马尾松根际微生物群落特征对间伐的初期响应及其环境驱动因子研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yyll2008
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马尾松(Pinus massoniana)作为四川集体林区荒山造林主要树种曾被广泛栽植,但现在普遍存在林内生态小环境分化单一,食物链结构简单,森林生态系统脆弱等问题。间伐作为最传统的营林措施,能够调控林分密度及径阶结构,促进林下植被生长,从而持续地发挥人工林的综合效益。根际微生物群落特征是表征植物响应人为干扰过程中根土界面物质循环的敏感指标。明晰根际微生物群落特征对间伐的初期响应机制,有助于拓宽理解马尾松人工林间伐后的短期土壤生态学进程,为尚缺乏的人工林根际微生物研究提供基础理论,并且对马尾松人工林间伐的科学开展提供一定的指导。因此本研究以四川省平昌县云台镇金子山29年生马尾松人工林为研究对象,设置2种株数间伐强度处理(LIT:25%间伐强度、HIT:50%间伐强度)和对照(CK:不间伐),每种处理设置6个30m×20 m的标准地,共18块标准地。根际微生物群落序列采用Illumina Mi Seq高通量测序获取。本文分析了该人工林林分间伐1a后林下植被群落结构及土壤理化性质的差异,并且结合不同间伐强度处理下马尾松根际微生物群落特征的研究,探索驱动根际微生物群落聚集和功能类群组成分化的因素,并构建共生网络;同时,在此基础上继续开展间伐初期马尾松根际微生物群落特征的季节动态研究,探索土壤环境因子的驱动机制。本研究主要得出以下结论:(1)间伐降低了对照林分中优势种的优势地位,同时使林下植被中泛化种增多。间伐处理林下草本植物的物种丰富度指数和Shannon-Wiener指数均显著高于CK,而只有重度间伐处理(HIT)的林下灌木植物的物种丰富度指数和Shannon-Wiener指数相较于CK有了显著提高。草本多样性指数和灌木多样性指数之间的显著相关关系数量随间伐强度增高而减少,林下植被多样性指数和土壤理化性质指标之间的显著相关关系数量也随间伐强度增高而减少。(2)间伐1a后,土壤有机碳、全氮、全钾、速效氮、有效磷和速效钾在各处理间均无显著差异,土壤含水量仅在夏季3个处理间表现出显著差异,土壤容重在春、夏季3个处理间表现出显著差异,pH在秋、冬、春季3个处理间表现出显著差异,土壤温度在4个季节3个处理间均表现出显著差异,土壤全磷在秋季3个处理间表现出显著差异。间伐强度对土壤含水量、土壤容重、pH、土壤温度具有极显著影响,对C/N有显著影响;季节对pH、土壤温度、土壤有机碳、全氮、速效氮、有效磷、速效钾、C/N具有极显著影响,对土壤含水量有显著影响。(3)间伐1a后,相较于CK,间伐处理马尾松根际微生物物种组成发生显著变化,但其α多样性没有显著变化。各处理间微生物群落结构差异显著。根际真菌群落指示种相对丰度和环境因子表现出较多显著相关性关系,而根际细菌群落主要受环境综合梯度影响。间伐显著影响了马尾松根际真菌功能类群组成,促进了菌根真菌的生长,并且围绕菌根真菌形成的真菌群落共生网络趋于复杂;间伐对马尾松根际细菌的功能类群组成没有显著影响,但从网络结构来看,细菌群落共生网络同样趋于复杂。(4)间伐增强了根际微生物OTUs数量的季节分异。根际真菌类群的优势门有子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)等。间伐之后根际担子菌门相对丰度在各季节较CK均有提高。子囊菌门相对丰度在秋季最高,随后降低,而后在夏季升高;根际细菌类群优势门有变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)等。除春季外,其它季节间伐处理变形菌门的相对丰度较CK均有提高。(5)真菌群落在Shannon和Simpson指数上,相较于CK各季节间指数的无显著差异性,间伐均增加了这两个指数的季节分异。LIT和HIT间伐处理Shannon指数和Simpson指数最大值均出现在夏季。3个处理Chao1和ACE指数最大值出现在冬季;各处理根际细菌群落α多样性指数季节变化规律较为一致,最大值均出现在春季。间伐处理马尾松根际微生物群落核心菌群季节变化波动较CK变小。(6))土壤温度、速效氮、有效磷和土壤有机碳对所有处理全年真菌群落RDA排序的影响极显著,全氮、全钾、土壤含水量和速效钾对所有处理全年真菌群落RDA排序的影响显著;土壤温度、速效氮、有效磷、pH和速效钾对所有处理全年细菌群落RDA排序的影响极显著,土壤容重和全氮对所有处理全年细菌群落RDA排序的影响显著;综合各处理RDA和VPA分析来看,驱动真菌群落季节动态的主导因子是土壤有机碳,驱动细菌群落季节动态的主导因子是土壤温度。综上:根际真菌群落聚集主要受确定性过程(环境选择)影响,而根际细菌群落聚集主要受随机过程(扩散)影响;间伐增强了马尾松根际微生物群落组成的季节分异,但间伐处理马尾松根际核心菌群组成较CK更为稳定;驱动真菌群落季节动态的主导因子是土壤有机碳,驱动细菌群落季节动态的主导因子是土壤温度;在本研究区域马尾松人工林中开展高强度间伐,能够在保证根际核心菌群结构稳定的同时促进外生菌根真菌在根际中的定殖。
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