氣候變化可改變土壤微生物群落及其所介導的碳氮等營養(yǎng)元素循環(huán),對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生復雜的影響。然而目前關(guān)于多元氣候變化因子交互作用對土壤微生物長期影響的綜合研究匱乏,因此對地球元素化學循環(huán)的機理認識很少。針對該問題,本研究以美國加利福尼亞州溫帶草原生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,通過人為模擬CO₂濃度升高、氮沉降、降水、增溫和野火等野外試驗表征多元氣候變化,利用高通量測序和基因芯片（Geo Chip 4.6）等環(huán)境基因組學技術(shù),從土壤微生物群落物種組成和功能基因兩個角度深入探究其對多元氣候變化因子的響應(yīng)機制,主要發(fā)現(xiàn)為:（1）土壤微生物物種組成受單一氣候因子的影響顯著,其響應(yīng)由具有最大效應(yīng)的單一因子決定,效應(yīng)強度依次為氮沉降、降水、CO₂濃度升高和野火,而未能檢測到增溫的單一因子作用和多元氣候變化因子的交互作用。土壤微生物功能基因受單一因子和多種因子交互作用影響均顯著,其響應(yīng)機制與物種層面不同。（2）CO₂濃度升高（275 ppm）使得土壤微生物群落向生長緩慢物種組成轉(zhuǎn)變:具有較高核糖體RNA操縱子（Ribosomal RNA Operon,...

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
        1.1.1 全球氣候變化
        1.1.2 草原生態(tài)系統(tǒng)
        1.1.3 全球氣候變化對草原生態(tài)系統(tǒng)的影響
        1.1.4 土壤微生物對陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要性
    1.2 全球氣候變化對草原土壤微生物的影響
        1.2.1 CO_2濃度升高對土壤微生物的影響
        1.2.2 氮沉降對土壤微生物的影響
        1.2.3 降水對土壤微生物的影響
        1.2.4 增溫對土壤微生物的影響
        1.2.5 野火對土壤微生物的影響
        1.2.6 多因素交互作用對土壤微生物的影響
    1.3 土壤微生物群落研究技術(shù)
    1.4 模擬氣候變化的主要方法
    1.5 研究目標、研究內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.5.1 研究目標及關(guān)鍵科學問題
        1.5.2 研究內(nèi)容
        1.5.3 研究技術(shù)路線
第2章 試驗設(shè)計和方法
    2.1 試驗設(shè)計與樣品采集
        2.1.1 試驗設(shè)計
        2.1.2 樣品采集
    2.2 環(huán)境參數(shù)測定
        2.2.1 氣候參數(shù)與土壤性質(zhì)測定
        2.2.2 土壤功能過程測定
        2.2.3 植物參數(shù)測定
    2.3 土壤微生物測序與功能基因芯片試驗
        2.3.1 土壤微生物DNA提取
        2.3.2 Illumina測序
        2.3.3 Geo Chip基因芯片試驗
        2.3.4 Illumina和 Geo Chip數(shù)據(jù)預(yù)處理
    2.4 統(tǒng)計分析
        2.4.1 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
        2.4.2 微生物與環(huán)境相互作用
第3章 溫帶草原土壤微生物對多元氣候變化因子交互作用的響應(yīng)
    3.1 引言
    3.2 研究方法
    3.3 實驗結(jié)果
        3.3.1 多種因子交互作用對環(huán)境條件的影響
        3.3.2 多種因子交互作用對微生物物種組成的影響
        3.3.3 多種因子交互作用對微生物功能基因的影響
        3.3.4 微生物物種組成與環(huán)境因子的關(guān)系
        3.3.5 微生物功能基因與環(huán)境因子的關(guān)系
    3.4 討論
    3.5 本章小結(jié)
第4章 溫帶草原土壤微生物對CO_2濃度升高的響應(yīng)
    4.1 引言
    4.2 研究方法
    4.3 實驗結(jié)果
        4.3.1 CO_2濃度升高對環(huán)境條件的影響
        4.3.2 CO_2濃度升高對微生物物種組成的影響
        4.3.3 CO_2濃度升高對微生物功能基因的影響
        4.3.4 影響微生物群落的主要環(huán)境參數(shù)
    4.4 討論
        4.4.1 CO_2濃度升高對微生物物種組成的影響
        4.4.2 CO_2濃度升高對微生物功能基因的影響
        4.4.3 CO_2濃度升高影響草原生態(tài)系統(tǒng)的概念模型
    4.5 本章小結(jié)
第5章 溫帶草原土壤微生物對野火的響應(yīng)
    5.1 引言
    5.2 研究方法
    5.3 實驗結(jié)果
        5.3.1 野火對環(huán)境條件的影響
        5.3.2 野火對微生物物種組成的影響
        5.3.3 野火對微生物功能基因的影響
        5.3.4 影響微生物群落的主要環(huán)境參數(shù)
        5.3.5 微生物與植被對土壤CO_2排放通量的影響
    5.4 討論
        5.4.1 野火對微生物物種組成的影響
        5.4.2 野火對微生物碳降解相關(guān)功能基因的影響
        5.4.3 野火對微生物氮循環(huán)相關(guān)功能基因的影響
        5.4.4 野火對土壤CO_2排放通量的影響
        5.4.5 野火影響草原生態(tài)系統(tǒng)的概念模型
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望與建議
參考文獻
致謝
附錄A 微生物物種相對豐度與凝聚強度關(guān)系
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果



本文編號：4007809