黄土丘陵区枯落物对土壤微生物多样性及碳固定的影响机理

本研究将土壤微生物与土壤有机碳固定的相互作用机制这一科学问题与生态环境建设相结合，针对黄土高原干旱、水土流失严重和生态环境脆弱的现状，在长期定位监测基础上，研究土壤微生物-土壤有机碳二者之间的相互关系。通过野外试验与室内培养相结合的方法，采用磷脂脂肪酸分析（PLFA）、分子生物 （PCR-DGGE）、傅立叶变换红外射线（FTIR）等技术，对黄土丘陵区不同植被自然演替阶段、不同植被恢复年限下，枯落物的数量及性质进行调查和监测，研究植被恢复中枯落物对土壤有机碳固定的贡献；阐明枯落物在分解过程中土壤微生物结构、功能和遗传多样性的动态变化特征；揭示枯落物分解对土壤微生物多样性的影响及土壤有机碳形态转化的过程与机理；丰富黄土丘陵区侵蚀退化生态系统植物、土壤微生物互动作用的生态学意义；为黄土丘陵区侵蚀退化生态系统生物多样性恢复、土壤质量的恢复保育和生态系统重建提供科学依据。

本研究选取典型植物枯落物（百里香、长芒草、铁杆蒿地上和地下部分）为实验材料，，采用野外分解袋法和室内分解培养法相结合的方法模拟枯落物的分解过程，分析枯落物分解过程中数量及质量的变化特征，探索枯落物分解过程中土壤有机碳、氮含量及微生物转化机制，以期阐明枯落物分解对土壤有机碳固定的作用机理，为植被恢复中生态服务功能提升的及植被后续管理提供科学依据。主要研究结论如下：.（1）野外模拟条件下，枯落物有机C遵循春夏秋季释放，冬季积累的淋溶—富集—释放模式。随着分解年限的增加，释放和积累效应逐渐变缓。.（2）土壤碳、氮因子受环境中水热条件影响较大。枯落叶对土壤有机碳和全氮的影响均表现为：铁杆蒿>百里香>长芒草。枯落物分解过程中，分解前期表现为土壤氮素累积，分解后期则主要表现为有机碳累积。.（3）土壤微生物量和酶活性对枯落物的分解的响应更为敏感，野外模拟三种植物枯落叶和根的分解均能显著提高土壤微生物碳、氮含量和土壤蔗糖酶、脲酶及硝酸还原酶活性，枯落物对土壤生物学性质的提高主要表现在土壤表层。土壤酶活性对枯落物响应敏感，却“滞后”于微生物量的变化。枯落物的分解对土壤微生物量和酶活性的显著提高证明了其在维持土壤生态功能中发挥着重要的作用。.（4）三种植物枯落叶处理土壤总PLFAs、细菌PLFAs、革兰氏阳性细菌PLFAs、革兰氏阴性细菌PLFAs均依次呈现减小、增加、再减小的变化趋势；真菌则呈现随培养时间的延长而减小的变化趋势。.（5）表面覆盖枯落叶对土壤细菌和真菌的增加是阶段性的，主要在培养前中期，即28-56天之间土壤微生物处于不断调整的阶段，此时段枯落叶的覆盖可以改变土壤微生物群落结构，土壤真菌和革兰氏阳性细菌的繁殖，促使土壤群落结构得以改变，增加了土壤微生物群落多样性。.（6）野外模拟过程中枯落物-土壤之间碳、氮转化过程证实了植被恢复过程中土壤有机碳和氮的增加源于枯落物的分解。草地枯落叶和根的分解均可以促进土壤有机碳的积累，但需要较长时间，对土壤全氮的提高相对较小，可以显著增加土壤硝态氮含量，但硝态氮的增加是否会引起氮素淋失还需要继续研究。.课题执行期间，发表SCI 10篇，中文核心期刊32篇，获得宁夏科技进步一等奖1项，参编专著2部。作国际会议分会场报告4次，国内学术会议分会场报告4次。培养博士研究生2名，硕士8名。主持人入选教育部新世纪优秀人才计划。