【摘要】：人工林生態(tài)系統(tǒng)約占全球森林總面積的7%(Global Forest resources Assessment2015),在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯、多樣性保護(hù)、氣候變化及資源供給中扮演極其重要的角色。在人工林生態(tài)系統(tǒng)中,“林木-土壤-微生物”之間的互作機(jī)制(Interaction mechanism)是理解人工林植被恢復(fù)過程及其機(jī)制,評(píng)估人工林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性與功能,預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)演變方向的關(guān)鍵,對(duì)于生態(tài)脆弱區(qū)植被恢復(fù)與林業(yè)可持續(xù)經(jīng)營具有重要的指導(dǎo)意義。本研究以黃土高原南部地區(qū)刺槐人工林為研究對(duì)象,以揭示“林木-土壤-微生物”相互作機(jī)制為目標(biāo),在林分因子、林下植被群落、細(xì)根養(yǎng)分組成、土壤理化性質(zhì)和土壤微生物群落的調(diào)查分析基礎(chǔ)上,分析了刺槐人工林不同發(fā)育階段“植被-土壤-微生物”和“根系-土壤-微生物”系統(tǒng)組分的演變軌跡、互作關(guān)系及潛在機(jī)制;在分析林冠條件和枯立木數(shù)量的基礎(chǔ)上,探究了林分健康狀態(tài)對(duì)刺槐人工林“植被-土壤-微生物”和“根系-土壤-微生物”系統(tǒng)組分的影響及潛在機(jī)制;在調(diào)查分析刺槐純林和混交林植被、土壤和微生物特征基礎(chǔ)上,探究了人工林造林模式對(duì)“林木-土壤-微生物”的影響及潛在機(jī)制。主要研究結(jié)論如下:(1)不同發(fā)育階段刺槐人工林林下植被群落、土壤養(yǎng)分及土壤微生物群落差異顯著。林下植被群落在幼齡林階段呈現(xiàn)隨機(jī)入侵現(xiàn)象且具有最高的多樣性和豐度指數(shù);隨著林齡的增加,光照條件、土壤高氮環(huán)境和種間競爭共同作用于草本群落,在過熟林中凬草成為林下唯一優(yōu)勢(shì)草本。土壤營養(yǎng)物質(zhì)不斷積累,但速效磷和銨態(tài)氮含量始終維持在較低水平。土壤細(xì)菌組成、多樣性及優(yōu)勢(shì)菌群差異顯著,其菌群變化滯后于植物變化,在刺槐成熟林階段才逐漸形成新的細(xì)菌群落。刺槐人工林的建立迅速改變了土壤真菌群落,且群落結(jié)構(gòu)和組成在發(fā)育前期(5和15年)和后期(25和35年)顯著不同。冗余分析結(jié)果表明,林分物種豐度和土壤磷元素是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成的關(guān)鍵因素。(2)不同發(fā)育階段刺槐人工林細(xì)根和根際土壤養(yǎng)分以及根際土壤微生物群落存在顯著差異。細(xì)根磷含量和土壤速效磷含量隨林齡增加逐漸降低;細(xì)根化學(xué)計(jì)量受根際土壤養(yǎng)分的影響,兩者之間存在線性關(guān)系。刺槐人工林的發(fā)育降低了根際土壤細(xì)菌和真菌群落多樣性和豐度指數(shù),且對(duì)細(xì)菌群落的影響大于對(duì)真菌群落的影響。根際細(xì)菌群落在發(fā)育前期以變形菌門(Proteobacteria)和酸桿菌門(Acidobacteria)為優(yōu)勢(shì)菌群,在發(fā)育后期則以Proteobacteria為優(yōu)勢(shì)菌群;不同發(fā)育階段根際土壤細(xì)菌菌群的差異主要體現(xiàn)在芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)。細(xì)根和土壤養(yǎng)分共同影響刺槐根系土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成,其中土壤速效磷和細(xì)根氮、磷含量是關(guān)鍵環(huán)境因子。(3)與健康刺槐人工林相比,不健康林分改變了凋落物輸入量、林下微環(huán)境、細(xì)根養(yǎng)分含量、林地和根際土壤理化性質(zhì)及微生物群落結(jié)構(gòu)和組成。健康林分林地土壤微生物優(yōu)勢(shì)菌群為變形菌門、酸桿菌門和子囊菌門(Ascomycota),而在不健康林地土壤中則以變形菌門、放線菌門(Actinobacteria)、子囊菌門和接合菌門(Zygomycota)為優(yōu)勢(shì)類群。不同健康度刺槐根際土壤細(xì)菌差異主要體現(xiàn)在芽單胞菌門,真菌群落差異主要體現(xiàn)在未分類類群。刺槐人工林林地和根際土壤養(yǎng)分差異能夠部分解釋微生物群落的變異,對(duì)林地土壤微生物群落變異貢獻(xiàn)最大的環(huán)境因子是土壤C:N,而對(duì)根際土壤微生物群落變異貢獻(xiàn)最大的環(huán)境因子為土壤硝態(tài)氮。(4)人工林林下植被群落、土壤理化性質(zhì)和土壤微生物群落特征在不同林分類型間差異顯著,這種差異主要受樹種特性和樹種組成的影響。不同造林模式對(duì)土壤細(xì)菌群落多樣性的影響大于對(duì)其豐度的影響;改變土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群,具體體現(xiàn)在放線菌門、擬桿菌門(Bacteroidetes)和硝化螺旋菌門(Nitrospirae)。土壤真菌群落優(yōu)勢(shì)菌群、群落多樣性和豐度在不同林分類型間均差異顯著。土壤速效磷與氮組分(硝態(tài)氮和銨態(tài)氮)是影響土壤微生物群落組成的關(guān)鍵環(huán)境因子。
【圖文】：

第二章 研究區(qū)概況、研究內(nèi)容與方法2.1 研究區(qū)概況研究區(qū)位于黃土高原南部陜西省永壽縣槐坪林場(chǎng)(108°05′-108°10′E, 3434°51′N)，該區(qū)域分布有大面積刺槐人工林，是黃土高原區(qū)天然林保護(hù)工程的重要部分。該縣為暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季長而干寒，夏季短而溫年均溫度為 10.8℃，極端最高氣溫 38.9℃，極端最低氣溫-18℃；年均降水為 605主要集中于每年的 7 月-9 月份，降水年際變化大；平均無霜期 210 天，最長 252最短 155 天。試驗(yàn)區(qū)海拔范圍為 1123m 到 1464m，，地帶性土壤以黃綿土為主。研分布見圖 2-1。

聚類分析、冗余分析等方法，探究林分健康狀態(tài)對(duì)刺槐人工林植被-土壤-微生物系統(tǒng)和根系-土壤-微生物系統(tǒng)的影響。（4）刺槐純林及其混交林土壤微生物群落特征以刺槐、油松、側(cè)柏、刺槐+油松、刺槐+側(cè)柏和油松+側(cè)柏六種人工林為研究對(duì)象，調(diào)查人工純林和混交林林下植被群落、土壤理化特征和土壤微生物群落，探究不同造林模式對(duì)植被-土壤-微生物系統(tǒng)的影響，揭示刺槐參與下的純林和混交林對(duì)土壤微生物群落的影響。2.3 技術(shù)路線
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S718.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2675609