泡桐(Paaulownia sp.)是我國特有的速生鄉(xiāng)土闊葉樹種,近年來,在湖南省等中亞熱帶地區(qū)商業(yè)化種植的呼聲高漲。然而,適宜泡桐種植的土壤肥力狀況尚不清楚,且長期施肥后作為衡量土壤肥力質(zhì)量和健康程度的重要指標(biāo)微生物發(fā)生怎樣的改變尚不明確。因此,本研究以湖南省湘中、湘北現(xiàn)有不同立地白花泡桐(P.fortunei)人工林為研究對象,設(shè)置了 72個標(biāo)準(zhǔn)地,調(diào)查了 7個立地因子及23個土壤物理、化學(xué)和微生物指標(biāo),采用主成分分析法(Principal Components Analysis,PCA)篩選出泡桐人工林土壤肥力質(zhì)量評價的最小數(shù)據(jù)集(Minimum Data Set,MDS),采用土壤質(zhì)量評價指數(shù)(Soil Quality Index,SQI)和灰色關(guān)聯(lián)聚類分析(Gray Cluster Relation Analysis,GCRA)評價了泡桐人工林的土壤肥力質(zhì)量;并在湘陰縣泡桐人工林布置了專用肥(SF)、氮磷鉀肥(NPK)、氮磷鉀加微肥(NPKM)和對照(CK)四種不同施肥處理的肥料效應(yīng)試驗。利用IlluminaMiSeq平臺高通量測序技術(shù)、Biolog-Eco微生物生態(tài)板和典范對應(yīng)相關(guān)分析法(Canonical Correlation Analysis,CCA)從微生物群落多樣性、微生物碳源代謝、微生物酶活性和微生物生物量等更深層次比較了不同施肥下泡桐人工林土壤肥力的差異。論文主要研究結(jié)論如下:(1)確定了土層厚度、坡位和母巖作為影響泡桐人工林立地質(zhì)量的主導(dǎo)因子,篩選了表征泡桐林地土壤質(zhì)量的MDS,劃分了泡桐林地土壤質(zhì)量等級,建立了泡桐林地土壤養(yǎng)分指標(biāo)體系。篩選出的速效磷、速效鉀、有效鎂、有效鋅、有效鈣、有機質(zhì)和過氧化氫酶7個指標(biāo)能夠較好的代表泡桐人工林土壤23個指標(biāo),可以作為表征湖南省泡桐人工林土壤質(zhì)量的MDS。8種不同立地條件泡桐林地土壤質(zhì)量劃分為高(SQI≥0.86)、中(0.60SQI0.86)、低(SQI≤0.60)三個不同的等級,表明泡桐適宜選擇土層深厚,第四紀紅土母質(zhì)發(fā)育的紅壤立地條件下經(jīng)營。SQI與泡桐蓄積量呈顯著正相關(guān)說明土壤質(zhì)量指數(shù)對泡桐人工林土壤管理有顯著生物學(xué)意義。(2)長期施用SF能補充泡桐生長消耗的大量土壤養(yǎng)分,且顯著提高泡桐蓄積量(p0.05),提高土壤肥料貢獻率(p0.05)。NPK中含氮、磷、鉀量雖高于NPKM和SF肥,但不利于土壤化學(xué)指標(biāo)維持,并且蓄積量增長顯著低于SF和NPKM處理(p0.05)。造林第6年,施用SF的蓄積量比NPK、NPKM和CK分別提高了21.83%、9.50%和105.62%。施用SF、NPK和NPKM的肥料貢獻率在泡桐種植6年后分別為56.10%、43.70%和44.00%,且施用SF四年后更利于泡桐蓄積量增長穩(wěn)定。(3)IlluminaMiSeq測序表明,施用SF顯著增加了土壤中細菌豐度,降低了真菌豐度(p0.05),而施用NPK顯著減少土壤中細菌豐度,增加真菌豐度(p0.05)。SF處理的16S rRNA OTUs顯著高于CK、NPK和NPKM處理,分別比CK、NPK和NPKM 處理提高 10.97%、21.96%和 28.23%,NPK 處理 16S rRNAOTUs 顯著低于 CK和SF處理;而SF處理的ITS OTUs顯著低于CK、NPK和NPKM處理,NPK處理ITS OTUs顯著高于NPKM、CK和 SF處理,分別高于NPK1M、CK和SF14.32%,15.39%和 20.32%。(4)結(jié)果表明SF處理下厚壁菌門(Firmicutes)相對豐度高于其它施肥處理,分別比CK、NPK和NPKJM提高了 12.00%、219.00%和75.60%,而NPK處理對厚壁菌門不發(fā)生改變。厚壁菌門可能是泡桐人工林SF處理下的敏感門類,其中芽孢桿菌綱(Bacilli)分別比 CK、NPK 和 NPKM 提高了 126.86%、241.82%和 123.20%,其可能是泡桐林地沃土菌綱。(5)SF較NPK和NPKM更有利于提高土壤微生物酶活性和增加土壤微生物生物量碳、氮、磷。SF處理顯著提高了土壤過氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性(p0.05)。NPK處理過氧化氫酶和酸性磷酸酶含量顯著高于CK(p0.05),而脲酶和蔗糖酶含量顯著低于SF(p0.05)。SF處理對土壤微生物生物量碳和生物量氮提高最為顯著(p0.05),NPK處理對土壤微生物生物量磷提高最為顯著(p0.05)。SF處理下土壤微生物酶活性與土壤微生物碳、氮、磷之間關(guān)系密切,主成分分析結(jié)果表明SF對土壤微生物活性影響最大。(6)SF能顯著提高土壤微生物碳源利用率(p0.05),糖類是泡桐人工林土壤微生物利用的主要碳源。SF處理下土壤微生物碳源利用的平均顏色變化率顯著高于NPK、NPKM和CK處理(p0.05),與NPK相比,SF、CK和NPKM分別提高了 19.66%、11.44%和8.34%。SF處理的Shannon豐度指數(shù)、McIntosh均勻度指數(shù)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)分別比NPK高的2.87%、18.69%和1.05%。盡管不同施肥微生物對6類碳源利用率存在部分差異,但SF處理的氨基酸類、羧酸類、糖類、多胺類和多聚合物類碳源利用率均最高,其中糖類影響最大。(7)結(jié)果表明有效磷和有機質(zhì)是影響泡桐人工林土壤細菌和真菌多樣性的主要指標(biāo)。土壤有機質(zhì)和有效磷與土壤細菌和真菌群落多樣性呈顯著相關(guān)(p0.01)。CCA第一排序軸和第二排序軸共解釋了細菌56.90%的變化,有效磷和有機質(zhì)與細菌CCA1顯著相關(guān)(0.63和0.62);CCA第一排序軸和第二排序軸共解釋了真菌88.20%的變化,有機質(zhì)和有效磷與真菌CCA1顯著相關(guān)(0.68和0.67)。
【學(xué)位單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S714
【部分圖文】：

２．１立地調(diào)查區(qū)與樣地設(shè)置??調(diào)查區(qū)域位于湖南省的中部和北部（２６°５２＇２２＂－２８°３２’３９＂Ｎ?，??１１１°２３＇０６＇－１１３°５１＇５９”Ｅ，圖２．１），處于羅霄山脈、雪峰山脈和南嶺山脈包圍的??盆地中，氣候條件相似。其地處亞熱帶，位于東亞季風(fēng)區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣??候，氣候溫和，四季分明，雨水集中，光熱資源豐富的特點。年平均降水量在??１２００－１７００?ｍｍ之間，年均氣溫１５－１８?°Ｃ，年平均日照１３００－１８００?ｈ，無霜期長達??２６０－３１０?ｄ。氣候年內(nèi)與年際的變化較大，冬寒冷而夏酷熱，春溫多變，春夏多雨，??秋冬干旱［１１５］。??調(diào)查樣地的選取要求林地泡桐品種為白花泡桐（Ｐａｗ／ｏｗｗ／ａｙｂｒｔｉｍｅ／）、未間??伐、面積１?ｈｍ２以上的７－１０年生近熟人工林，共設(shè)置７２塊２０?ｍｘ２０?ｍ樣地（表??２．１）。記錄每塊樣地的坡向、坡度、坡位、母巖類型、土層厚度，使用ＧＰＳ儀??確定每塊樣地的經(jīng)緯度和海拔高度；對標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)泡桐每木調(diào)查樹高和胸徑。??〇?ｓｏ?Ｉ?（Ｍ?ｋｍ?Ｎ??Ｉ?．?’?Ｉｌ＾＊ｅ－Ｅ?．．．ＷＥ?．．ｒｉ－Ｏ－Ｅ?．．３？；＊０？Ｅ?１．４ＷＥ?ｌ．＾ＶＥ??＞??圖２．１湖南省泡桐人工林調(diào)查樣地位置圖??Ｆｉｇ?２．１?Ｐｌｏｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｏ

圖３．１八個不同林分泡桐人工林土壤肥力質(zhì)量指數(shù)（ＳＱＩ）??Ｆｉｇ．?３．１?Ｓｏｉｌ?ｑｕａｌｉｔｙ?ｉｎｄｅｘ?（ＳＱＩ）?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?Ｑ＼ｇｈ＼．?Ｐ．?ｆｏｒｔｕｎｅｉ?ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ?ｔｙｐｅｓ??ＳＯＭ，有機質(zhì)；ＡＰ，有效碟；ＡＫ，速效鉀；ＡＣａ，有效媽；ＡＺｎ，有效鋅；ＡＭｇ，有效鎂；ＣＡＴ，過氧化氫酶。??

泡桐人工林土壤質(zhì)量評價與施肥對土壤微生物特征的影響??（０．７１?±?０．０１?），ＶＩ號人工林（０．６０?±０．０９）?，?ＶＩＩ號人工林（０．５３?±０．０２）和ＶＩＩＩ??號人工林（０．４２?±０．０４，圖３．１）。以７個ＭＤＳ指標(biāo)ＳＱＩ值為縱坐標(biāo)，不同林分泡桐??人工林蓄積量為橫坐標(biāo)作圖，各個ＭＤＳ指標(biāo)ＳＱＩ值所占的比例描述見圖３．１。土壤??肥力質(zhì)量指數(shù)與泡桐蓄積量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，見圖３．２。方程描述如下（方程３．１?）：??ｙ?＝?０．４１９ｘ?－?０．１１６?（ｎ?＝?７２，?Ｒ２?＝?０．１２５，ｐ?＜?０．０５）?（３．１）??其中ｙ表示蓄積量（ｍ３），ｘ表示ＳＱＩ值。??０．３５??ｙ?＝?０．４１９ｘ－０．１１６?▲?＾??ｆ?０３?＝?０．７２５?？?Ｗ??Ｊ?〇－２５?？??°＇２??ｇ！?０１５??１?－??ｏ????０?０．２?０．４?０．６?０．８?１??土壤質(zhì)量指數(shù)??Ｓｏｉｌ?Ｑｕａｌｉｔｙ?Ｉｎｄｅｘ?（ＳＱＩ）??圖３．２?土壤肥力質(zhì)量指數(shù)與蓄積量的關(guān)系??Ｆｉｇ．３．２?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ｓｏｉｌ?ｑｕａｌｉｔｙ?ｉｎｄｅｘ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｂｉｎａｒｙ?ｓｔａｎｄｉｎｇ?ｖｏｌｕｍｅ??３．４?ＳＱＩ分等定級??通過灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)、分層聚類分析對８個泡桐人工林進行分類，表３．６顯示了??灰色關(guān)聯(lián)度矩陣，圖３．３描述８個泡桐人工林分層聚類的結(jié)果，結(jié)果將人工林共分??為高、中、低三等級：其中，Ｉ、ＩＩ和ＩＩＩ號人工林分為高等級林，ＩＶ和Ｖ號人工??林分為中等級林
【參考文獻】

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6 涂佳;申愛榮;吳天樂;吳立潮;吳建平;;配方施肥對泡桐林生長及土壤質(zhì)量的影響[J];湖南林業(yè)科技;2013年01期

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10 曹茂林;;層次分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重及Excel計算[J];江蘇科技信息;2012年02期

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本文編號：2849209