【摘要】：作為生物體必需的營養(yǎng)元素之一,氮(N)往往是地上生物量和初級生產(chǎn)者的限制因素,因此,氮循環(huán)一直是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。大量研究表明,微生物在整個氮循環(huán)中起著非常重要的作用,由反硝化細(xì)菌參與的反硝化過程作為溫室氣體的主要來源之一,已經(jīng)得到人們的廣泛關(guān)注。青藏高原很少受到人為干擾,對全球氣候變化極為敏感。然而,近年來自然災(zāi)害(如鼠害)和人為因素(如過度放牧)導(dǎo)致高寒草甸嚴(yán)重退化,這不僅阻礙了當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展,同時也對青藏高原整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展造成了重大影響。為了增加牧民的收益,維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,施肥被認(rèn)為是主要的恢復(fù)措施。然而大量關(guān)于青藏高原的研究表明施肥對地上植物群落組成和多樣性具有較大影響,但是關(guān)于高寒草甸地下微生物如何響應(yīng)施肥的研究卻較少。本研究以甘南州瑪曲縣高寒草甸為研究對象,采用構(gòu)建克隆文庫和實(shí)時熒光定量PCR技術(shù)相結(jié)合的方法,研究了三個季節(jié)不同的施肥梯度(0,30,60,90,120 g m-2 year-1)對反硝化細(xì)菌豐度和群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響,同時揭示了高寒草甸土壤中反硝化細(xì)菌豐度和群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因素和植物群落之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)主要得到以下結(jié)果：1.長期施肥對反硝化細(xì)菌豐度的影響基于nirK基因的實(shí)時熒光定量PCR結(jié)果顯示,施肥對高寒草甸土壤中反硝化細(xì)菌的豐度沒有顯著地影響(p0.05)。不同施肥處理下nirK基因拷貝數(shù)在7.43(±1.08)×106到2.33 (±0.15)×107 copies g-1 dry soil之間變化,與不施肥的處理相比,施肥增加了nirK基因的拷貝數(shù),但是隨著施肥梯度的增加不同施肥處理之間nirK基因的拷貝數(shù)并沒有發(fā)生顯著地變化。2.長期施肥對反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的影響nirK基因克隆文庫結(jié)果顯示：長期施肥明顯的改變了反硝化細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)(r--0.5212,p=0.001)。1)三個季節(jié)508條序列總共劃分為9個Cluster,其中Cluster Ⅰ (59.97～94.96%)占主導(dǎo)優(yōu)勢、Cluster Ⅳ, Cluster IV次之,而Cluster Ⅱ、 Ⅲ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ中克隆子分布較少。2)不同施肥處理之間,nirK群落組成有所變化。5月份中,隨施肥梯度的增加,Cluster Ⅰ總體呈現(xiàn)下降的趨勢；Cluster Ⅴ只在施肥30,60,90里面出現(xiàn),且隨施肥梯度增加而增加。7月份中,Cluster Ⅳ隨施肥梯度的增加而逐漸減少；Cluster Ⅵ只是在施肥處理中出現(xiàn),而Cluster Ⅸ只在不施肥的處理中出現(xiàn)。9月份中,不同施肥處理之間,Cluster Ⅰ變化不明顯；Cluster Ⅷ只在不施肥的處理中出現(xiàn)。3.反硝化細(xì)菌豐度和群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因素之間的關(guān)系Pearson相關(guān)性分析表明,施肥處理中nirK基因與土壤環(huán)境因子之間沒有顯著地相關(guān)性(p0.05)。而NMDS分析表明：土壤濕度、有機(jī)C含量和N含量對nirK群落結(jié)構(gòu)具有顯著地影響(p0.05)。5月份中,土壤NH4+-N, total N、 available N和N03--N是影響nirK群落結(jié)構(gòu)的主要因子(p0.05)；7月份中,土壤有機(jī)C、total N、available N和N03--N是nirK群落結(jié)構(gòu)變化的主要影響因素(p0.05)。而9月份中,則只有土壤濕度(r2=0.4137,p=0.03)影響nirK群落結(jié)構(gòu)變化。4.反硝化細(xì)菌豐度和群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)性變化不施肥的處理中,nirK基因的拷貝數(shù)有明顯的季節(jié)變化(F4=9.367,p=0.004)。7月份最高,其拷貝數(shù)分別是5月份和9月份的2.6倍和2.2倍。Pearson相關(guān)性分析表明,nirK基因與土壤濕度(r=0.604,p=0.022)成正相關(guān),而與土壤有機(jī)C (r=-0.838, p0.001)、total N (r=-0.783, p=0.001)成負(fù)相關(guān)。nirK群落結(jié)構(gòu)也有明顯的季節(jié)變化(p0.05)。NMDS分析表明：土壤濕度、有機(jī)C、total N和N03--N對nirK群落結(jié)構(gòu)具有較大的影響。5.反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與植物群落結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系對反硝化微生物群落結(jié)構(gòu)和植物群落作mantel's test檢驗(yàn),分析發(fā)現(xiàn)：植物多樣性對反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成具有顯著地影響(r=0.3631,p=0.003)；而植物群落結(jié)構(gòu)組成的變化并沒有影響反硝化細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成,二者之間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系(p0.05)。這一研究結(jié)果表明,本研究中反硝化細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)受地上植物多樣性的影響,而不受植物群落結(jié)構(gòu)的影響。綜上所述,長期施肥明顯改變了反硝化細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成,但對其豐度影響不大；反硝化細(xì)菌的豐度和群落結(jié)構(gòu)都具有顯著地季節(jié)變化；植物群落對反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)沒有顯著地影響,而植物多樣性、土壤濕度、有機(jī)C含量和N含量對nirK群落結(jié)構(gòu)具有顯著地影響(p0.05)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S812.2

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本文編號：2680033