黃河三角洲刺槐白蠟混交對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響

黃雅麗,田　琪,秦光華,安　然,馬風(fēng)云,*,敬如巖,陳博杰

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室,泰安　271018 2 山東省林業(yè)科學(xué)研究院，濟(jì)南　250014

土壤微生物是維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1],是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程的重要參與者與推動(dòng)者,在形成土壤結(jié)構(gòu)、降解土壤有害物質(zhì)、提高植物養(yǎng)分等方面發(fā)揮著重要作用[2]。細(xì)菌是土壤微生物中種類(lèi)最豐富、分布最廣泛的類(lèi)群,在促進(jìn)土壤有機(jī)殘?bào)w的分解及土壤潛在養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,提高土壤肥力等方面扮演著重要角色[3- 4]。土壤細(xì)菌群落多樣性是反映土壤質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)[5- 6]。因此,在森林生態(tài)系統(tǒng)中,通過(guò)對(duì)土壤中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性進(jìn)行研究,有利于探討土壤、植物和細(xì)菌三者之間的相互關(guān)系[7]。

傳統(tǒng)的研究土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性的方法有稀釋平板法、Biolog微平板法。這些技術(shù)操作步驟繁雜、實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、成本高、實(shí)驗(yàn)檢測(cè)性低,不能很好的了解細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性特點(diǎn)。高通量測(cè)序技術(shù)又稱新一代測(cè)序技術(shù),該測(cè)序技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)序技術(shù)而言,具有極大的優(yōu)勢(shì),主要具有測(cè)序通量高、實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)化、速度快、準(zhǔn)確率高等特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果更能全面的反應(yīng)環(huán)境中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)[8- 10]。近年來(lái),隨著高通量測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對(duì)土壤中微生物區(qū)系的研究日漸深入[11],這對(duì)進(jìn)一步分析且高效、全面的認(rèn)識(shí)土壤微生物提供了可能。

黃河三角洲地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型獨(dú)特,屬于典型的鹽堿化地區(qū),生態(tài)環(huán)境脆弱,嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。為改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,黃河三角洲地區(qū)20世紀(jì)八十年代開(kāi)始營(yíng)建大面積的人工林[12]。該區(qū)人工林營(yíng)建多選擇具有耐鹽性的樹(shù)種,如刺槐(Robiniapseudoacacia)、白蠟(Fraxinusvelutina)、榆樹(shù)(Ulmuspumila)、臭椿(Ailanthusaltissima)等。近年來(lái)學(xué)者對(duì)該地區(qū)人工林的碳儲(chǔ)量、生態(tài)效應(yīng)、造林技術(shù)與經(jīng)營(yíng)管理模式等進(jìn)行了大量研究。但對(duì)人工林土壤微生物群落研究的內(nèi)容仍然較少。本研究通過(guò)應(yīng)用Illmina Hiseq高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)黃河三角洲刺槐純林、白蠟純林與刺槐白蠟混交林的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性等方面進(jìn)行研究,對(duì)比分析刺槐白蠟混交對(duì)人工林土壤細(xì)菌群落的影響,以期為黃河三角洲人工林的栽培管理及地力維護(hù)提供參考。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)域與樣地概況

研究地點(diǎn)位于山東省東營(yíng)市河口區(qū)(118°53′27″—118°55′41″E,37°59′14″—37°88′23″N)。東、北兩側(cè)臨渤海,屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,年均氣溫12.94℃,全年最熱月7月,月均氣溫29.2℃,最冷月1月,月均氣溫4.4℃。年均無(wú)霜期為234 d,凍土期為44 d。全年降水分布不均,夏季降水占全年降水量的69.25%,冬季僅占全年的2.46%,年均降水量為690.6 mm。年均日照時(shí)間約為2728.5 h,年相對(duì)濕度平均為65%。土壤類(lèi)型主要為濱海鹽土類(lèi)、潮土類(lèi)等[13],以NaCl為主,土壤表層鹽分含量為0.4%—3.0%,土壤質(zhì)地粘重,表現(xiàn)耕層板結(jié),透氣性差,肥力低。該區(qū)主要造林樹(shù)種有刺槐、白蠟、楊樹(shù)(Populs)、榆樹(shù)、臭椿、國(guó)槐(Sophorajaponica)等。樹(shù)下植被為狗牙根(Cynodondactylon)、飛蓬(Erigeronacer)、藜(Chenopodiumalbum)、牽牛(Pharbitisnil)等。

本文人工林研究選取黃河三角洲刺槐純林、白蠟純林與刺槐白蠟混交林3種人工林林型樣地,其基本情況見(jiàn)表1。

1.2　樣品采集與處理

1.2.1取樣方法

試驗(yàn)始于2016年11月,分別設(shè)置面積為20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)樣地各3塊。取樣時(shí)在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)呈梅花形分布設(shè)5個(gè)取樣點(diǎn)。去除表面雜草和浮土,挖取5—20 cm土層中的土壤,去除可見(jiàn)根后作為試驗(yàn)土樣[14],同一樣地土樣充分混合。實(shí)驗(yàn)共取回土樣9份,將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地土樣分為兩部分,一部分土樣過(guò)0.20 mm篩,用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)；一部分裝入已消毒的密封塑料袋中,液氮保存待測(cè)。

表1　林木生長(zhǎng)狀況

1.2.2土壤理化性質(zhì)測(cè)定

土壤理化性質(zhì)測(cè)定采用常規(guī)方法：土壤含水量采用環(huán)刀法；土壤pH采用電位法(水土比為1∶2.5)；土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法(水土比為1∶5)；有機(jī)質(zhì)(organic matter, SOM)測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；速效氮(available nitrogen, AN)測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；速效磷(available phosphorus, AP) 測(cè)定采用浸提鉬銻抗比色法；速效鉀(available K, AK)測(cè)定采用火焰光度法[12]。

1.2.3土壤微生物DNA提取、測(cè)序

土壤樣本基因組DNA應(yīng)用CTAB方法[15]提取,采用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)DNA的純度和濃度,瓊脂糖凝膠檢測(cè)DNA樣品的完整性,取適量的樣品于離心管中,使用雙蒸水(ddH2O)稀釋樣品至1 ng/μL；之后PCR擴(kuò)增采用16S V4區(qū)引物515F- 806R；等濃度PCR產(chǎn)物混樣,用2%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),使用Thermo Scientific公司的GeneJET膠回收試劑盒回收產(chǎn)物對(duì)純化產(chǎn)物進(jìn)行回收。使用New England Biolabs公司的NEB Next? UltraTMDNA Library Prep Kit for Illumina建庫(kù)試劑盒進(jìn)行文庫(kù)的構(gòu)建,之后經(jīng)過(guò)Qubit定量和文庫(kù)檢測(cè),合格后,使用MiSeq進(jìn)行上機(jī)測(cè)序。

1.2.4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理與分析

首先根據(jù)Barcode序列將Illumina MiSeq/HiSeq測(cè)序得到的下機(jī)數(shù)據(jù)(Raw Data)拆分為不同樣品數(shù)據(jù),截去Barcode序列和PCR擴(kuò)增引物序列；使用FLASH將拆分的數(shù)據(jù)對(duì)每個(gè)樣品的reads進(jìn)行拼接,得到的拼接序列為原始Tags數(shù)據(jù)(Raw Tags),經(jīng)更嚴(yán)格的過(guò)濾處理,得到高質(zhì)量的Tags數(shù)據(jù)(Clean Tags)。Raw Tags從連續(xù)低質(zhì)量值(默認(rèn)質(zhì)量閾值為≤3)堿基數(shù)達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度(默認(rèn)長(zhǎng)度值為3)的第一個(gè)低質(zhì)量堿基位點(diǎn)截?cái)啵籘ags經(jīng)過(guò)截取后得到的Tags數(shù)據(jù)集,進(jìn)一步過(guò)濾掉其中連續(xù)高質(zhì)量堿基長(zhǎng)度小于Tags長(zhǎng)度75%的Tags；經(jīng)過(guò)以上處理后得到的Tags序列與數(shù)據(jù)庫(kù)(Gold database)進(jìn)行比對(duì)[16],檢測(cè)嵌合體序列,并最終去除其中的嵌合體序列,得到最終的有效數(shù)據(jù)(Effective Tags)。

1.2.5物種注釋與豐度計(jì)算

用Uparse軟件根據(jù)序列相似性進(jìn)行聚類(lèi)對(duì)所有樣品的全部Effective Tags序列進(jìn)行聚類(lèi),選擇97%作為相似性閥值將序列聚類(lèi)成為OTUs,得到操作分類(lèi)單(operationaltaxonomic unit, OTU)。Uparse構(gòu)建OTUs時(shí)選取代表性序列(依據(jù)其算法原則,篩選的是OTUs中出現(xiàn)頻數(shù)最高的序列),將代表性序列集合用RDP Classifier與GreenGene數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行物種注釋分析,并結(jié)合物種組成信息結(jié)果,得到每個(gè)物種在該樣品中的豐度[17]。

1.2.6多樣性計(jì)算

選取相似度在97%條件下的OTU生成預(yù)期的稀釋曲線,并應(yīng)用軟件QIIME(Version 1.7.0)計(jì)算樣品的多樣性指標(biāo),包括物種數(shù)、Chao1指數(shù)、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)。應(yīng)用SPSS 22.0軟件采用單因素方差分析(ANOVA)[18]得到各處理間數(shù)據(jù)相關(guān)性及細(xì)菌豐度差異,Duncan法檢測(cè)差異顯著性,顯著差異水平P<0.05,極顯著差異水平P<0.01。

2　結(jié)果與分析

2.1　測(cè)序數(shù)據(jù)分析

圖1　細(xì)菌稀釋曲線分析Fig.1　Rarefaction curve analysis of OTUs　CH：刺槐純林,Robinia pseudoacacia platation；BL：白蠟純林,Fraxinus velutina platations；FBC：刺槐白蠟混交林,Mixed forest of Robinia and Fraxinus

通過(guò)高通量測(cè)序,刺槐純林、白蠟純林、刺槐白蠟混交林3個(gè)樣品原始序列條數(shù)分別為31281、23281、54813,過(guò)濾掉低質(zhì)量的序列后,有效序列分別為30964、23146、53607。將這些序列在97%相似度聚類(lèi)為用于物種分類(lèi)的OTU,通過(guò)隨機(jī)抽樣的方法,以抽到的序列數(shù)與它們所代表的OTU數(shù)目構(gòu)建稀釋性曲線。從圖1可知,OTU數(shù)均隨序列的增加而增大,不同林分之間表現(xiàn)為刺槐白蠟混交林>刺槐純林>白蠟純林,且差異顯著。隨OTU數(shù)的增大,3種林分細(xì)菌稀釋曲線均基本趨于平緩,但仍未達(dá)到飽和,說(shuō)明測(cè)序數(shù)據(jù)量漸進(jìn)合理,更多的測(cè)序數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)現(xiàn)新的OTU貢獻(xiàn)率較小。

2.2　細(xì)菌多樣性分析

分析表2得知,刺槐白蠟混交林土壤中細(xì)菌物種數(shù)、Chao1指數(shù)、Shannon指數(shù)分別為1934.5、2629.1、9.1,顯著高于刺槐純林、白蠟純林土壤,刺槐純林土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)分別為混交林的91.48%、96.86%、95.84%；白蠟純林土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)分別為混交林的81.23%、68.62%、91.46%；混交林土壤細(xì)菌各多樣性指數(shù)與刺槐純林、白蠟純林間均達(dá)顯著差異水平(P>0.05)。

表2　各樣地細(xì)菌群落的多樣性分析

CH：刺槐純林,Robiniapseudoacaciaplatation；BL：白蠟純林,Fraxinusvelutinaplatations；FBC：刺槐白蠟混交林,Mixed forest ofRobiniaandFraxinus;不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

2.3　土壤細(xì)菌群落相對(duì)豐度分析

從門(mén)水平上看,如圖2所示,在刺槐白蠟混交林與兩種純林土壤中共檢測(cè)36門(mén)細(xì)菌,其中刺槐白蠟混交林、刺槐純林、白蠟純林土壤分別檢測(cè)出29、25、26門(mén)。酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)、變形菌門(mén)(Proteobacteria)、放線菌門(mén)(Actinobacteria)、硝化螺旋菌門(mén)(Nitrospirae)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)、芽單胞菌門(mén)(Gemmatimonadetes)、疣微菌門(mén)(Verrucomicrobia)8門(mén)細(xì)菌在刺槐白蠟混交林與兩種純林土壤中相對(duì)豐度均超過(guò)1%,為主要細(xì)菌群落。其中,白蠟純林、刺槐白蠟混交林土壤優(yōu)勢(shì)菌群(群落豐度>10%為優(yōu)勢(shì)菌群)分別為酸桿菌門(mén)、變形菌門(mén)、放線菌門(mén),刺槐純林土壤優(yōu)勢(shì)菌群有酸桿菌門(mén)、變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、硝化螺旋菌門(mén)4門(mén)菌群。酸桿菌門(mén)細(xì)菌在刺槐白蠟混交林土壤中相對(duì)豐度為28.72%,顯著高于刺槐純林土壤中相對(duì)豐度,但顯著低于白蠟純林土壤中相對(duì)豐度。變形菌門(mén)細(xì)菌在刺槐白蠟混交林土壤中相對(duì)豐度為24.40%,顯著高于白蠟純林土壤中相對(duì)豐度,但顯著低于刺槐純林土壤中相對(duì)豐度。放線菌門(mén)細(xì)菌在混交林土壤中相對(duì)豐度顯著高于兩個(gè)純林。硝化螺旋菌門(mén)僅在刺槐純林中為優(yōu)勢(shì)群落,相對(duì)豐度達(dá)11.85%,在刺槐白蠟混交林與白蠟純林土壤中相對(duì)豐度分別僅為4.76%、8.68%。綠彎菌門(mén)、浮霉菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)、疣微菌門(mén)4門(mén)主要細(xì)菌在刺槐白蠟混交林及兩種純林土壤中相對(duì)豐度介于1.20%—7.77%,差異顯著(p>0.05)。另外,刺槐白蠟混交林土壤中含有1門(mén)獨(dú)特的細(xì)菌WPS- 2。

圖2　門(mén)水平土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)Fig.2　Soil bacterial community at the phylum levelsAcidobacteria：酸桿菌門(mén),Proteobacteria：變形菌門(mén),Actinobacteria：放線菌門(mén),Nitrospirae：硝化螺旋菌門(mén),Chloroflexi：綠彎菌門(mén),Planctomycetes：浮霉菌門(mén),Gemmatimonadetes：芽單胞菌門(mén),Verrucomicrobia：疣微菌門(mén),Bacteroidetes：擬桿菌門(mén), Armatimonadetes：裝甲菌門(mén),Cyanobacteria：藍(lán)細(xì)菌門(mén),Crenarchaeota：泉古菌門(mén),Euryarchaeota：古生菌門(mén), Firmicutes：厚壁菌門(mén),Chlorobi：綠菌門(mén),Elusimicrobia：迷蹤菌門(mén),Fibrobacteres：纖維桿菌門(mén),Fusobacteria：梭桿菌門(mén),Caldithrix：藍(lán)藻門(mén),Tenericutes：柔膜菌門(mén),(WS3,TM7,WYO,BRC1,NKB19,Thermi,SBR1093,GAL15,OP3,WS2,OD1,TM6,PAUC34F,NC10,WPS- 2)：未 定 菌,Others：其他

2.4　土壤理化性質(zhì)

表3中看出,刺槐白蠟混交林土壤含水量最高,刺槐純林、白蠟純林土壤含水量分別為混交林土壤的76.1%、68.1%；電導(dǎo)率以刺槐白蠟混交林土壤最低,與刺槐純林、白蠟純林土壤差異顯著,兩純林土壤之間差異不顯著。混交林與兩種純林土壤pH之間無(wú)顯著差異且均呈堿性狀態(tài)。刺槐白蠟混交林土壤有效磷含量為2.7 mg/kg,顯著高于白蠟純林土壤,但顯著低于刺槐純林土壤。混交林土壤速效鉀含量為208 mg/kg,顯著低于白蠟純林土壤,與刺槐純林土壤差異不顯著。堿解氮含量以刺槐白蠟混交林土壤最低,為37.1 mg/kg,與刺槐純林、白蠟純林土壤差異顯著(P<0.05)。刺槐白蠟混交林土壤有機(jī)質(zhì)含量仍最低,為33.6 g/kg,顯著低于兩種純林土壤,刺槐純林、白蠟純林土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為混交林土壤的1.01倍和1.1倍。

2.5　細(xì)菌群落與土壤理化性質(zhì)關(guān)系

2.5.1細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性

分析表4得知,土壤pH值與變形菌門(mén)、硝化螺旋菌門(mén)、綠彎菌門(mén)、浮霉菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)、疣微菌門(mén)6種主要細(xì)菌豐度相關(guān)關(guān)系顯著,其中與芽單胞菌門(mén)呈極顯著正相關(guān)；有效磷與酸桿菌門(mén)、浮霉菌門(mén)2種主要細(xì)菌豐度呈顯著負(fù)相關(guān)；與變形菌門(mén)、硝化螺旋菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)3種主要細(xì)菌豐度呈顯著正相關(guān)。速效鉀與酸桿菌門(mén)呈顯著正相關(guān)。另外放線菌門(mén)與土壤含水量、電導(dǎo)率、堿解氮、相關(guān)關(guān)系顯著,而與電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表3　不同林分土壤理化性質(zhì)

表4　主要細(xì)菌群落與土壤理化性質(zhì)相關(guān)關(guān)系(n=9)

*與** 分別表示達(dá)到5%和1%的顯著水平

2.5.2細(xì)菌多樣性與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性

土壤細(xì)菌多樣性與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析可以看出(表5),各多樣性指數(shù)與含水量、pH值、有效磷呈正相關(guān),與電導(dǎo)率、速效鉀、堿解氮和有機(jī)質(zhì)均呈負(fù)相關(guān)；其中,Shannon指數(shù)與土壤含水量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.957；Chao1指數(shù)與速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為-0.997、-0.999。

表5　細(xì)菌多樣性與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析(n=9)

*表示達(dá)到5%顯著水平

3　討論

3.1　樹(shù)種混交對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響

很多實(shí)踐和研究都表明人工營(yíng)造的純林在生物多樣性、穩(wěn)定性和生態(tài)功能等方面和混交林相比較都有很大的差異,所以目前人工林栽培提倡營(yíng)造混交林。混交林和純林相比較,本質(zhì)上改變了植被類(lèi)型。有研究表明植被類(lèi)型能影響土壤中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性[19]。本試驗(yàn)對(duì)林分5—20cm土層土壤細(xì)菌檢測(cè)顯示黃河三角洲刺槐白蠟混交林土壤優(yōu)勢(shì)菌群與純林間存在差異,變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、酸桿菌門(mén)細(xì)菌相對(duì)豐度超過(guò)10%,是3種林分共有的優(yōu)勢(shì)菌群,硝化螺旋菌門(mén)為刺槐純林的優(yōu)勢(shì)菌群。另外,混交林土壤中各門(mén)細(xì)菌相對(duì)豐度與兩種純林間也存在顯著差異。鄒莉[20]等報(bào)道的落葉松、樟子松純林及混交林土壤微生物的群落分布特征有一定差異。王衛(wèi)霞[21]等的研究表明不同人工林間土壤微生物結(jié)構(gòu)均有明顯區(qū)別。這與本研究中發(fā)現(xiàn)不同樹(shù)種植被類(lèi)型(混交林與純林間)對(duì)土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)有顯著影響的結(jié)果一致。造成混交林與純林土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)不同的原因可能是混交林與純林間樹(shù)種和配置方式不同,引起林內(nèi)凋落物成分、分解程度及土壤改良程度不同,同時(shí)其根系代謝及凋落物分解影響土壤細(xì)菌生長(zhǎng)條件,如土壤pH、含水量、電導(dǎo)率、有效磷等[22-23]土壤理化性質(zhì)不同,導(dǎo)致土壤的細(xì)菌所處的環(huán)境及獲取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不同,土壤中適宜生長(zhǎng)的細(xì)菌群落也就不同。另外,Emile Benizri等[24]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn): 微生物功能多樣性與林內(nèi)物種多樣性存在顯著相關(guān)關(guān)系,且生物多樣性在改善土壤環(huán)境及促進(jìn)林分生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定發(fā)揮重要作用[25]。試驗(yàn)中林分混交豐富了土壤細(xì)菌群落,可能是其林下豐富的植被類(lèi)型及植被不同生長(zhǎng)習(xí)性導(dǎo)致的。因此,刺槐白蠟混交林與白蠟純林、刺槐純林間樹(shù)種組成不同,土壤細(xì)菌群落不同。樹(shù)種混交不僅從宏觀上改變了植被類(lèi)型及林內(nèi)植被群落,也從微觀上改變了土壤的微生物群落,這也可能是混交林較純林穩(wěn)定的微觀原因之一。

本研究主要涉及了刺槐白蠟混交林及刺槐和白蠟純林對(duì)5—20 cm淺層土壤細(xì)菌群落影響,這一層次土壤細(xì)菌群落不僅受到該層林木根系的影響,也受到林分形成的小氣候環(huán)境、林下草本植被及凋落物的影響,是林分綜合環(huán)境影響的體現(xiàn)。本試驗(yàn)沒(méi)有涉及到更深層次混交林根系對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響,要全面反映混交林對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響,還需要進(jìn)一步深入研究混交林根系分布的不同層次對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響。

3.2　細(xì)菌群落與土壤理化性質(zhì)

土壤細(xì)菌對(duì)土壤環(huán)境的變化敏感性較高,在不同的土壤環(huán)境下土壤養(yǎng)分的含量會(huì)直接影響土壤細(xì)菌群落[26],其中土壤酸堿程度對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響最為顯著[27]。許多研究表明在酸性土壤中,芽單胞菌門(mén)生長(zhǎng)不良,如在徐飛[28]等對(duì)三江平原土壤細(xì)菌的研究中(土壤pH為5.4—5.8,呈酸性)芽單胞菌門(mén)相對(duì)豐度小于1%。秦紅靈[29]等對(duì)紅壤坡地土壤細(xì)菌研究中(土壤pH為4.4—5.1,呈酸性)未檢測(cè)出芽單胞菌門(mén)。高圣超[30]等對(duì)東北黑土的研究中表明芽單胞菌門(mén)與土壤pH呈顯著正相關(guān),芽單胞菌門(mén)細(xì)菌偏好堿性的環(huán)境,堿性土壤有利于芽單胞菌的代謝活動(dòng)。本試驗(yàn)區(qū)地處黃河三角洲濱海鹽堿地,林分土壤pH值為8.01—8.79,呈堿性。堿性土壤中芽單胞菌門(mén)細(xì)菌相對(duì)豐度達(dá)2.5%—7.8%,為主要菌群,與酸性環(huán)境土壤相比芽單胞菌細(xì)菌相對(duì)豐度較高。這應(yīng)該是該試驗(yàn)區(qū)堿性的土壤環(huán)境有利于嗜堿芽單胞菌門(mén)細(xì)菌的生長(zhǎng)而使其相對(duì)豐度增大,成為主要菌群。

還有研究發(fā)現(xiàn)[31]酸桿菌門(mén)是嗜酸性細(xì)菌,在酸性土壤中生長(zhǎng)較好。黃河三角洲3種林分土壤中酸桿菌細(xì)菌(豐度25.1%—49.2%)雖仍為優(yōu)勢(shì)菌群,但其豐度卻遠(yuǎn)低于土壤呈酸性的鼎湖山森林土壤[32](酸桿菌門(mén)豐度53.3%—67.8%)和三江平原土壤[33](酸桿菌門(mén)豐度53%)。這可能是由于該試驗(yàn)區(qū)的堿性環(huán)境遏制部分酸桿菌門(mén)細(xì)菌的生長(zhǎng)；同時(shí),堿性土壤促進(jìn)部分嗜堿細(xì)菌的生長(zhǎng),增加土壤中細(xì)菌之間的競(jìng)爭(zhēng)壓力,酸桿菌門(mén)細(xì)菌從土壤中獲取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少,因此酸桿菌門(mén)相對(duì)豐度較低。

很多研究表明土壤細(xì)菌多樣性與土壤鹽分的關(guān)系也比較密切,土壤鹽漬化會(huì)影響土壤中微生物的活動(dòng)[34-35]。電導(dǎo)率是用來(lái)評(píng)價(jià)土壤鹽分含量綜合指標(biāo),土壤電導(dǎo)率越高表示土壤鹽分含量越大。本試驗(yàn)刺槐白蠟混交林土壤電導(dǎo)率含量顯著低于刺槐純林與白蠟純林,白蠟刺槐混交林土壤細(xì)菌多樣性高于純林,表明刺槐白蠟混交不僅能夠降低土壤鹽分含量,還為細(xì)菌的生長(zhǎng)提供了良好的環(huán)境,增加了土壤細(xì)菌多樣性。Fu Qinglin等[36]和林學(xué)政等[37]均發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度的升高,微生物群落多樣性逐漸降低。黃韶華[38]等對(duì)新疆荒漠區(qū)鹽土的研究中也發(fā)現(xiàn),土壤鹽分過(guò)高會(huì)顯著降低土壤微生物的數(shù)量,對(duì)土壤細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖抑制最為明顯；鹽分含量越高,微生物的生長(zhǎng)繁殖越弱。這與本研究中結(jié)果一致。這應(yīng)該是由于鹽分過(guò)高導(dǎo)致植物根系分泌物降低,而根系分泌物會(huì)改變根基環(huán)境,從而導(dǎo)致土壤中微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少,對(duì)土壤微生物的多樣性起到了抑制作用。黃河三角洲濱海鹽漬土壤鹽分含量較高,植被生長(zhǎng)受到鹽堿的抑制。為更好的實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)與發(fā)展,必須加強(qiáng)對(duì)土壤微生物的研究,在造林實(shí)踐中應(yīng)提倡營(yíng)造混交林,特別是在土壤條件較差的濱海鹽堿地。

4　結(jié)論

黃河三角洲刺槐白蠟混交林土壤細(xì)菌豐度高于刺槐純林、白蠟純林土壤細(xì)菌。酸桿菌門(mén)、變形菌門(mén)、和放線菌門(mén)為白蠟純林、刺槐白蠟混交林的優(yōu)勢(shì)菌群,酸桿菌門(mén)細(xì)菌豐度最高；變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、酸桿菌門(mén)、硝化螺旋菌門(mén)為刺槐純林土壤優(yōu)勢(shì)菌群,變形菌門(mén)細(xì)菌豐度最高。刺槐白蠟混交林和純林相比較改善了土壤的理化性質(zhì),混交林土壤質(zhì)量的改善又改變了土壤細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和提高了細(xì)菌多樣性。本研究只是對(duì)純林與混交林在同一季節(jié)小空間內(nèi)土壤細(xì)菌多樣性特征進(jìn)行了對(duì)比研究,而有關(guān)土壤微生物數(shù)量隨林分結(jié)構(gòu)、林齡等方面的變化有待深入研究。