作為“中國(guó)三大生態(tài)災(zāi)害”之一的“石漠化”,是我國(guó)西南喀斯特地區(qū)的重要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,其極易引發(fā)洪水、泥石流、山體滑坡等自然災(zāi)害,對(duì)生態(tài)、地質(zhì)安全構(gòu)成極大威脅。長(zhǎng)期以來(lái),人們廣泛采取植樹造林等生態(tài)恢復(fù)重建措施進(jìn)行石漠化喀斯特的環(huán)境治理。生態(tài)恢復(fù)過(guò)程通常是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的過(guò)程,地上植被和地下土壤系統(tǒng)往往相互作用和關(guān)聯(lián),可以進(jìn)行協(xié)同演替。由“微生物-原生動(dòng)物-線蟲”構(gòu)成的土壤微食物網(wǎng)(Soil micro-food web)作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組分部分,參與有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)等諸多生態(tài)過(guò)程,在生態(tài)系統(tǒng)功能的維持上發(fā)揮重要作用,并可以作為生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)演替的良好指示者。深入研究喀斯特生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中土壤微食物網(wǎng)的演變特征,不僅有助于更好的認(rèn)識(shí)退化喀斯特的生態(tài)恢復(fù)過(guò)程及機(jī)理,亦可為喀斯特系統(tǒng)的生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)和環(huán)境治理提供一定的理論參考。本文以廣西環(huán)江典型喀斯特系統(tǒng)為代表,采用空間序列代替時(shí)間序列的方法,選取相對(duì)鄰近的裸地(石漠化對(duì)照樣地)和系列年限(2、4、8、16年)香椿樹人工林生態(tài)恢復(fù)樣地,通過(guò)S型多點(diǎn)混合取樣法采取表層(0～10 cm)土樣,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定分析,研究了退化喀斯特生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中:土壤微生物群落大小、活性、多樣性、結(jié)構(gòu)、生理生態(tài)及化學(xué)計(jì)量等方面的演變特征;土壤原生動(dòng)物群落組成、大小和多樣性的演變特征;土壤線蟲群落組成、多樣性、代謝足跡和結(jié)構(gòu)等方面的演變特征;運(yùn)用冗余分析、典型對(duì)應(yīng)分析-方差分解分析(CCA-VPA)和結(jié)構(gòu)方程模型等統(tǒng)計(jì)分析方法,結(jié)合植被、地下資源輸入和土壤關(guān)鍵理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系分析,探討土壤微食物網(wǎng)演變機(jī)制和主要驅(qū)動(dòng)因子。采用氯仿熏蒸法測(cè)定微生物生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN),室內(nèi)培養(yǎng)-堿液吸收法測(cè)定基礎(chǔ)呼吸(BR),熒光微平板法測(cè)定C、N相關(guān)酶活性,磷脂脂肪酸(PLFA)法測(cè)定微生物群落結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示:隨著喀斯特人工林生態(tài)恢復(fù)年限的延長(zhǎng),土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、細(xì)菌磷脂脂肪酸含量、腐生真菌磷脂脂肪酸含量、叢枝菌根真菌磷脂脂肪酸含量均趨于增加,基礎(chǔ)呼吸(BR)和p-葡萄糖苷酶(BG)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性亦呈逐漸升高趨勢(shì),微生物磷脂脂肪酸的類群數(shù)逐漸增多,均勻度指數(shù)(J')和香農(nóng)指數(shù)(H')也有升高趨勢(shì),而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(λ)逐漸降低。這些結(jié)果結(jié)合相關(guān)分析表明,喀斯特生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中,由于根系、有機(jī)質(zhì)等底物資源的增多和土壤孔隙度、濕度等環(huán)境條件的改善,所以土壤微生物群落大小、活性和多樣性提高。根據(jù)CCA-VPA的分析結(jié)果,總的來(lái)說(shuō)有機(jī)質(zhì)等底物資源的增多是微生物群落演變的主要驅(qū)動(dòng)因子。石漠化對(duì)照樣地的土壤微生物商(MBC%)小于2.0,而呼吸熵(qCO2)數(shù)值大于2.0,反映了石漠化脅迫生境對(duì)微生物群落的生理抑制作用;生態(tài)恢復(fù)后微生物商和特征酶活性(基于土壤有機(jī)質(zhì)的酶活性)趨于升高而呼吸熵趨于降低,說(shuō)明喀斯特生態(tài)環(huán)境得到改善,脅迫作用減弱。與植被根系C/N比和土壤C/N比的變化規(guī)律一致,微生物C/N比和特征酶活比(BG/(NAG+LAP))均呈升高趨勢(shì),表明微生物群落對(duì)資源化學(xué)計(jì)量的適應(yīng)性響應(yīng)�？λ固厣鷳B(tài)恢復(fù)過(guò)程中,由于根系資源的質(zhì)量(可分解性)趨于降低(表現(xiàn)為C/N和木質(zhì)素含量趨于增加,而N含量趨于減少),相對(duì)更加有利于真菌的分解利用,所以真菌/細(xì)菌比例(F/B)趨于升高,說(shuō)明土壤腐屑食物網(wǎng)分解通道向以真菌分解為主的方向發(fā)生變化。采用三級(jí)10倍環(huán)式稀釋培養(yǎng)法,顯微鏡下觀察鑒定并計(jì)數(shù)原生動(dòng)物,通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算原生動(dòng)物生物量碳。結(jié)果顯示:隨著喀斯特人工林生態(tài)恢復(fù)年限的延長(zhǎng),土壤鞭毛蟲、肉足蟲、纖毛蟲以及總的原生動(dòng)物數(shù)量及生物量均呈增加趨勢(shì),土壤原生動(dòng)物類群數(shù)逐漸增多,豐富度指數(shù)(SR)和香農(nóng)指數(shù)(H')也有所升高,而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(λ)顯著降低,表明喀斯特生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中土壤原生動(dòng)物群落大小和多樣性提高。相關(guān)分析結(jié)果表明,微生物等食物資源和土壤濕度等環(huán)境條件共同驅(qū)動(dòng)了 土壤原生動(dòng)物群落的演變。采用淺盤法分離提取線蟲,之后在解剖鏡下計(jì)數(shù),光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行科屬鑒定,并測(cè)量記錄線蟲體長(zhǎng)和最大體徑,最后通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算物種豐富度指數(shù)(SR)、成熟度指數(shù)(MI)、結(jié)構(gòu)指數(shù)(SI)、功能足跡(Ff)和線蟲通路比值(NCR)等一系列線蟲生態(tài)指數(shù)。研究結(jié)果顯示:隨著喀斯特生態(tài)恢復(fù)年限的延長(zhǎng),土壤各營(yíng)養(yǎng)類群線蟲數(shù)量、生物量及碳足跡趨于增加,富集足跡(Fe)、結(jié)構(gòu)足跡(Fs)和功能足跡(Ff)亦呈增加趨勢(shì),線蟲群落的類群數(shù)、豐富度指數(shù)(SR)、均勻度指數(shù)(J')和香農(nóng)指數(shù)(H')均趨于升高,而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(λ)降低;成熟度指數(shù)(MI、MI2-5)和結(jié)構(gòu)指數(shù)(SI)以生態(tài)恢復(fù)后期相對(duì)較高。這些結(jié)果表明,喀斯特生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中線蟲群落大小和代謝活動(dòng)增加,且群落趨于結(jié)構(gòu)化、復(fù)雜化。相關(guān)分析結(jié)果表明,土壤線蟲群落的演變主要?dú)w因于根系、微生物、原生動(dòng)物等食物資源的增多和土壤孔隙度、濕度等環(huán)境條件的改善。根據(jù)CCA-VPA的分析結(jié)果,總的來(lái)說(shuō)較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的r-策略者主要受微生物等食物資源的驅(qū)動(dòng),而土壤濕度等環(huán)境條件是較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)K-策略者的主要驅(qū)動(dòng)因子。結(jié)構(gòu)方程模型分析結(jié)果很好的展示了上行效應(yīng)(Bottom-upeffect)作為土壤線蟲微食物網(wǎng)演變的重要驅(qū)動(dòng)力�？λ固厣鷳B(tài)恢復(fù)過(guò)程中,隨著真菌:細(xì)菌比例(F/B)的升高,進(jìn)而食真菌線蟲:食細(xì)菌線蟲碳足跡比例(FFC/BFC)也趨于升高,而線蟲通路比值(NCR)呈降低趨勢(shì),這進(jìn)一步表明土壤腐屑食物網(wǎng)分解通道傾向于向真菌分解為主的方向變化。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：X171.4;S714.3
【部分圖文】：

物網(wǎng)分析需要對(duì)整個(gè)土壤食物網(wǎng)中的各功能類群進(jìn)行劃分、計(jì)數(shù)，其工作量較大，??而且數(shù)學(xué)模型的分析過(guò)程十分復(fù)雜［３１］。由“微生物－原生動(dòng)物－線蟲”構(gòu)成的土壤??微食物網(wǎng)（圖１．２）直接參與和間接調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)［３５］，是土壤生??態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。線蟲作為土壤中數(shù)量最豐富的后生動(dòng)物，普遍存在于各??類土壤當(dāng)中，包含了較高的生物多樣性信息，包括物種多樣性、營(yíng)養(yǎng)多樣性、生??活史策略多樣性、以及功能團(tuán)多樣性（表１．３），并在土壤食物網(wǎng)中占據(jù)著多個(gè)營(yíng)養(yǎng)??級(jí)和各類能量通道（細(xì)菌、真菌、植物通道，圖１．２），處于食物網(wǎng)的中心位置［３６？］；??線蟲易于分離提取和分類鑒定，方法成熟，其群落組成承載著豐富的內(nèi)稟信息［３８］。??所有這些特點(diǎn)，奠定了線蟲作為土壤食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能指示生物的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)［３９］。??－６－??

根系?碎屑??圖１．１?土壤食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖［２４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｏｉｌ?ｆｏｏｄ?ｗｅｂ?ｄｉａｇｒａｍ［２４１??１．２．２?土壤微食物網(wǎng)研究進(jìn)展??對(duì)于土壤整體食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能分析通常存在很大困難，例如在連通網(wǎng)分??析中，各類功能群的劃分、取食關(guān)系存在較多模糊不清的地方；能流網(wǎng)分析中，??能量模型的一些參數(shù)尚不確定，有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。更為重要的是，整體土壤食??物網(wǎng)分析需要對(duì)整個(gè)土壤食物網(wǎng)中的各功能類群進(jìn)行劃分、計(jì)數(shù)，其工作量較大，??而且數(shù)學(xué)模型的分析過(guò)程十分復(fù)雜［３１］。由“微生物－原生動(dòng)物－線蟲”構(gòu)成的土壤??微食物網(wǎng)（圖１．２）直接參與和間接調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)［３５］，是土壤生??態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。線蟲作為土壤中數(shù)量最豐富的后生動(dòng)物，普遍存在于各??類土壤當(dāng)中，包含了較高的生物多樣性信息，包括物種多樣性、營(yíng)養(yǎng)多樣性、生??活史策略多樣性、以及功能團(tuán)多樣性（表１．３）

１．４．１研究地點(diǎn)概況??研究地點(diǎn)位于廣西壯族自治區(qū)西北部環(huán)江毛南族自治縣（２４°４ｆ？２５°３３＾?Ｎ，??１０７°５ｒ？１０８°４３飛，圖１．４），擁有典型的喀斯特景觀地貌，屬中亞熱帶南緣季風(fēng)氣??候，年均氣溫１９．９?°Ｃ，年均降雨１３８９?＿，土壤類型有紅壤、黃紅壤、黃壤、棕色??石灰土和黑色石灰土。由于長(zhǎng)期強(qiáng)烈的不合理開墾等人類活動(dòng)千擾，該地區(qū)的土??壤侵蝕和石漠化問(wèn)題十分嚴(yán)重，以致于存在大面積的的廢棄裸地。自上世紀(jì)９０年??代以來(lái)，陸續(xù)采取了退耕還林還草等生態(tài)恢復(fù)重建措施進(jìn)行喀斯特環(huán)境治理，其??中香椿樹種植是常見的人工林生態(tài)恢復(fù)措施之一。??廣．叫??二爹？環(huán)＊??圖１．４研究地點(diǎn)（廣西環(huán)江）??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｔｕｄｙ?ｓｉｔｅ?（Ｈｕａｎｊｉａｎｇ?Ｃｏｕｎｔｙ，?Ｇｕａｎｇｘｉ?Ｐｒｏｖｉｎｃｅ）??在保持土壤類型相同（碳酸巖發(fā)育的棕色石灰土），控制海拔（４１２？４６５?ｍ）、??坡度（６°？９°）和利用歷史（恢復(fù)前為長(zhǎng)期耕作導(dǎo)致的退化裸地）等背景條件基本??一致的前提下，采用空間序列代替時(shí)間序列的方法，選取相對(duì)鄰近的裸地（石漠??－２４－??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2880709