本文關(guān)鍵詞：北方半干旱區(qū)退耕和開墾對(duì)土壤細(xì)菌和氨氧化微生物的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：過度開墾導(dǎo)致半干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)快速退化,但這一脆弱生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建則緩慢而困難。土壤生態(tài)系統(tǒng)是連接大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈的紐帶。土地的可持續(xù)利用意味著在保證土壤生產(chǎn)力的同時(shí),必須提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對(duì)外界變化的抗干擾能力。土壤微生物通過與團(tuán)聚體等土壤物理化學(xué)因子互作,在維持土壤的抵抗力與恢復(fù)力中發(fā)揮著重要作用。本研究系統(tǒng)分析了中國北方典型半干旱區(qū)退耕還林和草地開墾對(duì)土壤及團(tuán)聚體中細(xì)菌和氨氧化微生物的群落數(shù)量、結(jié)構(gòu)和多樣性的影響,為半干旱脆弱區(qū)生態(tài)恢復(fù)模式的優(yōu)化和選擇提供理論依據(jù)。通過實(shí)時(shí)熒光定量(qPCR)和高通量測序分析16S rRNA基因,系統(tǒng)研究內(nèi)蒙古武川地區(qū)典型退耕方式(自然恢復(fù)、種植黑麥草、種植檸條)和不同施肥方式對(duì)土壤細(xì)菌豐度、群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響。結(jié)果表明：農(nóng)田和退耕土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有顯著差異。退耕土壤細(xì)菌豐度較農(nóng)田高,其中K策略細(xì)菌種群的相對(duì)豐度增加。而農(nóng)田土壤,尤其是施用有機(jī)肥的土壤中β-和y-Proteobacteria等R策略種群為優(yōu)勢細(xì)菌。退耕會(huì)改變土壤氮循環(huán)相關(guān)種群,退耕土壤中固氮微生物群落比例增加,氨氧化細(xì)菌和硝化細(xì)菌比例降低。為進(jìn)一步解析半干旱地區(qū)土地利用變化對(duì)土壤氨氧化微生物的影響,采用qPCR、末端限制性片段長度多態(tài)性等方法研究氨氧化細(xì)菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)群落結(jié)構(gòu)和多樣性。ANOSIM分析表明退耕顯著改變AOB群落結(jié)構(gòu),AOB優(yōu)勢種群由Nitrosospira sp. Nv6-like轉(zhuǎn)變Nitrosospira sp. Nsp2-like,這或與退耕土壤中氮投入減少有關(guān)。退耕土壤硝化潛式較農(nóng)田顯著降低。RDA分析表明,土壤硝態(tài)氮、磷酸鹽含量和土壤含水量是影響AOB群落變化的主要相關(guān)因子。在本研究中沒有觀察到退耕對(duì)AOA群落數(shù)量和結(jié)構(gòu)的影響。采用濕篩法將土壤分離為不同團(tuán)聚體,并通過qPCF和變性梯度凝膠電泳,研究新疆伊犁河谷草地開墾對(duì)團(tuán)聚體中AOB、AOA群落數(shù)量和結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：草地開墾會(huì)破壞土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu),但有機(jī)耕作有利于2000-250μm團(tuán)聚體數(shù)量的增加。與有機(jī)農(nóng)場相比,由于土壤有機(jī)質(zhì)失去團(tuán)聚體對(duì)其的物理保護(hù),常規(guī)農(nóng)場中有機(jī)碳和全氮含量顯著降低。常規(guī)農(nóng)場土壤中適應(yīng)低溫和高氮的Nitrosospira cluster 1比例增加。草場開墾后,2000-250μm團(tuán)聚體的AOB和AOA數(shù)量顯著高于2000 pm團(tuán)聚體和粉粒粘粒,表明2000-250μm團(tuán)聚體是農(nóng)田中適宜AOB和AOA生長的微環(huán)境,并可能成為農(nóng)田土壤氨氧化作用的潛在熱點(diǎn)。開墾和退耕是農(nóng)田和自然生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的相反方向。開墾十年后,土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)性降低,有機(jī)質(zhì)失去物理保護(hù),而氨氧化細(xì)菌數(shù)量升高,土壤肥力被消耗。有機(jī)肥投入部分補(bǔ)充了開墾所消耗的土壤肥力；退耕十年后,土壤K策略細(xì)菌種群增加,土壤硝化潛勢降低,但團(tuán)聚結(jié)構(gòu)和全氮的恢復(fù)可能還需要更長時(shí)間。這為進(jìn)一步研究土壤細(xì)菌、氨氧化微生物在半干旱區(qū)土地利用變化中的作用和地位提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：半干旱區(qū) 土地利用變化 細(xì)菌 氨氧化微生物 氮循環(huán) 團(tuán)聚體
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S154.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 術(shù)語表13-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 土地利用變化對(duì)土壤生態(tài)的影響15-18
• 1.1.1 土地利用變化對(duì)土壤碳氮循環(huán)的影響15
• 1.1.2 土地利用變化對(duì)土壤物理結(jié)構(gòu)的影響15-17
• 1.1.3 土地利用變化對(duì)土壤生物的影響17-18
• 1.2 土壤微生物與土壤生態(tài)功能18-24
• 1.2.1 土壤微生物與土壤碳氮循環(huán)18-19
• 1.2.2 土壤微生物與土壤結(jié)構(gòu)19-21
• 1.2.3 氨氧化作用是氮循環(huán)的中心環(huán)節(jié)21-23
• 1.2.4 土壤微生物的相關(guān)研究方法23-24
• 1.3 研究意義和研究內(nèi)容24-26
• 1.3.1 研究意義24
• 1.3.2 研究內(nèi)容24-26
• 第二章 材料與方法26-32
• 2.1 內(nèi)蒙古武川地區(qū)概況26
• 2.2 新疆伊犁地區(qū)概況26-27
• 2.3 土壤樣品采集27
• 2.4 土壤理化性質(zhì)測定27
• 2.5 土壤團(tuán)聚體干篩分離27
• 2.6 土壤團(tuán)聚體濕篩分離27-28
• 2.7 土壤硝化潛勢測定28
• 2.8 土壤DNA提取28
• 2.9 細(xì)菌16S rRNA基因?qū)崟r(shí)熒光定量測定28
• 2.10 真菌ITS片段、氨氧化微生物amoA基因?qū)崟r(shí)熒光定量測定28-29
• 2.11 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)Miseq測序29
• 2.12 氨氧化微生物amoA基因的末端限制性片段長度多態(tài)性分析29-30
• 2.13 氨氧化微生物克隆文庫的構(gòu)建、測序和進(jìn)化樹分析30
• 2.14 氨氧化微生物的變性梯度凝膠電泳分析30-31
• 2.15 統(tǒng)計(jì)分析31-32
• 第三章 退耕還林對(duì)土壤細(xì)菌群落多樣性的影響32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 結(jié)果與分析32-39
• 3.2.1 土壤理化性質(zhì)32-33
• 3.2.2 土壤細(xì)菌群落豐度33-35
• 3.2.3 細(xì)菌群落α多樣性35
• 3.2.4 細(xì)菌群落β多樣性35-39
• 3.3 討論39-42
• 3.3.1 退耕對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響39-40
• 3.3.2 退耕對(duì)細(xì)菌群落豐度和多樣性的影響40-41
• 3.3.3 退耕對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響41
• 3.3.4 退耕對(duì)功能細(xì)菌的影響41-42
• 3.4 小結(jié)42-43
• 第四章 退耕還林對(duì)土壤氨氧化微生物群落數(shù)量和結(jié)構(gòu)的影響43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 結(jié)果與分析43-51
• 4.2.1 土壤硝化潛式和氨氧化微生物群落豐度43-44
• 4.2.2 氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)44-51
• 4.3 討論51-52
• 4.3.1 退耕對(duì)氨氧化細(xì)菌群落豐度和結(jié)構(gòu)的影響51
• 4.3.2 退耕對(duì)氨氧化古菌群落豐度和結(jié)構(gòu)的影響51
• 4.3.3 影響氨氧化微生物的主要環(huán)境因子51-52
• 4.4 小結(jié)52-53
• 第五章 施肥方式對(duì)土壤氮循環(huán)相關(guān)微生物的影響53-71
• 5.1 引言53
• 5.2 結(jié)果與分析53-68
• 5.2.1 土壤理化性質(zhì)53-54
• 5.2.2 細(xì)菌和氨氧化微生物群落豐度54-55
• 5.2.3 細(xì)菌群落α多樣性55-62
• 5.2.4 細(xì)菌群落β多樣性62-66
• 5.2.5 氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)66-68
• 5.3 討論68-70
• 5.3.1 不同施肥方式對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響68-69
• 5.3.2 不同施肥方式對(duì)功能細(xì)菌的影響69-70
• 5.4 小結(jié)70-71
• 第六章 草地開墾對(duì)土壤團(tuán)聚體及氨氧化微生物的影響71-88
• 6.1 引言71
• 6.2 結(jié)果與分析71-85
• 6.2.1 草地開墾對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響71-72
• 6.2.2 草地開墾對(duì)土壤容重和含水量的影響72-73
• 6.2.3 草地開墾對(duì)土壤濕篩團(tuán)聚體的影響73-75
• 6.2.4 草地開墾對(duì)土壤干篩團(tuán)聚體的影響75-76
• 6.2.5 草地開墾對(duì)土壤濕篩團(tuán)聚體結(jié)合態(tài)有機(jī)碳的影響76-78
• 6.2.6 草地開墾對(duì)土壤濕篩團(tuán)聚體細(xì)菌和真菌群落數(shù)量的影響78-80
• 6.2.7 草地開墾對(duì)土壤濕篩團(tuán)聚體全氮的影響80
• 6.2.8 草地開墾對(duì)土壤濕篩團(tuán)聚體氨氧化微生物群落數(shù)量的影響80
• 6.2.9 草地開墾對(duì)土壤濕篩團(tuán)聚體氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)的影響80-85
• 6.3 討論85-87
• 6.3.1 草地開墾對(duì)土壤團(tuán)聚體和土壤碳氮的影響85-86
• 6.3.2 草地開墾對(duì)氨氧化微生物群落數(shù)量和結(jié)構(gòu)的影響86-87
• 6.4 小結(jié)87-88
• 第七章 總結(jié)88-90
• 7.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量是介導(dǎo)武川地區(qū)土地利用變化改變土壤細(xì)菌群落的主要環(huán)境因子88
• 7.2 土壤pH介導(dǎo)土地利用變化對(duì)土壤氨氧化微生物群落的影響88-89
• 7.3 土地利用變化會(huì)改變氨氧化微生物生長的微環(huán)境89
• 7.4 有待進(jìn)一步探討的問題89-90
• 參考文獻(xiàn)90-107
• 致謝107-109
• 個(gè)人簡歷109

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：424307