【摘要】：荒漠化嚴(yán)重阻礙了全球經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展,由荒漠化引發(fā)的環(huán)境問題已成為全球十大環(huán)境問題之一。目前,荒漠化已影響到世界1/5的人口和全球1/3的陸地。在中國,內(nèi)蒙古是受荒漠化影響較嚴(yán)重的省區(qū)之一。生物土壤結(jié)皮(Biological soil crusts,BSCs)是荒漠生態(tài)環(huán)境中的自然景觀之一,在荒漠化遏制、植被恢復(fù)和荒漠生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定中扮演重要的角色。BSCs中缺乏磷,生物可利用磷(Bio-available phosphorus,BAP)的含量也較低。BAP的缺乏極大地限制了 BSCs 的形成和發(fā)育。解磷微生物(Phosphorus-solubilizing microorganism,PSM)在驅(qū)動磷的轉(zhuǎn)化過程中起重要作用,可能對BSCs的形成和發(fā)育有重要影響和作用。目前,對解磷微生物的研究主要集中于根際土中,而缺乏BSCs中解磷微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的研究,其對BSCs形成和發(fā)育的影響和作用也尚不清楚。本研究采集內(nèi)蒙古荒漠不同類型BSCs,以高通量二代測序和微生物分離培養(yǎng)的方法對內(nèi)蒙古荒漠BSCs中解磷微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行分析,闡述了影響解磷微生物群落結(jié)構(gòu)和組成的環(huán)境因子,基于CoNet軟件預(yù)測解植酸磷細(xì)菌群落中的核心物種,通過接種模擬實驗驗證PSM對BSCs形成和發(fā)育的影響和作用,從營養(yǎng)水平和微生物互作等角度初步探究了其可能的作用機制。本研究得到以下結(jié)果:1.內(nèi)蒙古庫布齊沙漠東部BSCs中解植酸磷細(xì)菌豐富度和多樣性低。在二類BSCs中,苔蘚結(jié)皮層解植酸磷細(xì)菌豐富度和多樣忡最高,豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)分別為1214.89和4.64:大部分解杭酸磷細(xì)菌為不可培養(yǎng)細(xì)菌(90%),其余主要為 Proteobacteria 和 Actinobacteria。在 Proteobacteria 中,多數(shù)為α-Proteobacteria,少量為 β-Proteobacteria 和 γ-Proteobacteria,包括Brevundimonas、.Microvirga、Pseudomonas、Novosphingobium、Streptomyces 和 Sphingomonas 等29個屬。在藻結(jié)皮中,以Microvirga居多;在地衣結(jié)皮中,優(yōu)勢屬為Brevundimonas而在苔蘚結(jié)皮中,優(yōu)勢屬為 Streptomyces。Brevundimonas、Microvirga、Streptomyces和Sphingomonas在三類BSCs層中的相對豐度均高于相應(yīng)的下層土壤。在屬水平,Novosphingobium、Singulisphaera、Streptomyces 和 Aeromicrobium 是植酸磷細(xì)菌群落中的核心物種。速效磷(Available phosphorus,AP)是影響解植酸磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和組成的主要環(huán)境因子。2.分離得到230株解磷酸鈣-磷細(xì)菌(Bacillus、Sphingomonas和Pseudomonas為優(yōu)勢菌)和25株解磷酸鈣-磷真菌(Trihoderma為最優(yōu)勢菌)。細(xì)菌解磷酸鈣-磷和植酸鈣-磷能力分別為0.15～38.05 μg/mL和2.83～78.89 IU/mL,真菌解磷酸鈣-磷和植酸鈣-磷能力分別為0.43～7.31 μg/mL和89.00～96.32 IU/mL;真菌解磷酸鈣-磷能力低于細(xì)菌,但其解植酸鈣-磷能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于細(xì)菌。Bacillus、Sphingomnas、Pseudomonas和Trichoderma同時具有解磷酸鈣-磷和植酸鈣-磷能力,這可能是這些物種成為BSCs中優(yōu)勢菌的原因之一。3.接種實驗結(jié)果表明,230株細(xì)菌和25株真菌中分別有13株細(xì)菌和1株真菌對BSCs的形成和發(fā)育具有較明顯的促進(jìn)效果;而其中的5株菌,即編號為PD3、Bbqt10、NJT15-9、Bbqz14 和 TZ1-1(TZ1-1 為真菌,其余為細(xì)菌)的效果最突出,它們分別屬于Bacillus、Sphingomonas和Trichodwals和復(fù)合添加磷礦粉(磷酸鈣-磷)和植酸鈣的進(jìn)一步接種研究發(fā)現(xiàn),分別接種這5株菌后,形成的 BSCs 厚度較 CK 提高了 12.11%～130.10%;土壤 OM、Ch1 a、AP 和 AN的含量較 CK 分別提高了 25.78%～218.34%、12.11%～89.22%、16.18%～61.67%和34.18%～365.86%:土壤磷酸酶和植酸酶活力分別較CK提高了 34.56%～81.86%和26.79%～31.40%。接種后的微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化,門水平上,Proteobacteria(57.59%～89.19%)、Ascomycota(70.94%～99.15%)和 Ochrophyta(0.03%～37.79%)的相對豐度增加;屬水平上,Methylophilus(3.61%～20.37%)、Meyerozyma(0.08%～89.86%)、Ochromonas(0.03%～43.61%)和Filamoeba(0.18%～38.56%)的相對豐度也增加;接種引起細(xì)菌16S rRNA基因、固氮菌nifH基因和藍(lán)藻16S rRNA基因拷貝數(shù)顯著增加,表明接種解磷微生物可能促進(jìn)了細(xì)菌、固氮菌和藍(lán)藻的生長,從而促進(jìn)BSCs的形成和發(fā)育。而細(xì)菌和真菌同時接種的結(jié)果表明,相比單接細(xì)菌或真菌,其促進(jìn)效果更加明顯。綜上,內(nèi)蒙古荒漠BSCs中解植酸磷細(xì)菌多樣性偏低,多為不可培養(yǎng)細(xì)菌;而解磷酸鈣-磷細(xì)菌多樣性較高,且優(yōu)勢菌同時具有解磷酸鈣-磷和解植酸鈣-磷能力,其促進(jìn)BSCs形成和發(fā)育的效果明顯。本研究為認(rèn)識和利用荒漠BSCs中解磷微生物提供了基礎(chǔ)理論依據(jù)和實踐材料。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q938.1
【圖文】：

圖１－２生物土壤結(jié)皮的演替過程逡逑Ｆｉ．邋１－２邋Ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ＢＳＣｓ逡逑

圖１－３邋土壤中磷的形態(tài)［３５］逡逑？邐、邐［３５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｙｐｅ邋ｏｆ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ邋ｉｎ邋ｓｏｉｌ＇逡逑

圖２－１邋ＢＳＣｓ樣ｎ□采集地點逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＢＳＣｓ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｓｉｔｅ逡逑注和十分R%表內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)和布爾陶亥鎮(zhèn)逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2770453