闽中毛竹林带状采伐后土壤微生物群落结构的早期响应

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lw_hualei
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毛竹(Phyllostachys edulis)林是我国分布最广、面积最大的重要经济和生态竹林类型,是典型的异龄结构林分,传统上按留养幼龄毛竹择伐成熟毛竹的方式培育大径材竹,生态和经济效益明显。但随着劳动力成本的上升,传统择伐作业的高成本极大地压缩了竹资源培育的效益,限制了竹农对竹林经营的积极性。机械化带状采伐可能是解决劳动力成本上升的关键途径,竹林培育学者在我国多区域开展了不同采伐带宽毛竹林更新生长研究。本研究针对不同采伐带宽的毛竹林,利用Illumina Hi Seq 2500测序平台,采用16S r RNA的V3-V4区段引物、ITS1引物对土壤细菌与真菌进行高通量测序,获得带状采伐经营干扰后的毛竹林土壤细菌和真菌的群落组成、功能及多样性特征信息,通过带状采伐后土壤养分与酶活性的响应特征、功能分析特征、系统发育学特征,探究带状采伐对毛竹林土壤微生物群落结构的影响机制,为毛竹带宽采伐作业设计提供理论支撑。研究结果表明:(1)细菌共得到17门、40纲、85目、126科、195属、213种,真菌得到10门、27纲、58目、96科、138属、117种。细菌优势菌群中,仅放线菌门在3m采伐带显著增加;带状采伐措施对真菌优势菌群无显著影响。(2)带状采伐后,3m、9m采伐带土壤细菌的Ace多度指数显著升高,3m采伐带的Chao1多度指数显著升高;Shannon、Simpson多样性指数无规律变化,且不同采伐带间无显著性差异,说明带状采伐对细菌的丰度及数量产生了显著影响,而对细菌的物种多样性无显著影响;土壤真菌的Alpha多样性指数,土壤细菌与真菌的Beta多样性均无显著变化。毛竹林土壤细菌的KEGG、COG、Bug Base表型功能多样性,真菌的FUNGuild功能分组无显著变化。(3)在丰度较高细菌类群中,放线菌门(Actinobacteria)与全磷极显著正相关(p<0.01),厚壁菌门(Firmicutes)与全磷、速效氮显著正相关(p<0.05),放线菌门与过氧化氢酶、N/P显著负相关,浮霉菌门(Planctomycetes)与速效氮显著负相关(p<0.05);全磷、速效氮、过氧化氢酶、N/P是土壤门水平细菌群落结构发生变化的主要驱动因子。(4)在丰度较高的真菌类群中,担子菌门(Basidiomycota)与速效氮含量极显著负相关(p<0.01),隐真菌门(Rozellomycota)与C/N极显著正相关(p<0.01),与p H、有机质、过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、C/P显著正相关(p<0.05),与全钾显著负相关(p<0.05),子囊菌门(Ascomycota)与全氮含量、N/P显著正相关(p<0.05),被孢霉门(Mortierellomycota)与土壤有机质、C/P、N/P显著负相关(p<0.05);土壤p H、速效氮、磷酸酶、脲酶是真菌群落变化的主要驱动因子。(5)细菌的Ace指数与全磷显著正相关(p<0.05),Chao1指数与全磷极显著正相关(p<0.01);真菌的Ace、Chao1指数与N/P极显著负相关(p<0.01),Chao1指数与全磷、速效钾显著正相关(p<0.05)。细菌属间有725个相关关系,真菌间361个,细菌的网络相关性比真菌的复杂,应对带状采伐干扰时细菌群落比真菌群落更稳定。(6)细菌与真菌的系统发育净种间亲缘关系距离指数(NRI)、净最近种间亲缘关系指数(NTI)均大于0,说明保留带及各采伐带的土壤细菌与真菌群落为系统发育聚集,微生物群落结构的维持机制符合生态位理论,环境因子决定了微生物的群落结构。带状采伐对毛竹林土壤细菌与真菌的NRI、NTI无显著性影响,细菌与真菌的系统发育仍倾向于聚集。毛竹林带状采伐后,土壤细菌与真菌的NTI呈下降趋势,土壤微生物近缘种间的系统发育距离变远,生态位也随之分化。以上结果反映了毛竹林土壤微生物对带状采伐干扰的响应特征及机制,毛竹林在带状采伐后的恢复初期,对地下土壤微生物群落的物种组成、功能、多样性及系统发育特征无显著性影响,仅细菌丰度在3m、9m采伐带显著增高。土壤细菌群落结构在9m采伐带最相似,真菌群落结构在12m采伐带最相似,说明经带状采伐后,9m、12m采伐带的土壤微生物群落稳定性相对较好。毛竹林经带状采伐后短期恢复过程中,所设置的采伐带宽还未达到土壤微生物群落的中度干扰程度。根据带状采伐后毛竹林生产力指标及土壤性质变化特征的已有研究成果,采伐带宽设置6~9m较好,若短期内使用带状采伐经营毛竹林可设置9m采伐带宽,土壤微生物群落的恢复力和抵抗力较强,稳定性较高。
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