秦岭太白山土壤胞外酶活性和碳水化合物酶基因对海拔梯度的响应

作     者：马寰菲 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵发珠

授予年度：2021年

学科分类：083001[工学-环境科学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：秦岭海拔梯度 胞外酶 元素利用效率 微生物养分限制 宏基因组测 

摘      要：森林土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,其发生微小的变化都会对大气CO含量和全球碳平衡产生深远影响。土壤胞外酶作为森林土壤碳库分解的重要驱动力,在土壤养分循环和能量流动中起着重要作用。而海拔梯度变化引起环境因子和土壤基质的差异,直接或间接调控土壤胞外酶活性变化。在此背景下,本研究以秦岭太白山1503 m、1915 m、2451 m、2753 m和3182 m的土壤为研究对象,通过测定土壤胞外酶活性、土壤理化性质、微生物量等指标,结合生态化学计量理论和宏基因组学技术,揭示土壤胞外酶及酶化学计量沿海拔梯度变化的调控因子,探索微生物应对化学计量失衡和营养限制的对策,阐明海拔梯度上功能微生物类群对微生物源碳的分解机制。取得以下主要结论:(1)研究区域(1503-3182 m)内,土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)、纤维二糖水解酶(CBH)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP)、多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(PER)沿海拔梯度上升整体呈现出波动升高的趋势,均在海拔3182 m处酶活性最高,总体表现出中低海拔酶活性较低,高海拔酶活性较高。此外,土壤含水率、有机碳、全氮、总磷、可溶性有机磷、可溶性有机碳分别解释土壤胞外酶活性和酶计量比变异的61.2%、60.2%、57%、51.3%、39.6%、39.6%。(2)研究区域内,土壤微生物量沿海拔的变化与有机质含量变化趋势基本一致,均随着海拔的上升而升高。5个海拔土壤微生物群落在C:N和C:P水平上均处于稳态,土壤微生物群落均具有较高的氮利用率(NUE)和磷利用率(PUE)。土壤微生物通过调整胞外酶活性和酶化学计量比值以及通过调节元素利用效率以适应化学计量失衡。(3)土壤糖苷水解酶家族(GHs)和辅助氧化酶家族(AAs)丰度沿海拔梯度上升呈下降的变化趋势,细菌群落在微生物源碳分解中起着主要作用。此外,土壤可利用底物(土壤有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮)沿海拔梯度诱导了分解微生物源碳的微生物的变化。