Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 施氮和土地利用方式改变对内蒙古温带半干旱草地土微生物特性的影响 | |
| 其他题名 | The Effects of Nitrogen Fertilization and Land Use Changes on Soil Microbial Characteristics in The Temperate Semiarid Grassland in Inner Mongolia, China |
| 何亚婷 | |
| 出版年 | 2012 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 董云社 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学 |
| 中文摘要 | 土壤微生物及土壤酶是土壤中物质循环的主要参与者与调节者，是生态系统最活跃的组分之一。它不仅强烈地影响着碳氮循环的强度，同时也对人类活动以及水热因子的变化有着十分敏感的响应。草地生态系统作为我国最大的陆地生态系统，其脆弱的生态环境、强烈的人类活动干扰以及以往的粗放管理方式使得草地土壤微生物特性不但受到氮素的严重限制，而且对氮素和水热因子变化的响应也较其它生态系统更为敏感。此外，放牧和开垦作为对草地影响最为强烈和广泛的人类活动，在全球变化的背景下，其对草地土壤微生物特性的影响也将在更大范围和广度上体现出来。 本研究以中科院内蒙古草原生态系统定位研究站为平台，采用小区控制试验、野外定位观测、采样与室内化学分析相结合的研究方法，探讨主要人类活动（施氮、放牧、开垦）以及水热因子对内蒙古半干旱草原土壤关键微生物特性的影响。主要的研究内容包括不同氮肥水平（对照：N0，0 kg N ha-1 y-1；低氮：N5，50 kg N ha-1 y-1；中氮：N10，100 kg N ha-1 y-1；高氮：N20，200 kg N ha-1 y-1）、放牧、农垦以及水热因子对草地土壤微生物数量、微生物生物量、微生物多样性和土壤酶的影响研究。主要的研究结论如下： 1）施氮对0-10cm土层细菌和真菌数量有促进作用，对放线菌数量有抑制作用。双因素方差分析显示，施氮处理和季节变化以及二者的交互作用对细菌和真菌数量均有极显著的影响，但施氮对放线菌数量的影响作用不显著；放牧降低了0-10cm和10-20cm土层的细菌、真菌和放线菌数量。放牧处理、取土层次、采样日期以及它们之间的交互作用对细菌、真菌和放线菌数量均有显著影响；农垦增加了0-10cm和10-20cm土层的细菌和放线菌数量，降低了真菌数量，农垦处理和采样日期以及二者之间的交互作用对细菌、真菌和放线菌数量均有显著影响，但取土层次对三种土壤菌群数量无显著影响；沿水热梯度，0-10cm土层细菌数量在三种草地类型中的大小顺序为典型草原＞草甸草原＞荒漠草原，在10-20cm土层为典型草原＞荒漠草原＞草甸草原，真菌数量在两个土壤层次的大小分布均为典型草原＞草甸草原＞荒漠草原，而放线菌数量在两个土壤层次的大小分布则表现为典型草原＞荒漠草原＞草甸草原。 2）施氮并没有改变微生物量的季节变化格局，微生物量在施氮样地和不施氮样地表现出了相同的季节变化趋势，最大值均出现在7-8月。在两年的试验时段内，低氮、中氮和高氮处理的年平均微生物量值与对照相比差异均不显著，与此同时，三种氮处理年平均微生物量值之间也不存在显著性差异，但三种氮处理的年平均微生物量值在两年间年际差异显著。相关分析显示，各处理的微生物量值与土壤水分显著相关；放牧显著降低了0-20cm土层土壤微生物量。与围栏相比，放牧使0-10cm和10-20cm土层的土壤微生物量分别下降了24.3%和39.7%；农垦降低了0-20cm土层土壤微生物量。与草甸相比，农垦使0-10cm和10-20cm土层的土壤微生物量分别下降了35.9%和18.1%，但0-10cm土层的下降幅度达到显著水平，而10-20cm土层的下降幅度差异不显著；沿水热梯度，在0-10cm土层，土壤微生物量在三种草地的大小顺序为典型草原＞草甸草原＞荒漠草原，在10-20cm土层为草甸草原＞典型草原＞荒漠草原。与草甸草原和典型草原相比，荒漠草原显著降低了0-20cm土层的土壤微生物量，而草甸草原和典型草原的土壤微生物量在0-20cm土层内没有显著差异。 3）施氮对土壤微生物多样性的影响存在年际差异，低氮在观测第一年显著促进了微生物的碳源利用活性和功能多样性指数，而在观测第二年低氮和高氮均显著提高了微生物的碳源利用格局和功能多样性指数。Biolog主成分分析（PCA）显示，碳水化合物类、羧酸类和氨基酸类是微生物利用的主要碳源，典范对应分析（CCA）显示土壤的营养状况和土壤水分是影响微生物功能多样性的关键因素；放牧显著降低了微生物的碳源代谢活性和多样性指数，而农垦则显著提高了微生物的碳源代谢活性和多样性指数；沿水热梯度，土壤微生物碳源代谢活性和功能多样性指数的大小顺序依次为典型草原＞草甸草原＞荒漠草原，典型草原土壤微生物利用碳源的能力和种类与另外两种草原有所不同，碳水化合物类、氨基酸类和羧酸类是区分三种草地类型微生物碳源代谢活性的主要碳源。 4）施氮对脲酶活性有抑制作用，对蔗糖酶活性有促进作用，对过氧化氢酶活性的影响不显著。施氮处理、季节变化以及二者的交互作用对脲酶和蔗糖酶活性均有极显著的影响，但施氮对过氧化氢酶活性的影响不显著；放牧提高了0-10cm土层脲酶活性，降低了10-20cm土层脲酶活性，同时也降低了0-20cm土层的蔗糖酶和过氧化氢酶活性。放牧处理和取土层次以及二者之间的交互作用对三种酶活性有显著影响，但采样日期对土壤过氧化氢酶活性无显著影响；农垦降低了0-10cm土层的脲酶活性，提高了10-20cm土层的脲酶活性，而对土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性存在抑制作用。多因素方差分析表明，农垦处理、取土层次、采样日期以及它们之间的交互作用对三种酶活性均有显著影响；沿水热梯度，草甸草原0-20cm土层的脲酶活性显著低于其他两类草原，同时，与典型草原相比，草甸草原和荒漠草原均显著降低了0-10cm土层的蔗糖酶活性，而0-10cm土层过氧化氢酶活性则表现为荒漠草原显著低于典型草原，典型草原与草甸草原差异不显著。 |
| 英文摘要 | Soil microbial and soil enzyme are main participators and regulators of nutrient cycle in soil, also being the one which most active in soils. It not only affects all the key process of carbon and nitrogen cycle, but also shows highly sensitive response to human activities and the change of environmental factors. Grassland is the largest terrestrial ecosystem in China, but the fragile environment and the intense human disturbance make it more severely limited by nitrogen availability. Additionally, it’s response to the changes of nitrogen availability and climate factors etc. are also more sensitive comparing with other ecosystems. Besides, as the most intensive and inclusive of human activities on grassland, the effect of grazing and reclamation on grassland soil microbial characteristic may express in much more aspects. This study will carry on an in-situ controlled experiment to explore the response of grassland soil microbial to the main human activities and environment factors in semi-arid grassland ecosystem in Inner Mongolia grassland ecosystem station, CAS., including the effects of different levels of nitrogen fertilizer (CK: N0, 0 kg N ha-1 y-1; LN: N5, 50 kg N ha-1 y-1; MN: N10, 100 kg N ha-1 y-1, HN: N20, 200 kg N ha-1 y-1), the grazing and reclamation, and the temperature and the water on soil microbial number, microbial biomass, microbial diversity and soil enzymes activities. The main conclusions are as follows: 1）Nitrogen fertilization increased the number of bacteria and fungi, and decreased the number of actinomycete at 0-10cm soil depth, and two-way ANOVA indicated that the effects of nitrogen fertilization, sampling date and their interactions on the number of bacteria and fungi were statistically significant, but there is no significant effect of nitrogen fertilization on the number of actinimycete; Grazing decreased the number of bacteria, fungi and actinimycete at 0-10cm and 10-20cm depth, respectively. |
| 中文关键词 | 施氮 ; 放牧 ; 开垦 ; 微生物特性 ; 温带半干旱草地 |
| 英文关键词 | Nitrogen fertilization Grazing Reclamation |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 环境科学 |
| 来源机构 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287048 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 何亚婷. 施氮和土地利用方式改变对内蒙古温带半干旱草地土微生物特性的影响[D]. 中国科学院大学,2012. |
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