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美国加州草原土壤微生物群落对模拟大气氮沉降的响应

美国加州草原土壤微生物群落对模拟大气氮沉降的响应

作     者:王腾旭 

作者单位:清华大学 

作者专业:环境科学与工程

学位级别:硕士

导师姓名:杨云锋

授予年度:2016年

学科分类:07[理学] 0706[理学-大气科学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 

主      题:大气氮沉降 土壤微生物 半干旱草原 高通量测序 基因芯片 

摘      要:随着人类活动的影响,全球范围内的大气氮沉降问题日益严峻,对各类生态系统造成了严重影响。半干旱草原生态系统是陆地上最为重要的生态系统之一,对环境扰动十分敏感。氮沉降会显著影响草原生态系统生态平衡,已有研究发现大气氮沉降会增加草原生态系统植被生物量,降低植被物种多样性。作为驱动土壤元素地球化学循环的主要动力之一,微生物群落对大气氮沉降的响应将严重影响土壤元素的生物地球化学循环。但是,微生物群落结构非常复杂,加上研究尺度或方法等的局限,目前对土壤微生物群落如何响应长期氮沉降还未有清晰的认识。本研究以美国加利福尼亚州半干旱草原生态系统为研究对象,利用高通量测序(MiSeq)和基因芯片(GeoChip)技术,探究了土壤微生物群落物种和功能组成对长期(14年)模拟大气氮沉降的响应。研究发现:(1)长期氮沉降条件下,土壤微生物群落的整体物种组成发生显著变化。不同类型的微生物对氮沉降有不同的响应策略,拟杆菌门(Bacteroidetes)和γ-变形菌(Gammaproteobacteria)相对丰度上升,浮霉菌门(Planctomycetes)和δ-变形菌(Deltaproteobacteria)相对丰度下降。(2)长期氮沉降条件下显著改变了土壤微生物群落的功能基因组成。易降解碳降解基因丰度上升,难降解碳丰度下降或不变,表明长期氮沉降促进了土壤易降解碳的利用。土壤硝化过程基因amoA基因丰度和土壤硝化酶活性均上升且两者存在正相关关系。(3)样地中优势物种的植被生物量显著提高,土壤总碳、总氮和硝态氮等理化参数也显著上升,表明氮沉降对该生态系统已知的短期效应在长期氮沉降条件下依然延续。土壤微生物的物种组成和功能组成由不同环境因子调控,pH是调控物种组成的重要因子,土壤物种与功能组成均与土壤中可利用有机质含量关�

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