草原生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分,氮沉降增加威脅草原生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。本研究基于在內(nèi)蒙古貝加爾針茅草原建立的長期模擬氮沉降試驗為平臺,探索氮沉降增加背景下貝加爾針茅草原土壤碳氮轉(zhuǎn)化特征和土壤微生物群落演替規(guī)律及其耦合關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:1.高氮添加(N100-N300)提高了0-10 cm土層、10-20 cm土層土壤有機碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效磷含量,顯著降低了兩個土層的土壤pH。2.氮添加促進了土壤硝化作用,抑制了土壤氨化作用。N15-N30處理提高了有機碳轉(zhuǎn)化速率,N50-N300處理降低了有機碳轉(zhuǎn)化速率。土壤有機碳轉(zhuǎn)化速率顯著影響MBN轉(zhuǎn)化速率,且符合一元線性回歸方程。3.高氮添加(N100-N300)降低了0-10 cm土層脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶、過氧化物酶和蔗糖酶活性,降低了10-20 cm土層過氧化物酶和蔗糖酶活性。土壤pH值、硝態(tài)氮、MBC和MBN氮是影響土壤酶活性的主要影響因素。4.氮添加處理兩個土層土壤B PLFAs/F PLFAs比值均低于或顯著低于對照N0,且不同氮添加處理間差異顯著。高氮添加、低氮添加及無氮添加下土壤微生物對碳源利用能力上存在較大差異。100 kg N·hm~(-2)·a~(-1)氮添加量是土壤微生物活性從促進到抑制的一個閾值。5.高氮添加(N150-N200)顯著改變土壤細菌群落結(jié)構(gòu)。氮添加處理(N30-N300)降低了酸桿菌門、疣微菌門和綠彎菌門相對豐度,提高了變形菌門、放線菌門和芽單胞菌門相對豐度。土壤pH值、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和全磷含量是引起土壤細菌群落結(jié)構(gòu)變化的主要影響因素。6.氮添加改變土壤真菌群落結(jié)構(gòu),降低了真菌的Shannon多樣性指數(shù)。0-10 cm土層與10-20cm土層各氮添加處理相對豐度在門、綱、屬水平上均存在顯著差異。氮添加處理顯著降低了擔子菌門相對豐度,提高了10-20 cm土層球囊菌門相對豐度。高氮添加(N100-N300)顯著降低了0-10 cm土層子囊菌門相對豐度。土壤pH、有機碳、硝態(tài)氮和速效磷含量是引起土壤真菌群落組成發(fā)生變化的主要影響因素。7.低于200 kg N·hm~(-2)·a~(-1)氮添加量有利于固氮菌生長。高氮添加(N100-N300)顯著提高了AOB基因豐度,降低了AOA基因豐度。高氮添加(N150-N300)顯著降低了nirK基因豐度。高氮添加促進了AOB主導(dǎo)的氨氧化過程,而反硝化微生物豐度的減少促進了氨氧化產(chǎn)物硝酸鹽的積累,繼而提高了土壤硝酸鹽含量。本研究表明,持續(xù)氮沉降增加促進土壤有機碳積累,顯著增加土壤硝態(tài)氮含量,對土壤全氮含量的提高作用相對較小。土壤碳氮轉(zhuǎn)化速率與土壤MBC、MBN顯著相關(guān)。氮沉降增加不利于維持貝加爾針茅草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、菌群平衡和持續(xù)穩(wěn)定,對土壤碳氮循環(huán)產(chǎn)生負面影響。
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S812.2
【部分圖文】：

圖 2.1 研究區(qū)地理位置Fig.2.1 The location of study area2.1.2 原位培養(yǎng)試驗采用 PVC 頂蓋埋管原位培養(yǎng)法，于 2015 年 8 月中旬，用力將 PVC 礦化管（長 12 cm，內(nèi)徑5 cm）砸入土壤，直到管上端與地面相平，將 PVC 管取出，剝離底部 2 cm 土壤。頂部用透氣不透水的塑料薄膜封口，下端用脫脂棉和紗布封口后放回原處培養(yǎng)。在每個處理小區(qū)各埋入礦化管18 根。同時在每個處理小區(qū)用土鉆取 0-10 cm 土層土壤樣品 3 鉆，混勻裝入 1 個自封袋，用冰盒帶回實驗室，測定土壤 NO3--N、NH4+-N 含量，作為氮轉(zhuǎn)化培養(yǎng)的初始值。在各個處理小區(qū)內(nèi)于2016 年 6 月（培養(yǎng) 300 d）、7 月（330 d）、8 月（360 d）、9 月（390 d）中旬分別取出 3 根礦化管，去除管中的根系，用冰盒帶回實驗室，測定土壤有機碳、可溶性有機碳（DOC）、MBC、MBN、NO3--N、NH4+-N 含量，計算碳氮礦化速率。2.1.3 樣品采集與處理土壤理化因子、酶活性和土壤微生物群落土壤樣品采集于 2015 年 8 月中旬。在各個處理小區(qū)內(nèi)按照 S 型取樣法選取 10 個點，去除表面植被，取 0-10 cm 和 10-20 cm 土層土壤分別混勻，

中國農(nóng)業(yè)科學院博士學位論文 4.2.2 氮添加對土壤微生物功能多樣性的4.2.2.1 氮添加對土壤微生物群落活性的影響B(tài)iolog-Eco 微平板孔平均顏色變化率（A征土壤微生物活性及群落功能多樣性的重要指養(yǎng)時間的延長逐漸增加。0-10 cm 土層，培養(yǎng)第＞N15＞N0＞N200＞N150＞N300。低氮添加（（N150、N200、N300）。不同氮添加處理下 1順序不同。同一氮添加處理不同土層土壤的 AW土層土壤微生物的碳源利用能力高于 10-20 cmA

圖 4.6 不同氮添加處理下(A, 0 10 cm 土層; B, 10 20 cm 土層)土壤微生物碳源利用的主成分分析Fig.4.6 Principal components analysis for carbon utilization of soil microbial communities in different nitrogen additiontreatments (A, 0 10 cm soil layer; B, 10 20 cm soil layer).4.2.2.4 土壤微生物功能多樣性與土壤化學因子之間相關(guān)分析土壤微生物群落多樣性指數(shù)與化學因子之間的相關(guān)性分析見表 4.3。0-10 cm 土層，土壤微生物 Shannon 指數(shù) H 與土壤 pH、MBC/MBN 呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與土壤有機碳、NO3--N、速效磷和 MBN 呈極顯著負相關(guān)（P<0.01）；優(yōu)勢度指數(shù) D 與全氮和全磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；均勻度指數(shù) E 與土壤 pH、MBC/MBN 呈顯著負相關(guān)（P<0.05），與有機碳、全氮、NO3--N、速效磷和 MBN 呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。10-20 cm 土層，土壤微生物 Shannon 指數(shù) H 與土壤 pH、全氮、全磷、NH4--N 和 MBC/MBN 呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與有機碳、NO3--N 和 MBN 含量呈極顯著負相關(guān)（P<0.01）；優(yōu)勢度指數(shù) D 與全磷含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）；均勻度指數(shù)E 與土壤全氮、全磷呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。土壤 pH、有機碳、全氮、全磷、NO3--N、MBN、和 MBC/MBN 是影響貝加爾針茅草原土壤微生物群落功能多樣性的重要環(huán)境因子。表 4.3 土壤微生物群落多樣性指數(shù)與化學因子之間的相關(guān)性分析Table 4.3 Correlation analysis between soil microbial communities diversity indices and soil chemical factorsShannon 指數(shù)優(yōu)勢度指數(shù)均勻度指數(shù)

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本文編號：2821275