火干扰对兴安落叶松林土壤微生物多样性及温室气体排放的影响

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森林火灾对生态环境造成严重的破坏,对地上植被、土壤和大气环境等产生严重影响,兴安落叶松作为大兴安岭地区的地带性植被,一旦遭到破坏,修复难度极大。森林火灾导致土壤理化性质和土壤微生物改变,从而影响土壤温室气体排放。本研究以大兴安岭兴安落叶松林8年火烧迹地为研究对象,在不同火烧强度条件下研究土壤微生物多样性、土壤温室气体排放、土壤环境因子,及其相互之间关系,为全球变化背景下森林生态系统管理提供理论参考。主要研究结果如下:(1)采用高通量测序方法对不同火烧强度兴安落叶松林土壤真菌进行测序分析,获得7门24纲57目112科157属的真菌。兴安落叶松林不同火烧强度样地土壤真菌菌群落具有不同的结构、组成和多样性分布格局,子囊菌门、担子菌门和被孢霉门等菌群是优势类群,各研究样地真菌群落的关键物种(共有物种、差异物种和重要物种)各不相同。采用RDA对不同火烧强度兴安落叶松林土壤真菌群落与环境因子关联分析,土壤含水率、土壤总氮、土壤有机碳、10 cm土壤温度和15 cm土壤温度等土壤环境因子与不同火干扰条件下兴安落叶松林土壤真菌群落相关性显著,而土壤含水率、土壤总氮、10 cm土壤温度对不同火干扰条件下兴安落叶松林土壤真菌群落多样性格局的影响最大。(2)采用高通量测序方法对不同火烧强度兴安落叶松林土壤细菌进行测序分析,获得23门75纲109目193科292属的细菌。兴安落叶松不同火烧强度样地土壤细菌菌群落具有不同的结构、组成和多样性分布格局,变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门等菌群是优势类群,各研究样地细菌群落的关键物种(共有物种、差异物种和重要物种)各不相同。采用RDA对不同火烧强度兴安落叶松林土壤细菌群落与环境因子关联分析,土壤含水率、土壤总氮、土壤有机碳、5 cm土壤温度、10 cm土壤温度和15 cm土壤温度等土壤环境因子与不同火干扰条件下兴安落叶松林土壤细菌群落相关性显著,土壤含水率、10 cm土壤温度和15 cm土壤温度对不同火干扰条件下兴安落叶松林土壤细菌群落多样性格局的影响最大。(3)采用静态密闭箱-气相色谱法,在生长季,对不同火烧强度兴安落叶松林土壤温室气体进行测定分析,不同火烧强度兴安落叶松林土壤均为CO2排放源,火烧减少了兴安落叶松林生长季土壤CO2排放,且随着火烧强度的增加,兴安落叶松林生长季土壤CO2排放通量降低;轻度火烧样地土壤为CH4的吸收汇,对照样地、中度火烧样地、重度火烧样地土壤均为CH4排放源,火烧减少了兴安落叶松林生长季土壤CH4排放;重度火烧样地土壤为N2O的吸收汇,生长季对照样地、轻度火烧样地、中度火烧样地土壤均为N2O排放源,火烧减少了兴安落叶松林生长季土壤N2O排放。采用单因素方差分析和多重比较法进行分析,在生长季,火烧致使兴安落叶松林土壤含水率、土壤全氮含量降低,且随着火烧强度的增加,兴安落叶松林土壤含水率和全氮含量降低;火烧促进兴安落叶松林土壤p H值、大气温度和土壤温度升高,且随着火烧强度的增加,兴安落叶松林土壤p H值、大气温度和土壤温度升高;火烧降低了兴安落叶松林土壤有机碳含量,但不同火烧强度对兴安落叶松土壤有机碳含量影响并未有明显变化规律。采用Pearson相关系数评价土壤温室气体与相关环境因子间的相关关系,对照样地、中度火烧样地土壤CO2排放通量与5 cm土壤温度、10 cm土壤温度呈显著正相关,中度火烧样地土壤CO2排放通量与土壤p H值呈显著负相关;四个不同强度火烧样地生长季土壤CH4、N2O排放通量与所测环境因子相关性均不显著。(4)采用RDA和线性函数模型进行回归分析不同火干扰条件下兴安落叶松林土壤温室气体通量与土壤微生物群落之间相互关系,土壤CO2排放通量与不同火烧强度兴安落叶松林土壤真菌群落相关性最强,优势类群子囊菌门、担子菌门与土壤CH4、NO2呈现显著负相关;被孢霉门与土壤CO2呈现显著正相关。土壤CO2、CH4排放通量与不同火烧强度兴安落叶松林土壤细菌群落相关性最强,优势类群酸杆菌门与土壤CO2、CH4呈现显著负相关;变形菌门与土壤CO2呈现显著负相关。在不同火烧强度条件下兴安落叶松林土壤CH4、N2O排放通量与土壤真菌多样性呈显著线性相关关系;在不同火烧强度条件下兴安落叶松林土壤CO2排放通量与土壤细菌多样性呈显著线性相关关系。采用FUNGuild对土壤真菌的生态功能进行预测分析,对照样地和重度火烧样地共生营养型真菌功能群所占比例最高,轻度火烧样地和中度火烧样地中腐生营养型真菌功能群所占比例最高;采用FAPROTAX对土壤细菌的生态功能进行预测分析,不同火烧强度兴安落叶松林土壤化能异养、有氧化能异养功能菌所占比例最高。
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