基于发生层的均腐土微生物群落结构及生物-环境因子关联分析

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xtgdscf
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为调查在中国土壤系统分类(Chinese Soil Taxonomy,CST)体系下均腐土土壤环境因子、土壤生物学性质及二者间的关系。以均腐土8个典型土系富牧西系(DFm)、春雷南系(DCl)、保国系(DBg)、明水系(DMs)、大西江系(MDx)、新发北系(MXf)、卫星农场系(MWx)、裴德系(MPd)的腐殖质层(Ah)为研究对象,通过室内分析和高通量测序的方法,采用简单相关、逐步回归、RDA、CCA等统计分析方法,研究了均腐土8个土系的环境因子(化学性质、氧化铁和矿物组成)和生物学性质(土壤酶、细菌和真菌)的变化特征,且探讨环境因子与生物学性质之间的关系,并分析各环境变量对土壤生物学性质的影响,以期为CST中均腐土生物学诊断特性的研究提供数据支撑。环境因子与酶活性相关分析表明,化学性质:除脲酶外,TN与酶活性均呈显著相关。逐步回归分析发现除过氧化氢酶外,SOC和EX-Mg是影响均腐土酶活性的主要因素;其中,TN为影响过氧化氢酶的首要因子,TP是影响脲酶的首要因子;EX-Mg是影响蔗糖酶的首要因子;CEC是影响碱性磷酸酶的首要因子。氧化铁:仅蔗糖酶和磷酸酶与氧化铁呈显著相关。逐步回归分析发现,影响蔗糖酶的主导因子为活化度、游离铁;影响碱性磷酸酶的主导因子为活性铁、络合度、络合铁;其中,活化度是影响蔗糖酶的首要因子;活性铁是影响碱性磷酸酶的首要因子。矿物组成:除K2O、Na2O外,矿物组成均与酶活性呈显著或极显著相关。逐步回归分析发现,影响过氧化氢酶的主导因子为MnO、SiO2;影响脲酶的主导因子为MgO、MnO;影响蔗糖酶的主导因子为P2O5、Na2O、MnO、MgO;影响碱性磷酸酶的主导因子为MgO、SiO2、CaO;其中,MnO为影响过氧化氢酶的主导因子,MgO为影响脲酶的主导因子,P2O5为影响蔗糖酶的主导因子,MgO为影响碱性磷酸酶的主导因子。通过细菌群落组成的分析发现,在门水平上变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)为富牧西系、春雷南系、保国系、大西江系、新发北系、卫星农场系、裴德系7种均腐土系的优势菌群。明水系以绿湾菌门(Chloroflexi)、变形菌门、放线菌门为主要优势菌群;在纲水平上,主要优势菌群为:α-变形菌纲(Alphaproteobateria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、芽单胞菌纲(Gemmatimonadetes)、放线菌纲(Actinobacteria)、(Thermoleophilia)、(Bacteroidia)、(Acidobacteriia);在目水平上,主要优势菌群为:鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales)、β-变形菌目(Betaproteobateria)、芽单胞菌目(Gemmatimonadales)、(Gaiellales)、(Pyrinomonadales)、(Rhizobiales)、(Micrococcales);在科水平上,主要优势菌群为:鞘氨醇单胞菌科(Sphingomonadaceae)、芽单胞菌科(Gemmatimonadaceae)、(Burkholderiaceae)、(Pyrinomonadaceae)、微球菌科(Micrococcaceae)、(Chthoniobacteraceae);属水平上,均腐土各土系的细菌群落差异较大。样品热图分析发现,均腐土8个土系细菌群落主要分为两类,干润均腐土分为一类,湿润均腐土分为一类。Mental test发现,化学性质中pH、EX-Ca、EX-Mg、TP、CEC、SOC,氧化铁中络合铁、活性铁、游离铁、络合度、游离度,矿物组成中SiO2、MgO、Fe2O3、P2O5、Al2O3、CaO、TiO2、MnO是均腐土细菌群落结构发生变化的主要影响因子。RDA分析发现,化学性质中pH值,氧化铁中络合铁,矿物组成中SiO2为影响均腐土细菌群落结构的主导因子。通过对真菌群落组成的分析发现,在门水平上子囊菌门(Ascomycota)、被孢菌门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)为8个土系的主要优势菌群;在纲水平上,主要优势菌群为:子囊菌纲(Sordariomycetes)、被孢菌纲(Mortierelliomycetes)、锤舍菌纲(Leotiomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)、银耳纲(Tremellomycetes)、散囊菌纲(Eurotiomycetes);在目水平上,主要优势菌群为:粪壳菌目(Sordariales)、被孢菌目(Mortierellales)、肉座菌目(Hypocreales)、柔膜菌目(Helotiales)、格孢腔菌目(Pleosporales);在科水平上,主要优势菌群为:被孢霉科(Mortierellaceae)、丛赤壳科(Nectriaceae)、毛壳菌科(Chaetomiaceae)、柔膜菌科(Helotiaceae)、曲霉科(Aspergillaceae);属水平上,均腐土真菌群落各土系间差异显著。样品热图分析发现,除春雷南系和新发北系外,均腐土8个土系真菌群落干润均腐土和湿润均腐土各聚为一类。Mental test发现,化学性质中EX-Mg、TK、CEC、EX-Ca、TP、pH、EX-K、SOC和氧化铁中游离铁、活性铁、络合铁、活化度为均腐土真菌群落结构组成主要影响因素;而矿物组成均与均腐土真菌群落结构组成显著相关(P<0.05)。CCA分析发现,在化学性质中pH值,氧化铁中络合铁,矿物组成中CaO为真菌群落结构的主要影响因子。综上所述,在CST体系下,均腐土8个典型土系环境因子间和生物学性质间的差异显著。且均与土壤酶活性、细菌和真菌间存在显著的相关关系。均腐土不同亚纲8个土系的微生物类群多样性均表现为干润均腐土高于湿润均腐土。同时均腐土细菌和真菌的优势菌群不同,微生物群落结构干润均腐土和湿润均腐土分别聚为一类,此外,土壤环境因子的变化是引起土壤微生物群落结构组成发生分异的主要驱动因素。
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