本文關鍵詞：吉林西部鹽堿農田土壤酶和微生物對有機碳和無機碳變化的作用研究　出處：《吉林大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫,其微小的變化對全球氣候變化有深刻的影響。土壤有機碳庫和無機碳庫均為土壤碳庫的重要組成部分,目前,土壤碳循環(huán)研究主要集中于土壤有機碳,較少考慮無機碳的效應。土壤微生物是碳循環(huán)的重要驅動力,土壤酶反映土壤中養(yǎng)分的轉化能力。在半干旱半濕潤氣候條件和以鹽堿土為特征的特殊土壤環(huán)境下,微生物和土壤酶對土壤有機碳和無機碳含量變化的作用是土壤碳循環(huán)研究的新問題。吉林西部是世界三大鹽堿地集中分布區(qū)之一,是全球氣候變化和碳循環(huán)研究的重要地區(qū)。本研究以該區(qū)鹽堿農田土壤為研究對象,將野外樣品采集和實驗室測試相結合,采用環(huán)境監(jiān)測、分子生物學技術、統(tǒng)計分析和模型構建等方法,揭示土壤有機碳和無機碳含量的變化規(guī)律,剖析土壤酶活性及微生物數量和群落結構的變化特征,探究土壤酶和微生物對有機碳和無機碳變化的作用。研究結果表明:1、鹽堿水田土壤有機碳含量在幼苗期和分蘗期減少,在抽穗期增加,在成熟期減少;鹽堿旱田土壤有機碳含量在幼苗期和拔節(jié)期增加,在抽穗期和成熟期減少。水田土壤無機碳含量在幼苗期和分蘗期增加,在抽穗期減少,在成熟期增加;旱田土壤無機碳含量在幼苗期和拔節(jié)期減少,在抽穗期和成熟期增加。鹽堿農田土壤有機碳含量隨剖面深度的增加而減少,無機碳含量隨剖面深度的增加而增加。壤土的有機碳含量最大,粉砂質壤土的無機碳含量最大。2、鹽堿水田土壤過氧化氫酶、蔗糖酶和淀粉酶活性在抽穗期達到最大值,鹽堿旱田土壤過氧化氫酶、蔗糖酶和淀粉酶活性在拔節(jié)期達到最大值。農田土壤β-葡萄糖苷酶活性在成熟期達到最大值。農田表土層的過氧化氫酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶和淀粉酶活性大于心土層,二者有顯著差異。3、鹽堿農田微生物總量相對較少,細菌數量占主導地位。水田土壤細菌、放線菌和真菌數量在幼苗期和分蘗期較低,在抽穗期增加,在成熟期減少;旱田土壤細菌、放線菌和真菌數量在幼苗期和拔節(jié)期增加,在抽穗期和成熟期略有減少。鹽堿農田表土層土壤細菌、放線菌和真菌數量大于心土層,二者有顯著差異。旱田的細菌、放線菌和真菌數量均大于水田。4、土壤細菌和放線菌豐度在幼苗期和分蘗期(拔節(jié)期)較小,在抽穗期達到最大,在成熟期趨于穩(wěn)定。在作物生長期,不同菌種有明顯的動態(tài)變化規(guī)律。鹽堿農田土壤的群落多樣性在成熟期最大,分蘗期(拔節(jié)期)最小。在成熟期、抽穗期和幼苗期,農田土壤微生物物種豐度均較高,在抽穗期和幼苗期,農田土壤物種分布均勻。成熟期和抽穗期農田菌群的相似度較高,分蘗期(拔節(jié)期)菌群與其他生長時期差異較大。鹽堿水田和旱田的優(yōu)勢序列均為變形菌門,而表土層和心土層的次優(yōu)勢序列有所差異。砂質壤土水田的物種豐度最高,粉砂質壤土旱田的物種豐度較高。粉砂質壤土和砂質壤土水田的菌群相似度較高,砂質壤土和壤土旱田的菌群相似度較高。農田心土層土壤的群落多樣性相對較大,物種分布相對較均勻。鹽堿農田土壤中的功能菌對碳轉化起著關鍵作用,包括黃單胞菌目、梭菌目、噬纖維菌科、生絲微菌科、黃桿菌屬、假單胞菌屬、弧菌屬、溶桿菌屬、鞘氨醇單胞菌屬、芽孢桿菌屬、節(jié)桿菌屬和光合細菌等。5、鹽堿農田土壤有機碳和無機碳含量呈顯著的負相關關系。農田土壤有機碳含量與蔗糖酶、淀粉酶、過氧化氫酶、β-葡萄糖苷酶活性及細菌、真菌和放線菌數量呈顯著正相關關系,水田土壤無機碳含量與蔗糖酶、淀粉酶、過氧化氫酶、β-葡萄糖苷酶活性及細菌、真菌和放線菌數量呈顯著負相關關系,旱田土壤無機碳含量與蔗糖酶、淀粉酶、過氧化氫酶、β-葡萄糖苷酶活性和真菌數量呈顯著負相關關系。回歸分析表明,水田土壤淀粉酶、細菌和蔗糖酶對土壤有機碳起到較大作用,旱田土壤蔗糖酶、真菌和β-葡萄糖苷酶對土壤有機碳起到較大作用,農田土壤過氧化氫酶對土壤無機碳起到較大作用。主成分分析表明細菌、真菌、放線菌、淀粉酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、β-葡萄糖苷酶均為鹽堿農田土壤碳的主要影響因素。以往研究主要集中于土壤有機碳,本文將土壤無機碳納入鹽堿土區(qū)碳循環(huán)研究,剖析鹽堿脅迫下土壤酶和微生物對土壤有機碳和無機碳變化的作用,采用分子生物學技術探究功能菌群對土壤碳變化的作用是一種新的嘗試。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S154

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