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海螺沟冰川退缩区土壤溶解性有机质演变特征及影响因素

摘要溶解有机质(DOM)作为土壤中最活跃的有机组分,在土壤生物地球化学过程中起着关键作用,探讨植被演替过程中DOM的组成、累积规律及其影响因素,对预测土壤碳循环过程具有重要意义。本研究从海螺沟冰川退缩区植被原生演替序列选取演替年龄分别为12、30、40、50、80、120年的样地采集表层和亚表层土壤样本,测定不同演替阶段土壤理化性质和DOM浓度,结合紫外可见光光谱、三维荧光光谱和超高分辨率傅里叶变换离子回旋共振质谱技术,揭示演替过程中DOM组成和化学性质的动态变化,并通过高通量测序技术探索演替过程中土壤微生物群落结构的变化,最后通过冗余分析(Redundancy analysis,RDA)分析和共现网络分析(Co-occurrence network)揭示原生演替过程中DOM变化特征及其影响因素。主要研究结果如下:<br>  (1)土壤DOM浓度在演替过程中显著增加,演替早期阶段及表层土壤的DOM标志性分子主要以脂类和蛋白类化合物为主,植被演替中后期阶段及亚表层土壤DOM标志性分子主要以丹宁、木质素和稠环芳香烃类化合物为主。在植被演替过程中土壤DOM分子的氢与碳原子个数比下降,分子量、氧与碳原子个数比以及等效双键数增加,表明土壤DOM脱氢并逐渐富氧,产生高度不饱和及高度氧化的有机质,分子不饱和状态及其顽固程度增加,生物可利用性下降。木质素和稠环芳香烃为海螺沟冰川退缩区原生演替序列土壤DOM中主要的化合物。土壤DOM中碳水化合物、蛋白质、脂类化合物的相对丰度随演替过程不断减小,丹宁的相对丰度在演替过程中逐渐增加;土壤DOM在向下迁移过程中,木质素的相对丰度显著下降,稠环芳香烃和碳水化合物的相对丰度显著增加。<br>  (2)土壤pH、含水率和铵态氮含量是影响土壤DOM含量和组成的重要环境因素。RDA分析表明,土壤pH、铵态氮含量解释了62.2%的表层土壤DOM含量和组分的变异,土壤含水率和pH值解释了64.3%的亚表层土壤DOM含量与组分的变异。其中土壤铵态氮含量与表层土壤溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)含量呈正相关;pH与表层土壤DOC、DON含量和类腐殖质组分呈负相关,与DOM中类蛋白组分和与微生物起源相关的荧光指数、生物指数呈正相关。土壤含水率与亚表层土壤DOC、DON含量呈显著正相关,与土壤DOM中类腐殖质组分和腐殖化指数呈负相关;pH与亚表层土壤DOC、DON含量呈负相关,与亚表层土壤DOM中类蛋白组分和微生物起源相关的荧光指数、生物指数呈正相关,与类腐殖质组分和芳香化指数呈负相关。不同土层影响土壤DOM组分和含量变化的因素不完全相同,表明环境因素对土壤DOM组成和含量的影响是依赖土层深度的。<br>  (3)微生物群落结构与土壤DOM组成之间存在复杂的相互作用关系。细菌群落中:变形菌门为海螺沟冰川退缩区原生演替序列上丰度最高的土壤细菌群落;随演替进行,酸杆菌门和厚壁菌门的相对丰度显著增加,而放线菌门和绿湾菌门的相对丰度显著下降。真菌群落中:子囊菌门为海螺沟冰川退缩区原生演替序列丰度最高的土壤真菌群落;随演替进行,担子菌门的相对丰度显著增加。网络分析表明,土壤微生物群落与DOM之间存在复杂的连通性和强烈的相互作用。DOM的化学组成和性质影响微生物的群落结构和功能,随着演替的进行DOM中高分子量的木质素和丹宁等“顽固性”化合物富集,促使土壤微生物群落向贫营养型的酸杆菌门和具有更多样化C降解潜力的真菌群落转移,微生物对于土壤溶解性有机质碳库的塑造由贡献碳水化合物、脂类、蛋白质和次级代谢物等微生物产物为主,转变为以降解植物源有机质并将其转化为经微生物处理后的植物衍生化合物为主;而作为一种反馈机制,微生物群落组成和代谢过程又影响DOM中化合物的代谢和转化,从而调控DOM在演替和向下迁移过程中的动态变化。

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学位信息:
中国科学院大学 生态学 生态学(硕士) 2022年
发布时间 2022-10-20(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)
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