水位管理对恢复泥炭地土壤微生物酶活性及群落结构的影响机制研究

作     者：赵婧 

作者单位：东北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李鸿凯;王铭

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 0713[理学-生态学] 

主      题：泥炭地恢复 水位管理 土壤微生物量 土壤酶活性 土壤微生物群落结构 

摘      要：泥炭地是陆地生态系统重要的碳储存库,在全球碳循环中扮演着重要角色。20世纪50年代以来,高强度的人类农业活动已使全球泥炭地面积锐减,生态功能遭受严重威胁。因此,退化泥炭地的生态恢复工作亟待开展。泥炭地水文条件影响其生物地球化学循环,控制和维持着泥炭地生态系统的结构和功能。采取适宜的水位管理进行泥炭地水文恢复是泥炭地生态功能快速恢复的关键。土壤微生物是土壤中最活跃的组分,其对土壤水分条件的变化十分敏感,被认为是评价土壤质量最具潜力的指标。然而,目前关于不同水位管理对恢复泥炭地土壤微生物特性的影响研究还十分有限。本研究以长白山区不同水位管理(低水位、高低水位循环、高水位)恢复泥炭地为研究对象,通过野外采样和实验室分析,揭示了不同水位管理下恢复泥炭地土壤理化性质差异,分析了不同水位管理对恢复泥炭地土壤微生物酶活性及群落结构的影响,探究不同水位管理对恢复泥炭地土壤微生物特性的影响机制,为我国退化泥炭地的生态恢复提供重要参考依据。本研究的主要结论如下:(1)研究区土壤含水量(SWC)、有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、总氮(TN)和可溶性有机氮(DON)含量表现为天然泥炭地恢复泥炭地退化泥炭地;p H和总磷(TP)含量表现为退化泥炭地恢复泥炭地天然泥炭地;铵态氮(NH-N)含量表现为恢复泥炭地退化泥炭地天然泥炭地。不同水位管理对恢复泥炭地土壤理化性质存在显著影响,高低水位循环及高水位恢复区SWC、p H、SOC、DOC、TN、NH-N和DON含量显著高于低水位恢复区(p恢复泥炭地退化泥炭地;2种氧化酶(多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(PER))活性表现为恢复泥炭地退化泥炭地天然泥炭地。不同水位管理对恢复泥炭地土壤酶活性存在显著影响,低水位及高低水位循环恢复区3种水解酶活性显著高于高水位恢复区(p0.05)。(3)研究区土壤微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)含量表现为天然泥炭地恢复泥炭地退化泥炭地。不同水位管理对恢复泥炭地土壤MBC、MBN含量影响显著,低水位恢复区土壤MBC和MBN含量显著高于高低水位循环及高水位恢复区(p恢复泥炭地(低水位)退化泥炭地。恢复泥炭地不同水位管理恢复区土壤各类型PLFA含量存在显著差异,低水位恢复区土壤各类型PLFA含量显著高于高低水位循环及高水位恢复区(p0.05)。同时,水位管理影响了土壤各类型PLFA在总PLFA中所占的比重,总体上,降低了土壤细菌PLFA、真菌PLFA占总PLFA的比重,但升高了土壤放线菌PLFA和革兰氏阴性菌PLFA占总PLFA的比重,且均逐渐接近天然泥炭地各类型PLFA占总PLFA的比重。(5)相关分析及RDA分析表明,土壤酶活性、MBC、MBN、微生物群落结构与水位(WL)及土壤理化性质关系密切,其中WL、SWC和NH-N是影响土壤酶活性的主控因子,TP和WL是影响土壤MBC、MBN含量的主控因子,WL和NH-N是影响土壤微生物群落结构的主控因子。综上分析,对退化泥炭地施以不同水位管理显著影响了土壤理化性质、酶活性、微生物量及微生物群落结构。其中,较低的水位环境显著增加了土壤酶活性、MBC、MBN和土壤各类型PLFA含量,而较高的水位环境能有效提高土壤碳、氮、磷等养分元素含量。由此可以说明,通过对退化泥炭地实施适宜的水位管理可改变营养物质的可利用性,进而对恢复泥炭地土壤微生物量、酶活性和微生物群落结构产生影响。因此,在恢复初期应选择低水位管理对泥炭地进行恢复,从而最有利于土壤微生物生长代谢及优势植被群落的建立,在恢复后期选择高水位管理对泥炭地进行恢复,利于提高土壤养分含量和控制非目标物种生长,进而提升土壤的土壤碳“汇功能,加速泥炭地生态系统功能的恢复。