闽楠和杉木混交模式对土壤微生物群落结构的影响

【摘要】：土壤微生物是土壤与植物之间的纽带,被认为是比土壤有机质更可信的环境变化指示因子。研究土壤微生物对于了解土壤元素,科学地利用土壤,营造最适生态效益的林分以及改善生态环境具有非常重大的意义。本研究以闽楠和杉木为研究对象,于2018年通过盆栽模拟试验与野外试验,其中盆栽种植模式分别为杉木与闽楠比例分别为1:1(A)、2:1(B)、1:2(C)、纯杉木(D)、纯闽楠(E)和空白对照(F),野外种植模式分别为闽楠-杉木混交林(MF)、杉木纯林(PC)和闽楠纯林(PP)。运用Illumina Miseq高通量测序平台比较杉木和闽楠不同混交模式之间的土壤微生物群落结构差异,并结合理化性质找出影响土壤微生物群落结构变化的主要因子,为闽楠和杉木混交林的培育提供基础资料。得到的主要结果如下:(1)不同种植模式下杉木幼苗的生长状况在后期均表现为杉木和闽楠混交比例1:1最好,其次为1:2、纯杉木和2:1;闽楠幼苗的生长状况在后期均表现为混交比例1:1最好,其次为1:2、2:1和纯闽楠。(2)盆栽试验中纯杉木土壤酸性最强;SOC、TN和TP在各组间的变化规律具有一致性,均表现为纯杉木最高,其次为混交比例2:1、混交比例1:1、混交比例1:2和纯闽楠。野外试验中土壤SOC、TN和TP均呈现出纯闽楠最高,纯杉木最低的规律。与盆栽试验的A、D、E相比可以看出,野外试验中土壤pH的变化规律与盆栽试验一致,而SOC、TN和TP的变化规律与盆栽试验相反。盆栽试验中SOC、TN、TP与细菌优势类群呈显著相关;TN与真菌优势类群呈显著相关。野外试验中,土壤温度、含水率、SOC、TN、TP与土壤细菌和真菌的优势类群呈显著相关。(3)盆栽试验的微生物群落丰富度高于野外试验。盆栽试验中细菌群落丰富度和多样性变化规律一致,均表现为混交比例1:2最高而混交比例1:1最低;真菌群落丰富度表现为纯闽楠最高而混交比例1:1最低;真菌群落多样性表现为纯闽楠最高而纯杉木最低。野外试验中细菌和真菌的群落多样性和群落丰富度均表现为纯闽楠最高而纯杉木最低。盆栽试验中A、D、E与野外试验的微生物群落组成存在明显的分化,均表现为杉木纯林和混交林的微生物群落组成相似度较高。(4)盆栽试验共检测出31个细菌门,其中23个门为共有的细菌门。野外试验共检测出28个细菌门,其中26个门为共有的细菌门。盆栽试验和野外试验共有的优势细菌门有变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、厚壁菌门和芽单胞菌门,盆栽试验特有的优势细菌门为拟杆菌门和糖化菌门,野外试验中特有的优势细菌门为浮霉状菌门、疣微菌门和GAL15。盆栽试验共检测出7个真菌门,其中6个门为共有的真菌门。野外试验共检测出7个真菌门且均为共有真菌门。优势真菌门均为子囊菌门、担子菌门、接合菌门和Unclassified_k_Fungi。(5)不同混交模式下土壤细菌的功能组成和所占比例没有明显差异,在盆栽试验和野外试验中分别获得25和24类功能基因家族,表现出功能上的丰富性,主要涉及到的功能有代谢和遗传信息的处理;不同混交模式下真菌的功能组成所占比例差异较大,混合营养型真菌的比例较大,且绝大部分为腐生真菌。综上所述,杉木和闽楠幼苗混交对两种植物的生长均表现出促进作用,混交比例为1:1时,生长状况最佳;盆栽试验中土壤中有机质的含量表现为纯杉木混交纯闽楠,而在野外试验中呈现出相反的规律;盆栽与野外试验的土壤微生物既有共同的优势菌,也有其特有的菌群;土壤微生物群落结构受植物种类影响明显,盆栽试验中混交比例1:2时群落多样性最高,而野外试验中纯闽楠最高;盆栽试验中环境因子与细菌群落的相关性比真菌群落大,而野外试验中环境因子与真菌群落的相关性更大;土壤中细菌群落以代谢和遗传信息处理为主,真菌群落多为腐生型。