，或直接裸逡逑露（圖２．２）

逡逑圖２．１富陽樣點(diǎn)植被與地表景觀。（ａ）未火災(zāi)樣點(diǎn)地表與植被情況；（ｂ）火災(zāi)樣點(diǎn)植被情況；逡逑（ｃ）火災(zāi)樣點(diǎn)的地表逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｐｈｏｔｏｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｇｒｏｕｎｄ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋Ｆｕｙａｎｇ邋ｓａｍｐｌｅ邋ｓｉｔｅ，邋（ａ）邋ｔｈｅ邋ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ邋ａｔ邋ｔｈｅ逡逑ｕｎｂｕｒｎｔ邋ｓｉｔｅｓ；邋（ｂ）邋ｔｈｅ邋ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｆｉｒｅ－ａｌｔｅｒｅｄ邋ｓｉｔｅｓ；邋（ｃ）邋ｔｈｅ邋ｇｒｏｕｎｄ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｆｉｒｅ－ａｌｔｅｒｅｄ邋ｓｉｔｅｓ逡逑１８逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S714

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本文編號(hào)：2706453