不同生态型蚯蚓对农田土壤微生物群落的影响

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蚯蚓作为生态系统工程师,在土壤生态系统中占据重要的位置,而蚯蚓主要是通过对微生物群落的作用来实现对生态系统服务功能的影响。因此,研究蚯蚓对土壤微生物群落的影响是揭示蚯蚓调控土壤生态过程机制的一个关键的要素。蚯蚓生态型是其取食偏好、活动范围和日常行为等的综合反映,因此不同生态型的蚯蚓对微生物群落产生的影响可能很不相同,但是以往的研究往往忽视了这一点。本文通过设计因子完全交互的调控实验,探讨了不同生态型蚯蚓在不同氮水平下对土壤微生物群落的影响,以及不同生态型蚯蚓交互作用对土壤微生物群落的影响。
  首先,探讨了在低氮和高氮下,2种生态型蚯蚓(内层种:威廉腔环蚓Metaphire guillelmi和表-内层种:远盲蚓Amynthas filicinus)对土壤理化性质和微生物群落结构的影响。结果表明:
  (1)添加蚯蚓改变了土壤性质及土壤微生物生物量,且在添加氮后不同蚯蚓对高氮条件的响应存在差异。23d培养后,低氮水平下添加蚯蚓处理中土壤pH呈上升趋势,高氮水平下添加远盲蚓使土壤pH升高。65d培养后情况相反。培养23d后,低氮水平下添加远盲蚓处理中土壤微生物生物量碳含量呈下降趋势,高氨水平上添加威廉腔环蚓显著增加了土壤微生物生物量,添加远盲蚓降低了土壤微生物生物量。培养65d后,无论氮水平,添加蚯蚓降低土壤微生物生物量,添加远盲蚓处理中微生物生物量呈显著下降趋势。
  (2)磷脂脂肪酸分析(PIFA)显示,低氮水平威廉腔环蚓会升高土壤菌根真菌含量,远盲蚓对菌根真菌含量影响不显著,而在高氮水平下趋势相反。仅仅在23d后,远盲蚓处理在高氮下会显著降低土壤PLFA总量、细菌总量及真菌生物量,而威廉腔环蚓影响影响不显著。基于末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)的主成份分析显示,微生物群落结构在23d培养后的高氮条件下以及65d培养后的低氮条件下皆受到添加蚯蚓的显著影响,且不同生态型蚯蚓对微生物群落结构的影响存在显著差异。
  其次,通过3种不同生态型的蚯蚓(表-内层种:皮质远盲蚓Amynthas corticis、表层种:赤子爱胜蚓Eisenia foetida和内层种:威廉腔环蚓)及其交互实验探讨了蚯蚓生态型对微生物群落结构的影响。结果表明:
  (1)在添加蚯蚓后,土壤微生物群落中的变形菌门、酸杆菌门和放线菌门细菌比例升高,拟杆菌门和绿弯菌门细菌比例则减小。赤子爱胜蚓和威廉腔环蚓及皮质远盲蚓的混合处理在微生物组成上相似、土壤微生物群落多样性差异不明显。在28d培养后,添加蚯蚓使得土壤微生物群落α多样性多样性升高,其中,赤子爱胜蚓显著提升了土壤微生物多样性,皮质远盲蚓与赤子爱胜蚓的混合处理有最高的多样性,威廉腔环蚓与皮质远盲蚓混合处理的多样性最低。56d培养后,单独添加威廉腔环蚓的处理降低了土壤中微生物多样性,添加赤子爱胜蚓的处理显著提升了土壤微生物群落多样性。在添加蚯蚓的混合处理中,威廉腔环蚓与皮质远盲蚓混合处理中土壤微生物多样性显著低于其他处理。
  (2)由网络关系分析可知,在28d培养后,单独添加赤子爱胜蚓和皮质远盲蚓都能够显著增加土壤中微生物间的联系,蚯蚓的混合处理中皮质远盲蚓和赤子爱胜蚓交互使得土壤中微生物间联系增大。在56d培养后,单独皮质远盲蚓处理中土壤微生物因子间的联系减弱,而单独添加威廉腔蚓的处理中各因子中间中心性(Betweenness Centrality)增强。皮质远盲蚓和赤子爱胜蚓的混合处理中微生物因子间联系减弱,而其他混合处理中微生物因子间联系显著增强。针对网络结构中的核心菌进行分析,在28d培养后,威廉腔蚓和皮质远盲蚓的混合处理芽单苞菌门的中间中心性增强,皮质远盲蚓和赤子爱胜蚓的混合处理土壤中变形菌门和放线菌门细菌的中间中心性最大,威廉腔环蚓和赤子爱胜蚓的混合处理土壤中绿弯菌门细菌的中间中心性升高,3种蚯蚓混合处理土壤中变形菌门、放线菌门及绿弯菌门细菌中间中心性皆很大。在56d培养后,威廉腔环蚓和皮质远盲蚓的混合处理土壤中拟杆菌门中间中心性上升,皮质远盲蚓和赤子爱胜蚓的混合处理土壤中变形菌门细菌中间中心性最大,威廉腔环蚓和赤子爱胜蚓的混合处理土壤中放线菌门细菌中间中心性很大,3种蚯混合处理土壤中变形菌门细菌中间中心性最大。
  综上,结合真实生态系统中土壤肥力和蚯蚓种类差异的背景,上述试验皆表明在不同氮水平下,不同生态型蚯蚓对微生物群落结构的显著影响及不同蚯蚓在影响上存在差异。本研究结果不仅有助于深入了解蚯蚓对土壤微生物群落作用机理,而且为揭示不同生态型蚯蚓对土壤微生物群落影响的机制奠定基础。
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