元江干热河谷区不同土地利用方式土壤细菌多样性研究

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土壤微生物能够直接或间接地参与全部的土壤过程,在生态系统物质循环和能量转换中起着关键作用。然而,不同生态系统和环境中土壤微生物多样性的影响因素和控制机制是不确定的。因此,本研究在元江典型干热河谷区选择林地、园地和农地三种土地利用方式,在每种土地利用方式下沿海拔梯度<600m,600-700m,700-800m和>800 m进行土壤样品的采集。利用Illumina HiSeq第二代高通量基因测序技术对土壤细菌16S rDNA进行测序。采用单因素方差分析、分子方差分析、斯皮尔曼等级相关分析、典型关联分析、冗余分析、以及结构方程模型等多种统计方法分析不同土地利用方式土壤细菌群落组成以及细菌多样性的变化特征及其影响因素。主要研究结果如下:(1)在每个海拔梯度上,土壤细菌OTU(Operational Taxonomic Units)的数量大小顺序均表现为林地>农地>园地,并且都只在林地和园地之间表现出显著的差异(p<0.05)。三种土地利用方式的土壤细菌OTU在<600 m或600-700 m的海拔上最大。在所有土壤样品中,优势细菌门主要为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria),占土壤细菌序列的75%以上。(2)不同土地利用之间的土壤细菌群落结构在海拔梯度上表现出不同的差异。林地的土壤细菌群落结构,除600-700 m与700-800 m外,其他海拔梯度之间都表现出显著的差异(p<0.05);园地的土壤细菌群落结构除<600 m与>800 m、700-800 m与>800 m之间没有显著差异外,其它海拔梯度之间都表现出了显著的差异(p<0.05)。农地的土壤细菌群落结构在四个海拔梯度之间没有表现出显著的差异(p<0.05)。在<600 m和600-700 m的海拔梯度上,土壤细菌群落结构在林地、园地和农地三种土地利用之间都表现出显著的差异(p<0.01)。(3)林地土壤细菌的Shannon与Simpson指数都表现出随海拔增加而减少的趋势,但随海拔的增加ACE与chao1指数没有表现出明显的趋势;农地土壤细菌只有Simpson指数表现出随海拔增加而增加的趋势;园地的4个α多样性指数随海拔的增加没有表现出明显的趋势。在<600 m,600-700 m,700-800 m的梯度上,土壤细菌的Shannon、Simpson、ACE指数的大小顺序都表现为林地>农地>园地。(4)冗余分析(RDA)表明,土地利用是干热河谷区土壤细菌α多样性指数的主控因子。结构方程模型(SEM)分析表明,土壤pH和土壤速效钾含量都可以直接对土壤细菌Shannon和ACE指数产生显著的影响。典型关联分析表明,林地、园地和农地的土壤细菌群落结构主要受土壤水分、土壤容重、粉粒、C/N的影响。
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