茂兰喀斯特森林不同生境下岩石风化速率的差异及其对生物成土的影响

论文摘要

碳酸盐岩溶蚀是喀斯特地区主要成土方式,由于碳酸盐岩酸不溶物含量低,使得喀斯特地区形成成土速率缓慢、土层浅薄、土壤环境脆弱等环境特征。碳酸盐岩溶蚀使喀斯特地表形成复杂的微地貌,为了研究方便,科技工作者将微地貌分为石洞、石缝、石沟、石槽、石面以及土面等小生境类型,喀斯特地区大部分土壤分布于这些小生境中,形成了土层不连续的特征,并且留存于不同类型的生境土壤具有强烈的空间异质性。土壤微生物群落和功能对环境变化极为敏感,是预测生态环境演替方向的重要指标。然而目前关于喀斯特地区小生境岩石溶蚀及土壤微生物研究的报道还较为少见,为了探明不同小生境类型下岩石溶蚀速率及形态、土壤微生物分布及生态功能,以及岩石溶蚀、成土与土壤理化因子、微生物及生境环境之间的关系,本研究选取贵州茂兰喀斯特森林不同小生境类型为研究对象,进行为期2年的岩石溶蚀实验,并利用磷脂脂肪酸生物标记法和16S rRNA分析小生境土壤微生物群落结构和生态功能,探讨了岩石溶蚀与生物成土的关系,旨在为喀斯特地区森林土壤生态保护、土壤可持续利用提供科学依据。研究得出主要结论如下:（1）小生境土壤有机质变化范围在60-546 g/kg,石槽有机质含量显著高于其它小生境（P<0.05）;不同小生境类型土壤pH存在较大差异,总体上呈石缝>石洞>石槽>土面表层（0-10cm）>石沟>土面下层（10-20cm）的趋势;总碳在小生境中呈现规律与有机质一致;石槽总氮含量显著高于石沟,石沟显著高于其它生境;石槽碳氮比显著高于土面下层,与其它生境呈差异不显著。（2）石洞、石缝、石沟、石槽、土面表层（0-10cm）以及土面下层（10-20cm）共检测标记土壤微生物的脂肪酸有18种。土壤微生物总量、细菌、真菌、放线菌、G+、G-的含量均表现为石槽>石沟>土面表层>石洞>石缝>土面下层,同时,各微生物类型的含量在不同生境类型中表现为细菌>放线菌>真菌;G+/G-在六种生境中表现为石槽>石沟>土面表层>石缝>石洞>土面下层;真菌/细菌变幅为0.14-0.16,具体表现为土面表层>石缝>石沟>石槽>石洞>土面下层;相关性分析和多元回归树分析显示,不同小生境类型的土壤有机质是影响土壤微生物群落组成的首要因子。多元回归树聚类结果表明,小生境可划分为石槽-石沟型、石洞-石缝型、土面表层型以及土面下层型4种生境类型（3）利用高通量测序技术对小生境（石洞、石缝、石沟、石槽以及土面）土壤细菌16S rRNA V3V4可变区进行高通量测序和Tax4Fun2功能预测,分析小生境土壤细菌物种组成以及生态功能相关酶的分布情况,并应用数量生态学方法分析土壤理化因子对细菌和功能酶分布的影响。结果表明,5类小生境土壤共检测到细菌25个门,94个纲,244个目,376个科,536个属,643个种;变形菌门、放线菌门分别为低pH、高pH生境土壤优势菌门。5种生境细菌Alpha多样性存在差异但未达到显著水平,Beta多样性以及ASV（amplicon sequence variant table,ASV）分布存在显著差异。冗余分析和相对重要性分析表明土壤细菌门水平分布对土壤理化因子响应程度存在差异,总体上pH是影响细菌分布首要因子。Tax4Fun2预测结果表明5种生境类型共检测到7828种功能酶,这些功能酶分布随土壤环境的变化而呈现显著差异,并且它们的功能冗余指数（functional redundancy index,FRI）总体上表现为土面>石沟>石槽>石洞>石缝,表明土面具有较稳定的生态环境,石洞、石缝生境土壤贫瘠、环境脆弱。（4）碳酸盐岩溶蚀速率在土层表面与土层以下存在差异,在溶蚀进行0.5年时:在土体表层中,溶蚀主要发生在石槽、石面以及土面,其中石槽中试片溶蚀速率高达0.01 mg/cm2 a（石槽）,石沟轻微溶蚀,石洞、石缝未见明显溶蚀,在土体以下,石槽中试片溶蚀速率高达0.025 mg/cm2a,土面以下试片溶蚀速率也较同时期的土面表层高。这种规律从0.5年持续到2年,总体上表现出石槽、石面、石沟以及土面中的试片溶蚀速率和形态存在显著变化,石洞和石缝中试片溶蚀速率及形态均未见显著变化。碳酸盐岩溶蚀速率与土壤pH呈显著负相关,与含水率、碳、氮以及微生物丰度呈显著正相关。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴求生

导师: 龙健

关键词: 茂兰喀斯特,小生境类型,碳酸盐岩溶蚀,土壤微生物,生态功能,生物成土

来源: 贵州师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,环境科学与资源利用

单位: 贵州师范大学

分类号: X141

总页数: 84

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