【摘要】：熱成有機質(zhì)(Pyrogenic Organic Matter,PyOM)是一種內(nèi)涵廣泛而連續(xù)的富碳物質(zhì)、是在植被火災中產(chǎn)生的半燒焦生物質(zhì)、木炭和煤灰。添加一種人造的PyOM(生物質(zhì)炭)的研究證明了,它有多孔疏松物理結(jié)構(gòu)、難于降解的化學結(jié)構(gòu),可為微生物提供持久的棲息地,添加PyOM也對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。這促使我們假設,森林火災生成的天然PyOM也可以形成獨特的、與土壤異質(zhì)的棲息地,而這種異質(zhì)性也影響了微生物組的組裝方式。土壤及其相類似的生境(例如植物根際和沉積物)中有著最豐富的原核生物多樣性,雖然它已被土壤學家、微生物學家和生態(tài)學家等所認識和利用,但是我們對其維持的機理仍然有所不足。根據(jù)物種共存理論,物種間穩(wěn)定共存需要它們之間有生態(tài)位的差異,而異質(zhì)的環(huán)境條件可以提供額外的生態(tài)位維度,從而通過空間分離而實現(xiàn)共存。故我們進一步假設土壤微生物群落可能通過PyOM的棲息地效應,發(fā)生空間組裝而提高了土壤的生物多樣性。本研究以浙江富陽和江西鷹潭兩個典型森林火災樣地為供試材料,著眼于天然森林火災生成的PyOM與本底土壤之間的環(huán)境異質(zhì)性,探討群落組裝與物種空間共存機制對土壤微生物多樣性的影響。森林火災具有全球性和廣泛性,因此對森林火災PyOM的研究也有普遍性意義,而其礦物學上存在顯著的與土壤可區(qū)分的特征又使得其利于有效分離,這些因素使得PyOM成為一種研究微生物組空間組裝的理想材料。本研究主要著眼于以下三個方面:建立有效、可靠的火災土壤PyOM分離辦法,并對未火災土壤、火災土壤與PyOM理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性進行表征;分析火災土壤微生物群落組裝過程,并分析PyOM和土壤的特化種(specialist)和泛化種(generalist)并對其表征;通過新的系統(tǒng)發(fā)育學方法與文獻分析法分析特化種在生態(tài)位上的差異,通過群落模擬實驗驗證群落空間組裝與特化種的共存對真實火燒森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與生物多樣性維持的貢獻。主要研究結(jié)果如下:1)兩樣點的火災土壤相比于未火災土壤都有著不同的微生物群落結(jié)構(gòu)和更高的生物多樣性,森林火災顯著提高了土壤pH、降低了可溶性有機質(zhì)含量但土壤有機質(zhì)含量沒有顯著變化�；馂耐寥乐锌煞蛛x的PyOM生態(tài)綴塊(habitat patch)尺寸在O.1mm～10mm之間,其與鄰近火災土壤也有很大不同,如有著更高的環(huán)境pH和不同的微生物群落結(jié)構(gòu)。非限制性排序(基于廣義UniFrac距離和非度量多維標度變換NMDS)顯示,存在一個明顯的未火災土壤-火災土壤-PyOM綴塊的環(huán)境梯度。2)分離得到了 PyOM和土壤的特化種(specialist)數(shù)據(jù)集,敏感性分析(sensitivity analysis)顯示,他們分別占富陽樣點和鷹潭樣點中PyOM-土壤環(huán)境梯度的69%和82%的信息量,共現(xiàn)網(wǎng)絡分析(co-occurring network)顯示,土壤操作性特化種和PyOM操作性特化種之間有很強的負相關(guān)性,但同一種操作性特化種則聚集成某些模塊、呈現(xiàn)共現(xiàn)的特征,系統(tǒng)發(fā)育分析顯示,這些特化種有著極顯著的系統(tǒng)發(fā)育信號。3)進一步通過系統(tǒng)發(fā)育連續(xù)性分析發(fā)現(xiàn),特化種的系統(tǒng)發(fā)育連續(xù)簇的最適生長pH值有著全球一致性,其中PyOM特化種的的系統(tǒng)發(fā)育連續(xù)簇都為嗜中性或弱嗜堿性,而土壤的連續(xù)簇則是以嗜酸性為主,或嗜中性。Procrustes分析顯示,PyOM綴塊與其近鄰土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)之間有很強的相關(guān)性。而進一步的群落模擬結(jié)果顯示,基于PyOM-土壤鑲嵌體(mosaic)模型的假設,僅使用PyOM綴塊和未火災土壤的微生物群落數(shù)據(jù)即可模擬出與實際火災土壤的在微生物群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性指數(shù)等方面相近的模擬微生物群落。
【圖文】：

以及江西省鷹潭市（２８°１４＇３５＂Ｎ，邋１１７°４＇２７＂Ｅ）的兩個過火森林。富陽區(qū)的樣點逡逑采于２０１６年３月，據(jù)新聞報道起火時間為２０１３年８月（約２．５年）�；馂那暗劐义媳碇脖粸閬啛釒С＞G闊葉林（圖２．１），土壤為砂壤質(zhì)（美國農(nóng)部制）的紅壤，逡逑火災后以灌木和低矮的樹木為主（圖２．１），水土流失嚴重。在地表隨處可見碳逡逑化的小枝和煤灰（圖２．１）。未火災的土壤采于火場對面，兩者相隔數(shù)百米并以逡逑一個水庫隔開，這保護了該樣點未受火災影響。在火災土壤和未火災土壤山坡的逡逑不同位置采集了邋0￣８ｃｍ深的１２個土壤樣點，樣點之間間隔１００米以上，，每個土逡逑壤樣點又由３？５個鄰近的子樣點混合而成。鷹潭市火災森林樣點采集于２０１８年逡逑１０月，據(jù)當?shù)厝丝谑鲎罱钠鸹饡r間為２０１７年１２月左右（１０個月），并曾經(jīng)逡逑過多次火災。未火災樣點地表植被為亞熱帶常綠闊葉林（圖２．２）邋，邋土壤為壤質(zhì)逡逑（美國農(nóng)部制）的紅壤，火災后以草本植物、灌木和低矮的樹木為主，或直接裸逡逑露（圖２．２）

逡逑圖２．１富陽樣點植被與地表景觀。（ａ）未火災樣點地表與植被情況；（ｂ）火災樣點植被情況；逡逑（ｃ）火災樣點的地表逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｐｈｏｔｏｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｇｒｏｕｎｄ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋Ｆｕｙａｎｇ邋ｓａｍｐｌｅ邋ｓｉｔｅ，邋（ａ）邋ｔｈｅ邋ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ邋ａｔ邋ｔｈｅ逡逑ｕｎｂｕｒｎｔ邋ｓｉｔｅｓ；邋（ｂ）邋ｔｈｅ邋ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｆｉｒｅ－ａｌｔｅｒｅｄ邋ｓｉｔｅｓ；邋（ｃ）邋ｔｈｅ邋ｇｒｏｕｎｄ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｆｉｒｅ－ａｌｔｅｒｅｄ邋ｓｉｔｅｓ逡逑１８逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S714

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本文編號：2706453