论文部分内容阅读
沙棘是可与固氮放线菌形成根瘤固氮的多年生落叶灌木,对改善土壤结构、增加土壤的氮含量及有机质的含量、提高林地生产力等方面具有极其重要意义。本试验利用高通量测序技术对陕西省中北部四个沙棘林地(从南向北依次为永寿县马坊林场、安塞县水土保持试验站、靖边县五里湾乡和榆林市转龙湾)的表层土壤(5-20 cm)和根瘤中细菌微生物的多样性进行了测定和分析;利用Spearman相关性分析和置换多元方差分析(PERMANOVA)探讨了细菌微生物群落结构与降雨量和土壤环境因子之间的关系。研究结果表明:1.沙棘林地土壤中细菌群落特征的分析表明:(1)土壤细菌群落在种类组成上是极其丰富和多样的,四个林地的细菌共涵盖了32门83纲,其中,马坊林地有26门66纲;安塞林地有22门65纲;五里湾林地有28门73纲和转龙湾林地有30门75纲。(2)从四个林地细菌群落特征来看,五里湾和转龙湾沙棘林地土壤中细菌菌群丰富度指数(Ace指数和Chao1指数)显著高于马坊和安塞;而四个林地的细菌群落多样性指数(Shannon指数和Simpson指数)差异不显著。(3)在目、科水平上,生长于不同立地条件下的沙棘林地土壤细菌的优势类群表现出较高的相似性,但不同立地条件下细菌群落中优势类群的组成和相对丰度存在一定差异。(4)弗兰克氏菌目细菌(Frankiales)在四个林地中的相对丰度均比较低,分别只占细菌群落的0.44%、2.21%、1.21%和0.76%,但该目下的优势菌科在四个林地中均为地嗜皮菌科(Geodermatophilaceae),优势菌属均为该科的芽生球菌属(Blastococcus);而弗兰克氏菌科(Frankiaceae)的弗兰克氏菌属(Frankia)在四个林地土壤中的相对丰度均较低,分别为该目的5.57%、0.78%、0.41%和0.77%,在整个林地土壤细菌群落中的相对丰度分别仅为0.011%、0.007%、0.002%和0.002%。2.沙棘根瘤细菌群落的特征分析结果表明:(1)根瘤细菌群落在种类组成上是丰富和多样的,四个林地的根瘤细菌共包含10门17纲41目84科139属214条OTUs,其中,马坊林地根瘤有8门13纲;安塞林地根瘤8门13纲;五里湾林地根瘤有9门15纲;转龙湾林地根瘤有7门12纲。(2)马坊林地根瘤的细菌群落丰度指数(Ace指数和Chao1指数)显著高于其他林地,但四个林地细菌群落的多样性指数(Shannon指数和Simpson指数)无显著差异。(3)四个沙棘林地根瘤细菌群落中的优势菌纲均为放线菌门的放线菌纲和蓝细菌门的蓝细菌纲,二者的相对丰度之和均高达98%以上。(4)四个林地的放线菌纲虽然包含有12个目32个科43个属的70个分类单元(OTUs),但其中弗兰克氏菌目弗兰克氏菌科弗兰克氏菌属的相对丰度均占各自放线菌纲的99%以上,占根瘤细菌群落的相对丰度的分别为36.49%、48.00%、31.54%和21.44%,但均只有2个OTUs;蓝细菌纲有1个目1个科1个属的6个OTUs。(4)从不同月份根瘤细菌群落结构来看,根瘤中弗兰克氏菌在植物生长季节(特别是7月份)的数量和相对丰度远远高于非生长季节,而蓝细菌在植物生长季节的数量和相对丰度显著均低于非生长季节。3.结合环境因子进行相关性和置换多元方差分析发现:(1)土壤细菌微生物群落的丰富度和多样性与碱解氮的含量之间呈负相关;根瘤细菌微生物的丰富度与速效磷的含量之间呈正相关,其多样性与年平均降雨量之间呈正相关。(2)不同沙棘林地土壤中的细菌类群的差异主要取决于全磷和全钾的含量;不同立地条件下根瘤细菌类群的差异主要取决于全钾的含量。(3)土壤和根瘤中具有固氮能力的弗兰克氏菌属细菌的相对丰度均与碱解氮、速效磷、速效钾和年平均降雨量之间呈显著正相关。综上所述,不同立地条件下沙棘林分土壤细菌群落均是极其丰富和多样的,但弗兰克氏菌属细菌在土壤细菌中的相对丰富却是极低的、且在不同立地条件下存在显著差异,这种差异主要与土壤有机质、碱解氮、全磷和全钾的含量呈正相关关系。根瘤细菌群落主要由弗兰克氏菌和蓝细菌组成,二者的相对丰度随季节而显著变化,土壤中全钾含量与弗兰克氏菌的相对丰度密切相关。因此,在林业生产中,特别是在生长季节,创造良好的土壤营养条件和水分供应,有利于增加沙棘林地土壤和根瘤中弗兰克氏菌属细菌的相对丰度,进而可提高弗兰克氏菌对沙棘根系的侵染、促进共生固氮关系的形成,从而提高沙棘根系的固氮能力。