多代桉树人工林土壤微生物多样性研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wlxctq13
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南方桉树人工林高强度掠夺式的经营模式和连续多代的种植已强烈影响到林下土壤质量及土壤微生物群落,研究多代桉树人工林土壤微生物多样性的变化,采取相应管理措施促进桉树人工林健康和持续发展已引起了社会广泛的关注。为了探究多代桉树人工林土壤性质、土壤微生物群落结构和多样性的变化情况及土壤微生物群落结构和多样性与土壤性质的关系,在广西贺州大桂山林场多代桉树人工林地,以及未经人工抚育18年生桉树林和常绿阔叶林布置了18块标准地,在8项物理指标,17项化学指标,4项酶活性指标和3项微生物生物量指标测定的基础上,应用IlluminaHiSeq高通量测序平台、冗余分析和相关性分析,对多代桉树人工林土壤微生物多样性进行研究,主要结论如下:  (1)土壤理化指标中除土壤通气度和非毛管孔隙度外(p>0.05),其余所有指标在各样地之间均存在显著差异(p<0.05)。桉树人工林中各持水量指标都表现出到第三第四代时显著降低。常绿阔叶林的大多数化学指标含量显著高于桉树林地。而在桉树林地中,土壤有机质、CEC、氨氮、全氮、全磷、有效磷、有效镁、有效锌含量均表现出第二代桉树人工林显著高于其他桉树林,且到第三第四代后显著降低。硝态氮、有效硼和有效铁含量随着桉树种植代数的增加逐代减少。全钾、有效锰和有效铜基本呈现出随着桉树种植代数的增加而增加。  (2)常绿阔叶林中的土壤脲酶活性(0.59mg/g)、酸性磷酸酶活性(0.40mg/g)、微生物生物量碳(225.62mg/kg)和氮(26.67mg/kg)含量显著高于桉树林地,而蔗糖酶、过氧化氢酶和微生物生物量磷含量表现出常绿阔叶林和第二代桉树人工林显著高于其他林地。第三代和第四代桉树人工林以及未经人工抚育的18年生桉树林的各项酶活性指标及微生物生物量磷均显著低于其他林地。第一代、第四代和未经人工抚育的桉树林的微生物生物量碳和氮的含量显著低于其他林地。  (3)16Sr RNA测序结果表明细菌OTU在各样地之间无显著差异(p>0.05),各样地之间的总体细菌群落结构差异性较小,然而相对丰度含量较小的奇古菌门在各代样地之间存在显著差异,土壤性质与细菌群落结构之间关系密切。高通量测序结果显示,桉树人工林中的优势菌门分别为:变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门。冗余分析结果表明,与土壤细菌群落结构总体相关性较强的化学指标有:有机质、全钾、氨氮、全氮、速效钾、pH值、有效锌、有效钙、有效锰和有效硼;生物学指标有:脲酶,微生物生物量氮,酸性磷酸酶和微生物生物量碳。  (4)土壤细菌群落多样性指数(Shannon)和丰富度指数(Chao1)在各样地之间均存在显著差异(p<0.05),均匀度指数(Evenness)无显著性差异(p>0.05),土壤性质与细菌群落多样性之间关系紧密。土壤细菌多样性表现为:常绿阔叶林(5.46)、第一代桉树人工林(5.44)和第二代桉林人工林(5.56)显著高于第三代桉树人工林(5.31)、第四代桉树人工林(5.15)和未经人工抚育的桉树林(5.11)。丰富度表现为:第四代桉树人工林(2181.72)和未经人工抚育的桉树林(2001.89)的丰富度显著低于其他林地。相关性分析结果表明:Shannon指数与有机质、氨氮、全氮、全磷、有效磷、阳离子交换量、微生物量碳氮磷、蔗糖酶、酸性磷酸酶、pH值和硝态氮呈显著正相关与过氧化氢酶呈显著负相关。Evenness指数与土壤化学性质和生物学特性无显著相关性。Chao1指数与全氮、全磷、有效磷、微生物生物量磷、蔗糖酶、pH值、有机质、氨氮、阳离子交换量、微生物生物量碳和微生物生物量氮呈显著正相关。  (5) ITS测序结果表明真菌OTU在个样地之间存在显著差异,其中常绿阔叶林中OTU含量显著高于桉树林地(p<0.05)。PCoA结果表明各样地之间的总体真菌群落结构存在显著性差异性,土壤性质与真菌群落结构之间关系密切。高通量测序结果表明:子囊菌门,担子菌门和接合菌门为桉树林地的优势真菌菌门,且其在各样地之间存在显著差异(p<0.05);常绿阔叶林(47.53%)和第一代桉树人工林(48.10%)的子囊菌门含量显著低于其他林地,而桉树人工林中子囊菌门的含量且随着种植代数的增加而显著增加;担子菌门在常绿阔叶林(23.66%)中的含量显著高于桉树林地。此外,第一代(27.13%)和第二代桉树人工林(26.72%)的接合菌门的含量显著高于其他林地。冗余分析结果表明:与土壤真菌群落结构总体相关性较强的化学指标有:有机质、氨氮、全磷、有效磷、硝态氮、阳离子交换、有效铁,有效硼,有效锰和有效钙。生物学指标有:微生物生物量磷、过氧化氢酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶。  (6)土壤真菌群落多样性指数(Shannon)和丰富度指数(Chao1)在各样地之间存在显著差异,均匀度指数(Evenness)无显著性差异(p<0.05),土壤性质与真菌群落多样性之间关系紧密。第一代桉树人工林(3.71)的真菌群落多样性指数显著低于其他林地,常绿阔叶林(2206.93)的丰富度显著高于其他林地。Shannon指数与全钾、有效镁、速效钾、过氧化氢酶、微生物生物量碳和微生物生物量氮含量呈显著正相关。Evenness指数与有效铁和过氧化氢酶呈显著性关系。Chao1指数与pH值、速效钾、全钾、有效硼、有效锰、有效铜、有效锌和脲酶呈显著正相关。
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