论文部分内容阅读
石漠化制约西南喀斯特地区经济社会可持续发展,植被恢复是石漠化治理的最有效措施,但该地区水热条件变化大导致植被恢复困难。已有研究显示,土壤丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)和固氮菌可能在植被恢复过程中发挥着重要作用。揭示AMF及固氮菌群落特征及其对水热梯度和植被恢复的响应规律,是将AMF和固氮菌合理应用到喀斯特退化生态系统植被恢复的前提。本研究以4个水热梯度(中旱、轻旱、半湿润、湿润)和4种植被(次生林、撂荒地、人工林、耕地)的喀斯特土壤为研究对象,利用高通量测序技术,研究喀斯特AMF及固氮菌群落遗传组成、结构及多样性,探讨驱动AMF及固氮菌群落变化的关键影响因子。主要结果如下:(1)水热梯度和植被及两者交互作用显著影响土壤AMF群落特征。本研究土壤AMF群落包括9科10属,其中,球囊霉属为土壤AMF绝对优势属(相对丰度超过80%);不同水热条件下球囊霉属、近明球囊霉属、多样孢囊霉属、盾巨孢囊霉属和双型囊霉属相对丰度差异显著(P<0.05);不同植被间球囊霉属、近明球囊霉属、多样孢囊霉属和无梗囊霉属相对丰度差异显著(P<0.05);和平囊属为湿润撂荒地独有属,巨孢囊霉属仅存在于半湿润次生林和湿润撂荒地中,相对丰度均不足0.1%。AMF的Shannon多样性在水热梯度和植被间均表现出显著差异,同一植被条件下,湿润区土壤AMF的Shannon多样性指数和丰富度显著低于其它3个区(P<0.05);相同水热条件下,随着植被恢复,土壤AMF的Shannon多样性指数和丰富度逐渐上升,次生林最高。土壤pH、全磷及土壤有机碳显著影响土壤AMF群落群落组成、结构和多样性(P<0.05)。(2)水热梯度和植被及两者交互作用显著影响土壤固氮菌群落。慢生根瘤菌属为土壤固氮菌优势属,其相对丰度占比25%以上,中慢生根瘤菌属、地杆菌属和根瘤菌属为次优势属,其相对丰度均在10%以上。固氮菌多样性在水热梯度和植被间均表现出显著差异,同一植被条件下,随着干旱程度的升高,固氮菌Shannon多样性指数随之上升,丰富度无显著差异;相同水热条件下,随着植被恢复,固氮菌Shannon多样性呈上升趋势,次生林最高,丰富度则以耕地最低。土壤pH、全磷及土壤有机碳显著影响土壤固氮菌群落组成、结构和多样性(P<0.05)。(3)喀斯特土壤AMF和固氮菌各属之间存在密切关系。AMF的优势属球囊霉属与固氮菌的优势属慢生根瘤菌属呈正相关关系。随着干旱程度的降低,土壤AMF和固氮菌属水平上网络结构趋向简单;除相对丰度较高的AMF的球囊霉属、近明球囊霉属、固氮菌的慢生根瘤菌属和地杆菌属等与其它属存在较多的关联外,某些相对丰度较低的属,如AMF的盾巨孢囊霉属(0.001%),固氮菌的甲基杆菌属(1.26%)也与其它属关联较多。综上,喀斯特土壤AMF和固氮菌群落显著受到水热梯度和植被恢复的影响,土壤pH、全磷和有机碳是影响土壤AMF和固氮菌群落的关键土壤因子。利用土壤AMF和固氮菌促进喀斯特植被恢复时,应选用具有协同作用的优势属种(如AMF的球囊霉属和固氮菌的慢生根瘤菌属),结合特定的稀有属种(如AMF的盾巨孢囊霉属和固氮菌的甲基杆菌属),且应综合考虑环境因子和植被恢复阶段的差异,以及土壤因子如土壤pH、全磷和有机碳含量的制约。