南亚热带典型人工纯林土壤细菌群落结构及多样性研究

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土壤细菌在森林生态系统中具有至关重要生态功能,但目前关于人工纯林的土壤细菌群落结构及多样性还未得到关注。本文采用Illumina MiSeq高通量测序技术对土壤细菌16S rDNA V4-V5可变区进行测序,结合相关生物信息学分析,探讨了南亚热带地区5种典型乡土树种人工纯林(红椎(Castanopsis hystrix)、米老排(Mytilaria laosensis)、火力楠(Michelia macclurei)、山白兰(Paramichelia bailonii)和马尾松(Pinus massoniana))和外来速生桉树(Eucalyptus))人工林土壤表层(0-20cm)与底层(20-40cm)的细菌群落组成及其相对丰度、以及多样性特征,同时探究了影响这些变化的主要土壤理化性质因子。研究结果对评估土壤细菌在不同树种人工纯林生态系统土壤肥力调节、碳氮磷循环等具有参考价值。研究主要结论有:  (1)6种林分土壤表层与底层共有已定义细菌类群20门34纲48目82科131属,其中优势细菌门为酸杆菌门(Acidobacteria)(36%~53%)、变形菌门(Proteobacteria)(20%~30%)、绿弯菌门(Chioroflexi)(2.9%~15%)和放线菌门(Actinobacteria)(4.5%~11%)。在土壤表层与底层均有桉树林的酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)相对丰度低于5种乡土树种人工纯林的趋势,而其绿弯菌门(Chioroflexi)的相对丰度却高于5种乡土树种人工纯林,但各土层影响不同优势菌门相对丰度在不同人工纯林之间差异的土壤理化性质指标不尽相同。同时发现土层之间对人工纯林细菌群落组成及其相对丰度的影响小于不同树种人工纯林之间。  (2)相同土层不同林分而言,有桉树林细菌群落Alpha多样性高于5种乡土树种人工纯林的趋势,其影响因素主要是土壤含水量、pH、C/N、硝态氮含量和速效磷含量。  (3)相同林分不同土层来说,6种人工纯林土壤细菌群落Alpha多样性大小在不同土层间的表现不全一致,其影响主要因素有土壤含水量、C/N、硝态氮以及速效磷含量,其中土壤含水量对土壤细菌丰富度有显著性正相关(P<0.05),土壤C/N对土壤细菌Simpson指数有显著性负相关(P<0.05),土壤硝态氮和速效磷含量均对土壤细菌丰富度有显著性负相关(P<0.05)。同时发现土层之间对人工纯林细菌群落Alpha多样性的影响小于不同树种人工纯林之间。  (4)在基于物种分类的Beta多样性和基于系统发育的Beta多样性分析发现,桉树林土壤表层与底层样品聚类为一类,而5种乡土树种人工林的土壤表层与底层样品另聚类为一类,表明桉树林的土壤细菌群落结构与5种乡土树种人工林存在明显差异。
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