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短花针茅荒漠草原土壤有机磷组分及其矿化对放牧强度的响应

短花针茅荒漠草原土壤有机磷组分及其矿化对放牧强度的响应

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作者：张育涵内蒙古农业大学

学位级别：硕士

放牧是目前草地利用最为普遍的形式,但放牧强度对土壤有机磷矿化的影响及微生物机制尚未明确。通过在内蒙古短花针茅荒漠草原进行长期定位放牧实验,本研究采用Bowman-Cole磷分级体系比较不同放牧强度下土壤有机磷组分含量及矿化速率的差... 详细信息

放牧是目前草地利用最为普遍的形式,但放牧强度对土壤有机磷矿化的影响及微生物机制尚未明确。通过在内蒙古短花针茅荒漠草原进行长期定位放牧实验,本研究采用Bowman-Cole磷分级体系比较不同放牧强度下土壤有机磷组分含量及矿化速率的差异,采用定量微生物元素循环(QMEC)技术测定微生物磷转化基因丰度,明确其对不同放牧强度的响应及其与土壤理化性质的关系,进而揭示土壤有机磷组分及其矿化速率对放牧强度的响应机制。主要研究结论如下:(1)不同放牧强度下土壤总磷(TP)含量保持相对稳定,但不同有机磷组分发生明显变化。与不放牧处理(CK)相比,放牧处理下活性有机磷(LOP)平均含量增加29.2～40.0%,中活性有机磷(MLOP)平均含量减少18.6～37.0%,稳性有机磷(NOP)含量基本稳定。荒漠草地生态系统可利用磷资源匮乏,放牧促进土壤有机磷组分中由NOP到MLOP再到LOP的转化,进而加速有机磷的矿化。(2)不同放牧强度对有机磷矿化的影响存在季节差异。在生长季初,放牧促进LOP的矿化而抑制MLOP的矿化,生长季末轻度放牧处理促进MLOP的矿化,而在生长季初和季末放牧对NOP及其矿化均无显著影响。(3)影响土壤有机磷各组分之间的转化以及矿化速率的主要因素是土壤理化性质,其中土壤全碳含量及碳氮比(C/N)与TP含量均呈显著正相关,表明在天然草地生态系统中,可通过提高碳底物浓度缓解放牧导致的磷资源短缺,从而维持草地生态功能的可持续利用。(4)放牧显著降低了荒漠草原微生物磷转化基因绝对丰度,但随着放牧强度增加磷转化基因绝对丰度呈逐渐增加趋势。放牧主要通过影响有机磷矿化、无机磷溶解和水解过程来影响土壤磷循环。土壤温度、C/N和p H值与磷转化功能基因有较强的相关性:p H值与所有磷转化功能基因绝对丰度均呈负相关关系,而土壤温度、C/N与所有磷转化功能基因绝对丰度均呈正相关关系,且C/N与ppk、ppx基因绝对丰度的相关性达显著水平(P磷转化功能基因绝对丰度与有机磷矿化相关性存在季节差异。在生长季初,pqq C、pho D基因绝对丰度与总有机磷矿化速率、MLOP均呈显著正相关,而在生长季末,bpp、ppx基因绝对丰度与总有机磷矿化速率、MLOP矿化速率则呈显著负相关。冗余分析结果显示,土壤p H值与C/N是影响磷转化功能基因绝对丰度的主要环境因子,磷组分中的MLOP含量及其矿化、总有机磷矿化与磷循环功能基因丰度存在显著相关性。综上所述,荒漠草原长期放牧导致土壤理化性质、微生物磷转化基因的改变是调控土壤有机磷及其组分变化的主要原因。土壤磷矿化是有机磷转化的重要特征,放牧强度对有机磷矿化的影响存在季节差异,但不同放牧强度下的驱动机制不同。

关键词：荒漠草原放牧强度有机磷组分矿化速率土壤碳氮比微生物磷转化功能基因

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