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题名: 土壤生物功能稳定性的理论探讨和案例研究
作者: 邓欢
学位类别: 博士
答辩日期: 2010
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 朱永官
关键词: 胁迫 ; 抵抗力 ; 恢复力 ; 多样性
中文摘要:       土壤生态系统稳定性主要通过抵抗力和恢复力进行评价。其中,抵抗力是指系统抵抗胁迫,自身不发生变化的能力;恢复力是指系统受到胁迫之后恢复到原有状态的能力。由于土壤生态系统稳定性的研究起步较晚,许多基本问题还没有完全弄清楚,主要包括:1)稳定性有哪些主要影响因素以及这些因素的影响机制是什么?2)抵抗和恢复过程中微生物群落是怎样变化的?3)生物多样性与稳定性之间是怎样的关系? 对于第一个问题,论文第二章研究方法和结论如下:通过研究铜污染土壤对铜胁迫的抵抗力和恢复力,我们发现长期污染土壤对400 mgkg-1铜胁迫的抵抗力好于未污染土壤,磷脂脂肪酸(PLFA)图谱显示污染土壤中革兰氏阴性细菌的比例大于未污染土壤,表明污染土壤可能形成耐性群落。但当施加800 mg kg-1胁迫时,污染土壤的抵抗力却弱于未污染土壤,检测发现酸性铜溶液作为胁迫加入污染土壤导致活性铜离子强度([Cu2+])急剧上升。表明[Cu2+]也是影响稳定性的主要因素。另外,普通指标(微生物生物量,底物诱导呼吸和16S rRNA基因拷贝数)比特殊指标(潜硝化势和amoA基因拷贝数)具有更好的恢复力,这可能是因为执行普通功能的微生物群落多样性更高,从而有更多的冗余种来维持稳定性。铜胁迫之后革兰氏阴性细菌比例增加以及[Cu2+]减少说明土壤中形成的耐性群落以及铜的老化是促使微生物恢复的原因。PLFA图谱还显示微生物群落结构明显受到[Cu2+]的影响,另外,土壤微生物群落结构在实验室条件下培养40天之后发生了改变。 对于第二个问题,论文第三章研究方法和主要结论如下:以甲烷氧化速率为指标,研究了甲烷氧化细菌群落对芘污染的抵抗力和恢复力,并采用克隆测序的方法研究了抵抗和恢复过程中甲烷氧化细菌组成的变化。另外,还研究了芘浓度与甲烷氧化功能、甲烷氧化细菌多样性和群落结构的剂量-效应关系。结果显示,甲烷氧化速率在芘浓度为10 mg kg− 1的处理中显著降低且使得甲烷氧化速率降低50%的芘浓度(EC50)为22mg kg− 1;甲烷氧化细菌多样性在芘浓度为200和500 mg kg− 1的处理中显著降低;甲烷氧化细菌群落结构在芘浓度为100,200和500 mg kg− 1的处理中与对照有明显分异。向土壤中施加22 mg kg− 1和500 mg kg− 1芘胁迫后发现,甲烷氧化功能对两种浓度芘胁迫既不能抵抗也不能恢复,但低浓度芘胁迫下甲烷氧化功能有所恢复。测序结果显示,在未施加胁迫的对照中检出5个OTU。OTU数量在22 mg kg− 1芘胁迫1天后增加。胁迫40天之后,所有处理的OTU数量减少,表明低污染能提高微生物多样性,而实验室培养则会降低微生物多样性。其中500 mg kg− 1芘胁迫处理只检出1个OTU,属于甲基暖菌属。 对于第三个问题,论文第四章主要内容如下:多样性-稳定性(Diversity-Stability, D-S)关系是现代生态学研究的重要课题。从已有的结果来看,有的显示土壤微生物多样性与稳定性成正相关关系,而有的则显示二者无相关关系。在本文中,我们分析了造成微生物D-S关系结论不确定的因素, 包括微生物多样性的检测方法、稳定性的计算方法、功能指标的特征、胁迫类型和强度,以及在获取多样性水平过程中产生的隐含的处理。我们提出在将来的研究当中,要把微生物多样性与土壤环境信息结合起来考虑,而不是将多样性作为影响稳定性的独立因素。我们还建议研究时间稳定性、考虑更多层次的多样性、研究更广泛的功能指标、并进行长期的田间的D-S实验、了解微生物群落营养级之间关系以及关键种对于维持稳定性的作用。
英文摘要:
      Ecosystem stability is referred to as system’s dynamic stability and the system’s ability to defy change. The ability to defy change of soil ecosystem is assessed by resistance and resilience. Resistance is defined as the ability of the soil to withstand the immediate effects of perturbation and resilience is defined as the ability to recover from perturbation. Resistance and resilience of soil ecosystem can be used as an indicator for assessment of soil quality, and also can be used to study dynamic process of soil ecosystem following disturbances. Studies on resistance and resilience of soil ecosystem are reviewed in introduction. Since studies on soil ecosystem stability started late, many questions are not resolved yet, including: (1) which factors influence stability and how do they work? (2) How does microbial community shift in the process of resistance and resilience? (3) What’s the relationship between microbial diversity and functional stability?
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/35050
Appears in Collections:中澳联合土壤环境研究室_学位论文

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土壤生物功能稳定性的理论探讨和案例研究.pdf(2000KB)学位论文--限制开放 联系获取全文

Recommended Citation:
邓欢. 土壤生物功能稳定性的理论探讨和案例研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010.
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