【摘要】：陸地森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分和微生物特征的變化受氣候、土壤和植被等因子的影響,但已有研究主要集中于土壤因子對生態(tài)系統(tǒng)的影響,關(guān)于沿著環(huán)境梯度變化情況下,氣候和土壤等多因子耦合作用如何影響森林生態(tài)系統(tǒng)的植物、土壤和土壤微生物特征,目前還不是十分清楚。本文以黃土高原廣泛分布的人工刺槐林為研究對象,沿環(huán)境梯度由北到南選取神木、綏德、安塞、淳化四個(gè)地區(qū),研究了人工刺槐林生態(tài)系統(tǒng)植物各器官養(yǎng)分特征(碳C、氮N、磷P含量及其化學(xué)計(jì)量比)、土壤物理性質(zhì)(容重、質(zhì)地、水穩(wěn)性團(tuán)聚體等)、化學(xué)性質(zhì)(pH、C、N、P、速效磷A-P等含量)和散土及根際土壤微生物特征(微生物量、土壤酶、群落特征)沿環(huán)境梯度的變化及驅(qū)動機(jī)制,主要結(jié)論如下:1.由北到南,林地土壤理化性質(zhì)表現(xiàn)為:(1)土壤容重呈先減少后增加趨勢;粘粒、粉粒含量呈增加趨勢,沙粒含量呈減少趨勢;粒徑0.053mm、0.25mm團(tuán)聚體重量百分含量先增多后減少,0.053-0.25mm團(tuán)聚體重量先減少后增加;散土含水量呈上升趨勢;而根際土壤含水量先增加再減少后增加。(2)在散土中,pH在8.15~8.46范圍內(nèi)變化,呈降低趨勢;A-P、N、P含量呈增加趨勢;NH_4~+-N、NO_3~--N、SOC含量和C/N、C/P先增大再減小后增大,在淳化地區(qū)達(dá)到最大;N/P先減小后增大,在綏德、安塞地區(qū)達(dá)到最小;(3)根際土壤與散土理化性質(zhì)的變化趨勢相似。其中A-P、N含量呈增加趨勢;pH呈降低趨勢;NH_4~+-N、NO_3~--N、SOC、C/P先增大再減小后增大;N/P在1.59~3.33范圍內(nèi),先減小后增大;P、C/N先增大后減小。2.由北到南,刺槐生物量和各器官中化學(xué)計(jì)量的變化表現(xiàn)為:(1)刺槐生物量先減少后增加,其中安塞地區(qū)生物量最高(166.49kg.m~(-2));葉片、枝干、1mm根、2mm根中有機(jī)碳(OC)含量無顯著性變化趨勢1-2mm根OC呈先減少后增加趨勢;葉片及枝干的全N、全P呈現(xiàn)先減少后增加又減少變化;各徑級根系中N、P含量均呈先增加后減少趨勢。(2)淳化地區(qū)刺槐葉片C/N、C/P化學(xué)計(jì)量比顯著高于其他地區(qū);N/P在18.27~23.66范圍內(nèi),從北向南呈先增加后減少。刺槐枝干化學(xué)計(jì)量比C/N、C/P、N/P均呈先減少后增加趨勢;刺槐根系化學(xué)計(jì)量C/N、C/P、N/P不同徑級根系均呈現(xiàn)先減少后增加趨勢;(3)刺槐各器官N、P與年均溫(MAT)均呈負(fù)相關(guān),刺槐的枝干與細(xì)根N、P與年均降雨量(MAP)均呈負(fù)相關(guān)。各器官OC含量與氣候因子無顯著相關(guān)性。3.由北到南,林地土壤微生物量和土壤酶特征的變化表現(xiàn)為:(1)散土中微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、微生物量磷(MBP)、MBC/MBP均呈增大趨勢;MBC/MBN先減小后增大,MBN/MBP先增加后減少。根際土MBC、MBN、MBP、MBC/MBP、MBN/MBP均先增加后減少;MBC/MBN先增大再減小后增大;(2)散土中亮氨酸酶(LAP)活性持續(xù)增大,葡萄糖苷酶(BG)、乙酰葡萄糖苷酶(NAG)和堿性磷酸酶(AP)活性先增大再減小后增大。其中,BG/(LAP+NAG)、BG/AP在3.43~6.46、1.5~2.96范圍內(nèi),先減小后增大;(LAP+NAG)/AP在0.41~0.7范圍內(nèi),持續(xù)減小。根際土壤中AP持續(xù)增大,BG、NAG和LAP活性先增大后減弱后增大。BG/(LAP+NAG)、BG/AP、(LAP+NAG)/AP分別在2.90~3.83、3.36~4.92、1.18~1.45范圍內(nèi),先增大再減小后增大的趨勢變化;(3)冗余分析(RDA)表明,MAP、N/P分別解釋散土酶活性及微生物量的36.6%,14.8%。A-P,TN分別解釋散土酶與微生物量的化學(xué)計(jì)量比的30.5%,19.1%。MAP、RP1分別解釋土壤酶活性及微生物量的27.4%,10.1%。TN、RC1分別解釋土壤酶與微生物量化學(xué)計(jì)量比的17.4%,17.1%。4.林地散土中細(xì)菌Chao1指數(shù)在2878.68~3306.70范圍內(nèi)。從北向南先減小再增大后減小;真菌Chao1指數(shù)在600.50~726.65范圍內(nèi),變化趨勢與細(xì)菌相反。細(xì)菌Shannon指數(shù)在6.39~6.67范圍內(nèi),先減小再增大;真菌Shannon指數(shù)在2.84~4.22范圍內(nèi),先減小再增大后減小。散土微生物群落相對豐度較高的細(xì)菌門分別是變形桿菌門、放線菌門、嗜酸桿菌門、氯曲菌門。具有相對豐度較高的真菌門分別是子囊菌門和擔(dān)子菌門。由北到南,門到屬水平具有特異性差異的群落變異較小,。環(huán)境因子、土壤養(yǎng)分、生物因子分別對散土細(xì)菌的影響解釋率分別為32.01%、28.64%、29.96%,環(huán)境因子、土壤養(yǎng)分、生物因子對散土真菌的影響解釋率分別為18.56%、19.29%、17.44%。5.林地優(yōu)勢種刺槐根際土壤細(xì)菌Chao1指數(shù)在1086.63~1146.68范圍內(nèi)。從北向南,先減小再增大后減小;真菌Chao1在228.43~287.96范圍內(nèi),先減小再增大后減小。細(xì)菌Shannon指數(shù)在5.89~6.04范圍內(nèi),先減小再增大后減小,真菌Shannon指數(shù)在2.95~3.30范圍內(nèi),先減小后增大。由北到南,根際細(xì)菌門到屬水平具有特異性差異的群落呈減少趨勢;根際真菌門到屬水平上具有特異性差異的組先減少后增多。環(huán)境因子、微生物因子、植物因子分別對根際細(xì)菌的影響解釋率為45.73%、32.29%,41.15%。環(huán)境因子、微生物因子、植物因子分別對根際真菌的影響解釋率為47.86%、31.67%、40.22%�？傊�,黃土高原刺槐生長普遍受到土壤N、P元素含量的限制。研究區(qū)植物葉片N/P均大于16,表明P元素限制更為嚴(yán)重,并且由北到南,植物P元素限制先減弱后增強(qiáng)。散土中土壤酶ln(BG):ln(NAG+LAP):ln(AP)為1:0.65:1.25,根際土壤酶ln(BG):ln(NAG+LAP):ln(AP)為1:1.1:0.97。說明群落微生物養(yǎng)分主要受到P元素限制,根際土壤微生物受養(yǎng)分限制較弱;散土微生物群落處于非穩(wěn)態(tài),根際土壤微生物群落處于相對穩(wěn)態(tài)。四個(gè)地區(qū)中群落、根際土壤中細(xì)菌和真菌群落的優(yōu)勢菌群的物種組成基本相同,但相對豐度存在差異。此外,每個(gè)地區(qū)都有地區(qū)獨(dú)特的微生物種群,比如淳化散土特異性微生物綠硫細(xì)菌(Chlorobi)。氣候因子顯著影響細(xì)菌和真菌群落特征。本文的研究結(jié)果為森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤養(yǎng)分循環(huán)控制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為區(qū)域人工林管理提供參考。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S714

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本文編號：2719691