在半干旱草原生態(tài)系統(tǒng),土壤水分有效性是草原生產(chǎn)力的第一限制因子,而土壤微生物是調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分循環(huán)的重要媒介。本研究在內(nèi)蒙古半干旱典型草原生態(tài)系統(tǒng),選擇長(zhǎng)期圍封和放牧以及春季人工模擬降水兩個(gè)試驗(yàn)平臺(tái),研究了圍封和放牧管理下土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)及牧草生長(zhǎng)的季節(jié)變化特征;通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn),應(yīng)用33P同位素稀釋技術(shù)評(píng)估了干濕交替條件下的土壤P素微生物轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)過(guò)程;通過(guò)春季野外人工模擬降水調(diào)查了其對(duì)草原生產(chǎn)力的影響,并通過(guò)磷脂脂肪酸(PLFA)、DNA高通量測(cè)序及宏基因組學(xué)分析等手段,探究了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能對(duì)于春季降水的響應(yīng)。結(jié)果表明:(1)該生態(tài)系統(tǒng)MB C:P比和MB N:P比均值分別為25:1和3:1,僅為全球平均水平的約二分之一。圍封可以增加MBC和MBN的含量,而微生物的季節(jié)變化特征不受利用方式的影響。通過(guò)微生物量季節(jié)波動(dòng)計(jì)算的周轉(zhuǎn)率在圍封和放牧處理之間相似,MBC和MBN的周轉(zhuǎn)率約為1.5 year-1 MBP的周轉(zhuǎn)率約為3 year-1。植物總吸N量高于土壤有效N儲(chǔ)量,但與MBN儲(chǔ)量相似,暗示N素缺乏且微生物量周轉(zhuǎn)在土壤N素供應(yīng)方面起著重要作用。相比之下,土壤有效P和MBP儲(chǔ)量均遠(yuǎn)高于植物總吸P量,暗示在當(dāng)前N水平下沒(méi)有缺P(pán)的風(fēng)險(xiǎn)。(2)與恒濕處理相比,干濕交替有降低土壤P素物理化學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)化的趨勢(shì),但是在30天培養(yǎng)周期內(nèi)未見(jiàn)顯著性差異。MBP的釋放導(dǎo)致土壤溶液中的P含量增加,但微生物僅對(duì)干濕交替過(guò)程的第一個(gè)循環(huán)響應(yīng)敏感。培養(yǎng)周期內(nèi),土壤有機(jī)P總礦化占P素總轉(zhuǎn)化量的44%,證明了微生物過(guò)程對(duì)草原土壤P素轉(zhuǎn)化的重要性。與恒濕條件相比,干濕交替條件顯著降低土壤有機(jī)P礦化。在土壤干燥條件下,礦化過(guò)程幾乎停止,而再濕潤(rùn)后其礦化速率與恒濕處理相似(0.3-2.4mg kg-d-1)。干濕交替處理中有機(jī)P礦化的降低可能與真菌群落的相對(duì)減小有關(guān)。(3)春季增加降水可以顯著改善草原地上部?jī)舫跫?jí)生產(chǎn)力(ANPP)和MBC,且ANPP和MBC之間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系,暗示MBC可作為環(huán)境變化下土壤肥力的指示因子。整個(gè)植物生長(zhǎng)季,土壤水分和N的有效性是土壤微生物動(dòng)力學(xué)過(guò)程的主要控制因子。此外,MB C:P比在生長(zhǎng)后期植物需P量下降時(shí)升高,暗示植物和微生物之間存在對(duì)P素養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)。(4)PLFA分析結(jié)果顯示對(duì)春季增加降水響應(yīng)敏感的微生物類(lèi)群主要為革蘭氏陰性細(xì)菌和真菌,通過(guò)DNA高通量測(cè)序分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)革蘭氏陰性細(xì)菌中主要為變形菌門(mén)(Proteobacteria)和擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes),而真菌中主要為子囊菌門(mén)(Ascomycota)。宏基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)春季降水對(duì)土壤微生物群落功能的影響可持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間,這主要是由于降水不僅改變了土壤含水量,還通過(guò)影響植物生長(zhǎng)而改變了土壤養(yǎng)分狀況,從而多方面影響土壤微生物的生存環(huán)境。此外,春季降水對(duì)土壤微生物的主要代謝功能具有負(fù)效應(yīng),暗示該生態(tài)系統(tǒng)春季水分充足時(shí),土壤存在養(yǎng)分供應(yīng)不足的風(fēng)險(xiǎn)。綜上,本研究通過(guò)野外調(diào)查和室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)相結(jié)合,發(fā)現(xiàn)良好的土壤水分狀況可以促進(jìn)土壤微生物量對(duì)氮磷養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)以及植物對(duì)氮磷的吸收,進(jìn)而提高草原生產(chǎn)力。同時(shí),水分狀況的改善還可以促進(jìn)土壤有機(jī)磷的礦化,這可能與土壤真菌相對(duì)豐度的提高有關(guān),而對(duì)水分響應(yīng)敏感的真菌主要為子囊菌門(mén)(Ascomycota)。研究結(jié)果可為我國(guó)草原可持續(xù)化管理提供理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：S812.2
【部分圖文】：

生態(tài)環(huán)境意義。??在我國(guó)，草原為主要的國(guó)土類(lèi)型，占陸地面積超過(guò)４０％，其中，約７８％分布在北方溫帶區(qū)域??（Ｋａｎｇ，?２００７）。按類(lèi)型劃分，如圖１－１所示，我國(guó)草原生態(tài)系統(tǒng)可分為四類(lèi)：草甸草原、典型草??原、荒漠草原和高山草原（Ｋａｎｇ，２００７）。其中，草甸草原和典型草原是最主要的進(jìn)行放牧和與畜??牧業(yè)相關(guān)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的草原類(lèi)型，大多數(shù)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)。??１６４?１７２?ｆｉｏ?１８８?ｒ％?ｎ〇４￣ＩＴＴ２?Ｈ２０?ｒｉ２８?ＩＴ３６??４８?＾??Ａ、一為，?金切??７．??２４?草甸草原?Ｊ?ｌ??＿典型草原?Ｌ?Ｚ彳??Ｏ荒漠草原?＼?Ｖ．??觸賴(lài)??ｏ??圖１－１中國(guó)草原生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型分布（２００１年中國(guó)植被地圖編輯委員會(huì)編制）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ?ｂｙ?ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ?ｔｙｐｅｓ?（ａｄａｐｔｅｄ?ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ?Ａｔｌａｓ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ??ｃｏｍｐｉｌｅｄ?ｂｙ?ｔｈｅ?Ｅｄｉｔｏｒｉａｌ?Ｂｏａｒｄ?ｏｆ?Ｖｅｇｅｔａ

圖１－２技術(shù)路線(xiàn)示意圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｕｄｙ??

Ｆｉｇ?２－２?Ｓｅａｓｏｎａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｓｏｉｌ?ｗａｔｅｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ??因素ＡＮＯＶＡ分析顯示不同處理和采樣日期以及二者相互作用的差異顯著性水平；ＬＳＤ值代表處理和季節(jié)變異的共同８３指１９８３年開(kāi)始圍封；Ｅ９６指１９９６年開(kāi)始圍封；ＦＧ指持續(xù)自由放牧。??ｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ?ｌｅｖｅｌｓ?ｏｆ?ｔｗｏ－ｆａｃｔｏｒｉａｌ?ＡＮＯＶＡ?ｗｉｔｈ?ｍａｉｎ?ｆａｃｔｏｒｓ?ｅｆｆｅｃｔ?ａｎｄ?ｔｈｅｉｒ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｓｈｏｗｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｆｉｇｕｒｅ．?Ｔｈｅ?ＬＳＤ?ｒｅｆｅｒｓ?ｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ａｎｄ?ｓｅａｓｏｎａｌ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ．?Ｅ８３?ｒｅｆｅｒｓ?ｔｏ?ｇｒａｓｓｌａｎｄ?ｅｎｃｌｏｓｅｄ?ｆｒｏｍ?ｇｒａｚｉｎｇ?ｓｉｎｃｅ?１９８３；?Ｅ９６?ｒｅｆｅｒｓ?ｔｎｄ?ｅｎｃｌｏｓｅｄ?ｆｒｏｍ?ｇｒａｚｉｎｇ?ｓｉｎｃｅ?１９９６；?ＦＧ?ｒｅｆｅｒｓ?ｔｏ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ?ｆｒｅｅ?ｇｒａｚｉｎｇ．???土壤微生物量和有效養(yǎng)分的季節(jié)變化??總體來(lái)說(shuō)，ＭＢＣ、ＭＢＮ和ＭＢＰ呈現(xiàn)顯著的季節(jié)變化，且不同處理中的變化趨勢(shì)相似，??具有不同的水平。Ｅ８３和Ｅ９６處理下的ＭＢＣ和ＭＢＮ顯著高于ＦＧ，而ＭＢＰ在三個(gè)沒(méi)有顯著性差異（圖２－３）。全年ＭＢＣ、ＭＢＮ和ＭＢＰ的平均值分別為２１６ｐｇｇ＇?３２ｎ２４?ｐｇｇ—１，分別占相應(yīng)總土壤有機(jī)碳、總氮和總磷的１．４％、２．２％和７．４％?（圖２－３，。??土壤有效養(yǎng)分也呈現(xiàn)出季節(jié)波動(dòng)（圖２－４）。Ｅｘｔ－Ｃ、Ｅｘｔ－Ｎ和Ｅｘｔ－Ｐ的均值在Ｅ８３
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2893206