论文部分内容阅读
黄土高原退耕还林还草工程实施后，以蓝绿藻和藓类为主的生物土壤结皮(简称生物结皮)在该区广泛发育，盖度可达60~70％，显著改善了该区土壤抗侵蚀性，增加了土壤养分含量，并显著影响着土壤微生物群落结构。干扰是自然界常见现象，生物结皮易受干扰影响，干扰可显著降低其盖度，改变物种组成，进而引起其生态功能发生转变。土壤微生物作为自然界响应环境变化的优先指示物，对干扰诱发的环境变化响应敏感。为了明确干扰对生物结皮生态功能的影响及机制，本文以黄土丘陵区发育稳定期的生物结皮为研究对象，以土壤微生物为指示，通过研究不同强度干扰后生物结皮土壤水热、养分等微生态环境以及土壤微生物群落的变化，在明确微生物群落对生物结皮微生态环境响应机制的基础上，解析干扰对生物结皮土壤微生物的影响及机制，取得主要结论以下：
(1)生物结皮的演替改善了土壤微生物群落结构。
与早期藻结皮相比，演替后期的藓结皮土壤微生物总PLFA含量和多样性Shannon指数分别提高了3倍和2％，微生物B-/F-(细菌和真菌PLFA比值)和G+/G-(微生物革兰氏阳性和阴性细菌PLFA比值)降低了41％和34％。下层0-2cm土壤微生物群落结构变化与生物结皮层类似，而2-5cm土层微生物群落结构变化不显著。
(2)干扰后生物结皮土壤微生物群落结构具有明显的动态变化特征。随着干扰时间的推移，土壤微生物受干扰影响的土层亦逐渐加深。
生物结皮层土壤微生物PLFA含量在干扰后第5天显著升高，此后，土壤微生物PLFA含量在高于对照60nmolg-1附近变化，不再改变；随着时间的推移，微生物Shannon指数比未干扰对照增加了5~25％；微生物B-/F-在干扰2个月后比值最大，干扰1年后比值最低；微生物G+/G-比值随干扰时间的推移在0.21~0.74之间变化，变幅较小。当干扰强度进一步增大，微生物群落结构有退化的风险。干扰5天和2个月后，仅生物结皮层和下层0-2cm土壤微生物群落结构有变化，但干扰1年后，2-5cm土层微生物群落结构亦有改变。
(3)干扰后，雨季和旱季土壤微生物群落结构多样性均显著增加，且旱季增幅更大；但当干扰强度进一步增大，不同季节微生物群落多样性有退化的风险。
干扰后(30％干扰强度)，与未干扰生物结皮相比，土壤微生物总PLFA在雨季和旱季分别增加了1.1倍和2.0倍，微生物B-/F-比值降低了42％和51％，微生物G+/G-比值下降了34％和55％，微生物多样性在雨季和旱季无明显差异。当干扰强度增至50％，微生物总PLFA含量和多样性Shannon指数在不同季节虽无显著变化，但微生物B-/F-和G+/G-比值显著增加，可能会提高土壤出现养分胁迫的风险，不利于生物结皮土壤生态系统的稳定。
(4)干扰强度显著影响生物结皮土壤微生物群落结构。当干扰强度在(25±5)％时，土壤微生物PLFA和多样性Shannon指数达到最大，微生物B-/F-和G+/G-比值降至最低，有利于土壤微生物群落结构的改善。
土壤微生物总PLFA含量和多样性Shannon指数随干扰强度的增加先升后降，微生物B-/F-和G+/G-比值变化与之相反。当干扰强度在25％左右时，即生物结皮盖度破损度为(25±5)％，微生物总PLFA含量比未干扰增加了13~17％；多样性Shannon指数比对照提高了5~6％；微生物B-/F-比值下降了40％；微生物G+/G-比值虽无显著变化，但其他干扰处理G+/G-比值显著升高。
(5)研究区生物结皮土壤微生物群落结构最适含水量和土壤温度分别为16％和30℃；当土壤孔隙度从68％升至84％，微生物总PLFA、多样性Shannon指数、B-/F-和G+/G-比值亦随之升高。
(6)干扰主要通过影响生物结皮盖度组分(早期演替藻结皮盖度的增加)和土壤水分，进而引起土壤养分全氮、速效磷和C/N比发生变化，最终导致微生物群落结构发生改变。
干扰通过直接作用影响了藻结皮盖度和土壤水分，二者对土壤微生物群落结构的影响效应分别为0.613和0.618。同时，干扰通过影响藻结皮盖度，进而间接引起土壤全氮、速效磷和C/N比发生改变，最终诱发土壤微生物群落结构发生变化，三者对土壤微生物的影响效应分别为0.656、0.578和-0.618。
(1)生物结皮的演替改善了土壤微生物群落结构。
与早期藻结皮相比，演替后期的藓结皮土壤微生物总PLFA含量和多样性Shannon指数分别提高了3倍和2％，微生物B-/F-(细菌和真菌PLFA比值)和G+/G-(微生物革兰氏阳性和阴性细菌PLFA比值)降低了41％和34％。下层0-2cm土壤微生物群落结构变化与生物结皮层类似，而2-5cm土层微生物群落结构变化不显著。
(2)干扰后生物结皮土壤微生物群落结构具有明显的动态变化特征。随着干扰时间的推移，土壤微生物受干扰影响的土层亦逐渐加深。
生物结皮层土壤微生物PLFA含量在干扰后第5天显著升高，此后，土壤微生物PLFA含量在高于对照60nmolg-1附近变化，不再改变；随着时间的推移，微生物Shannon指数比未干扰对照增加了5~25％；微生物B-/F-在干扰2个月后比值最大，干扰1年后比值最低；微生物G+/G-比值随干扰时间的推移在0.21~0.74之间变化，变幅较小。当干扰强度进一步增大，微生物群落结构有退化的风险。干扰5天和2个月后，仅生物结皮层和下层0-2cm土壤微生物群落结构有变化，但干扰1年后，2-5cm土层微生物群落结构亦有改变。
(3)干扰后，雨季和旱季土壤微生物群落结构多样性均显著增加，且旱季增幅更大；但当干扰强度进一步增大，不同季节微生物群落多样性有退化的风险。
干扰后(30％干扰强度)，与未干扰生物结皮相比，土壤微生物总PLFA在雨季和旱季分别增加了1.1倍和2.0倍，微生物B-/F-比值降低了42％和51％，微生物G+/G-比值下降了34％和55％，微生物多样性在雨季和旱季无明显差异。当干扰强度增至50％，微生物总PLFA含量和多样性Shannon指数在不同季节虽无显著变化，但微生物B-/F-和G+/G-比值显著增加，可能会提高土壤出现养分胁迫的风险，不利于生物结皮土壤生态系统的稳定。
(4)干扰强度显著影响生物结皮土壤微生物群落结构。当干扰强度在(25±5)％时，土壤微生物PLFA和多样性Shannon指数达到最大，微生物B-/F-和G+/G-比值降至最低，有利于土壤微生物群落结构的改善。
土壤微生物总PLFA含量和多样性Shannon指数随干扰强度的增加先升后降，微生物B-/F-和G+/G-比值变化与之相反。当干扰强度在25％左右时，即生物结皮盖度破损度为(25±5)％，微生物总PLFA含量比未干扰增加了13~17％；多样性Shannon指数比对照提高了5~6％；微生物B-/F-比值下降了40％；微生物G+/G-比值虽无显著变化，但其他干扰处理G+/G-比值显著升高。
(5)研究区生物结皮土壤微生物群落结构最适含水量和土壤温度分别为16％和30℃；当土壤孔隙度从68％升至84％，微生物总PLFA、多样性Shannon指数、B-/F-和G+/G-比值亦随之升高。
(6)干扰主要通过影响生物结皮盖度组分(早期演替藻结皮盖度的增加)和土壤水分，进而引起土壤养分全氮、速效磷和C/N比发生变化，最终导致微生物群落结构发生改变。
干扰通过直接作用影响了藻结皮盖度和土壤水分，二者对土壤微生物群落结构的影响效应分别为0.613和0.618。同时，干扰通过影响藻结皮盖度，进而间接引起土壤全氮、速效磷和C/N比发生改变，最终诱发土壤微生物群落结构发生变化，三者对土壤微生物的影响效应分别为0.656、0.578和-0.618。