马尾松人工林林窗对土壤细菌群落结构及多样性的影响

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiayuanyuan001
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土壤细菌在土壤物质循环中发挥着重要作用,研究土壤细菌群落变化对于揭示森林土壤生态系统机理具有重要意义。土壤细菌多样性是影响人工林生态系统稳定性的重要因素,具有较高细菌多样性的生态系统相对较为稳定。林窗干扰是森林更新发展的的驱动因素之一,对维持森林的更新和细菌多样性具有重要作用。马尾松(Pinus massoniana)作为长江上游低山丘陵区的造林先锋树种,具有耐土壤干旱瘠薄的特点,有较强的适应能力,但由于长期的马尾松人工林纯林经营模式,导致林地出现地力衰退、生态功能下降等现象。针对该地区马尾松人工林的生产及生态现状,应用人工林近自然经营方式,人为采伐出不同大小的林窗,研究经过人工林窗干扰后土壤细菌群落结构及多样性的变化,以期提高马尾松人工林的整体生态服务功能,为实现人工林的可持续经营提供一定的理论基础。试验于2013年10月起采集土壤样本,选择41a马尾松人工纯林,对已经采伐形成7种大小不等的林窗(G1:100m2、G2:225m2、G3:400m2、G4:625m2、G5:900m2、G6:1225m2、G7:1600m2)和各林窗对应的林窗边缘(EG1、EG2、EG3、EG4、EG5、EG6、EG7分别代表100 m2、225 m2、400 m2、625 m2、900 m2、1225 m2、1600 m2的林窗边缘)样品,利用DGGE技术对林窗及林缘的土壤细菌群落多样性进行研究,并进行了土壤细菌群落的高通量测序,探究通过林窗干扰对马尾松人工纯林进行近自然林改造,作为人工林可持续经营与管理的调控技术之一,以期改善人工纯林的生态系统结构,并提升人工纯林的生态系统功能。结果表明:(1)各林窗及林缘土壤日均温变化趋势一致,在夏秋季节波动较大。2013年和2014年相同月份的变化相似,并且在8月份达到最高温度。土壤含水量从林窗G1-林窗G7到纯林林下对照US变化趋势为先升后降,林窗与对应的林缘之间的土壤含水量没有明显差异。(2)土壤样品DGGE分析显示每个泳道(样品)的条带数较多,在不同的采样时期林窗和林缘的土壤细菌种类较为丰富。不同大小林窗的细菌Patrick丰富度指数(3个重复林窗的平均值)存在显著差异,主要表现为林窗G6和G7为代表的大林窗与中小林窗之间差异显著,G6在秋冬夏季节的指数相对较低;在秋季时林窗G3与G6和G7之间的Shannon多样性指数存在显著差异,US中的Shannon多样性指数在夏季和春季时较林窗与林窗边缘的低;各时期的Pielou均匀度指数差异较小;夏季G6的Simpson优势度指数显著高于G2、G3和G4,且其指数在各个林窗之间最高,夏季林窗边缘EG2和林窗边缘EG4之间存在显著差异,其他季节林窗边缘之间不存在显著差异。其中Partrick丰富度指数随着林窗大小的变化表现为先降低后增高的趋势,Shannon多样性指数和Pielou多样性指数无明显的变化规律,大林窗在夏季时Simpson优势度指数较高。(3)林窗土壤理化性质与土壤细菌多样性指数存在相互关系,其中含水量与Patrick丰富度指数、Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数的相关性均达到显著水平,其中含水量与Simpson优势度指数之间呈显著负相关,而其他土壤理化性质与多样性指数之间指数均不显著。(4)本研究中主要得到16668个OTUs (Operational Taxonomic Units),其中有99.82%至少可以精确到门水平,19.16%可以精确到属水平。得到的土壤细菌类群在门水平上(含量高于0.5%)主要包括:变形杆菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、泉古菌门(Crenarchaeota)、浮霉菌门(Planctomycetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、螺旋体门(Spirochaetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、蓝藻门(Cyanobacteria)、WPS-2、Armatimonadetes;在属水平上(含量高于0.5%)主要包括:Rhodoplanes、嘉利翁氏菌属(Gallionella)、Candidatus Nitrososphaera、Candidatus Solibacter、密螺旋体属(Treponema)、伯克氏菌属(Burkholderia)、Candidatus Koribacter、FFCH10602、黄杆菌属(Flavobacterium)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、甲基单胞菌属(Methylomonas)、乳球菌属(Lactococcus)、浮霉菌属(Planctomyces)、DA101、假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)等。高通量测序结果显示中等大小林窗的OTU数目、shannon多样性指数、chaol多样性指数及PD多样性指数教高,中等大小林窗具有较多的细菌种类以及较高的多样性指数。(5)林窗大小与细菌数量(基因拷贝数)之间具有相互影响关系,林窗大小和采样时间以及林窗大小和采样位置的交互作用对细菌数量具有极显著影响,土壤细菌群落的数量在冬季时林窗的细菌数量高于林缘和林下。冬季时中大型林窗细菌数量相对较高,对林窗内的土壤细菌数目影响较大。
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