基于高通量测序的黄河三角洲4种人工林土壤细菌结构及多样性研究

为研究黄河三角洲不同人工林土壤细菌群落特征,应用高通量测序技术,比较分析了刺槐、榆树、白蜡、臭椿4种人工林土壤细菌结构及多样性,并结合土壤理化性质进行相关性分析。结果表明:人工林土壤中共有31门细菌;4种人工林土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门细菌以及刺槐、臭椿人工林土壤中硝化螺旋菌门细菌是土壤中的优势群落。不同人工林土壤中酸杆菌门、变形菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、广古菌门、泉古菌门、蓝藻菌门细菌丰度差异显著。刺槐人工林土壤细菌多样性最高;白蜡人工林土壤细菌多样性最低。土壤pH、含水量、有机质含量与酸杆菌门细菌丰度呈显著负相关关系,土壤pH与变形菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门细菌丰度呈极显著正相关关系;土壤pH、有效磷含量与人工林细菌多样性呈显著正相关关系。以上研究结果表明,黄河三角洲不同人工林土壤细菌群落存在一定差异,土壤pH、含水量、有机质、有效磷含量是影响土壤细菌结构和多样性的主要土壤因素。     

黄河三角洲刺槐臭椿混交林与纯林土壤细菌群落结构和多样性特征分析

为研究黄河三角洲地区混交人工林土壤细菌群落特征,应用高通量测序技术,比较分析了刺槐臭椿混交林以及臭椿和刺槐纯林土壤细菌结构及多样性,并结合土壤理化性质进行分析。试验结果表明：在细菌门分类水平上,臭椿纯林、刺槐纯林、刺槐臭椿混交林土壤中分别检测出27、25、31门细菌,3种不同林分土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门、硝化螺旋菌门、绿弯菌门、浮霉菌门、芽单胞菌门、疣微菌门8种细菌是土壤中的主要细菌群落,其中酸杆菌门、变形菌门和放线菌门为优势细菌群落。不同类型人工林土壤中各门细菌相对丰度差异显著。混交林土壤细菌物种数和Shannon指数值分别为1910和9.1高于两种纯林。通过对土壤主要细菌群落与土壤理化性质进行主成分分析发现,3种不同林分之间在土壤细菌群落结构上有较高程度的分离,差异显著（P < 0.05）,有效磷含量与混交林土壤细菌群落有较强的正相关关系。因此可以得出结论,不同林分类型、土壤理化性质和细菌群落结构三者相互影响,刺槐臭椿混交增加了土壤细菌群落多样性,土壤理化性质在一定程度上影响土壤细菌结构和多样性。     

土壤微生物群落对麻栎-刺槐混交林凋落物分解的影响

以麻栎-刺槐混交林和麻栎纯林为研究对象,采用野外定点采样、室内分析与高通量测序的方法,对凋落物分解过程中土壤微生物菌群多样性特征及其对凋落物分解速率的影响进行了研究。结果表明:(1)麻栎-刺槐混交林凋落物的分解速率高于麻栎纯林。两种林分凋落物有机碳(TOC)、全氮(TN)发生释放,全磷(TP)发生积累-释放的过程。(2)两种林分土壤细菌优势类群为放线菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Actinobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia),土壤真菌优势类群为担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Moritierellomycota)。(3)凋落物分解过程中,麻栎-刺槐混交林土壤微生物菌群丰富度指数和菌群多样性指数变化范围小于麻栎纯林。(4)凋落物分解速率与土壤细菌菌群丰富度指数和菌群多样性指数呈显著正相关,与土壤真菌菌群丰富度指数呈显著正相关。土壤微生物群落对麻栎-刺槐混交林和麻栎纯林凋落物分解速率具有重要影响,研究结果为深入开展混交林土壤微生物多样性对凋落物分解的影响研究提供理论依据。     

模拟增温对青海湖河源湿地土壤微生物群落特征的影响

湿地生态系统在生物多样性保护等方面有着重要的功能及地位, 不同的湿地生态系统在功能上存在差异, 土壤微生物在湿地生态系统中发挥着重要作用, 但目前对河源湿地的土壤微生物群落开展的研究较少。全球变暖大背景下, 为探究温度升高对河源湿地土壤微生物的影响, 利用高通量测序方法来深入了解模拟增温后土壤细菌及真菌的群落结构及多样性的变化。青海湖河源湿地细菌的优势菌群为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门及厚壁菌门, 真菌的优势菌群为子囊菌门、担子菌门。细菌群落对比真菌群落而言对土壤增温的响应更为明显, 细菌菌群的相对丰度呈增加趋势, 真菌群落仅Hypocreales目相对丰度显著增加; 土壤细菌及真菌群落的丰富度均降低, 而群落多样性增加。增温影响了土壤细菌及真菌的群落结构及多样性, 且细菌群落对土壤增温更为敏感。     

不同林龄杉木林土壤细菌群落结构与土壤酶活性变化研究

探究不同林龄杉木人工纯林土壤中的微生物的群落演变与结构特征与酶活性变化,为杉木人工林可持续经营管理提供依据。以福建省南平市的五片不同林龄杉木林表层土壤作为研究对象,通过16SrDNA测定细菌的群落组成,分析与土壤质量密切相关的四种土壤酶活性变化,揭示细菌群落与土壤酶活性的变化机理。结果表明,微生物的多样性指数与OTU都随着林龄的增加而增加,且幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林土壤微生物结构差异较大;不同林龄杉木人工林中包含了29个细菌门,其中酸杆菌门与变形菌门为优势菌群,根据各种群相对丰度变化以及冗余分析,放线菌门、浮霉菌门与疣微菌门等均随林龄增长出现较大变化,且与土壤可溶性有机质以及速效养分有显著相关性（P<0.05）,说明这几种细菌群落对土壤养分变化较敏感;土壤养分变化会影响土壤酶活性,蔗糖酶与全碳呈显著正相关（P<0.05）,与速效钾呈显著负相关（P<0.05）,与放线菌门呈极显著负相关（P<0.01）。脲酶与速效氮呈显著负相关（P<0.05）,脲酶与变形菌门、绿弯菌门、放线菌门、硝化螺旋菌门以及拟杆菌门均存在较强相关性。综上,不同的土壤细菌种群与酶活性对各养分变化的响应程度不一,细菌群落结构与酶活性能反映不同林龄杉木林土壤的质量变化,适量延长杉木人工林种植年限有益于土壤质量恢复。本研究结果对指导杉木人工林优质经营有重要意义。     

滨海盐碱地刺槐(Robinia pseudoacacia)混交林土壤水盐动态

以固氮树种刺槐与绒毛白蜡、榆树、臭椿三树种的混交林及其纯林为研究对象,研究了刺槐与不同树种混交对土壤水分、盐分年动态变化的影响.研究结果表明:(1)刺槐与3个树种混交,刺槐臭椿混交林生长最好,均高于各自纯林.(2)混交林一定程度改善了土壤含水量及层次分布,土壤含水量整体趋势均表现出0～60 cm表层土中含水量高于各自纯林,而深层土壤含水量低的特点,只有8月份纯林和混交林的土壤含水量没有显著差别.不同树种在具体层次上略有差异;(3)混交林降低了土壤含盐量,改变了土壤盐分层次分布和年变化规律.不同月份间土壤含盐量随土壤深度、混交树种的变化而变化.深层土壤含盐量高,表层土壤含盐量低,混交林含盐量低于纯林且存在树种差异.混交林与纯林含盐量均雨季低,旱季高;但在某一具体月份各层次含盐量差别不大;不同土层含水量、含盐量与天然降水之间有明显的相关性,天然降水是混交林及纯林土壤水分的主要来源.     

滨海盐碱地刺槐(Robinia pseudoacacia)混交林土壤水盐动态

以固氮树种刺槐与绒毛白蜡、榆树、臭椿三树种的混交林及其纯林为研究对象,研究了刺槐与不同树种混交对土壤水分、盐分年动态变化的影响。研究结果表明：（1）刺槐与3个树种混交,刺槐臭椿混交林生长最好,均高于各自纯林。（2）混交林一定程度改善了土壤含水量及层次分布,土壤含水量整体趋势均表现出0～60 cm表层土中含水量高于各自纯林,而深层土壤含水量低的特点,只有8月份纯林和混交林的土壤含水量没有显著差别。不同树种在具体层次上略有差异;（3）混交林降低了土壤含盐量,改变了土壤盐分层次分布和年变化规律。不同月份间土壤含盐量随土壤深度、混交树种的变化而变化。深层土壤含盐量高,表层土壤含盐量低,混交林含盐量低于纯林且存在树种差异。混交林与纯林含盐量均雨季低,旱季高;但在某一具体月份各层次含盐量差别不大;不同土层含水量、含盐量与天然降水之间有明显的相关性,天然降水是混交林及纯林土壤水分的主要来源。     

林下植被管理措施对杉木大径材林土壤细菌群落结构的影响

林下植被是人工林生态系统的重要组成部分。本研究采用高通量测序技术,分析林下植被保留、林下植被去除和林下套种3种林下植被管理措施对杉木大径材人工林土壤细菌多样性、细菌群落结构组成以及相对丰度的影响,并分析土壤理化性质与细菌群落多样性的关系。结果表明: 林下植被保留处理的土壤细菌群落Chao1指数、Ace指数和Shannon指数高于林下植被去除和林下套种;放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门为本研究区杉木人工林土壤主要优势细菌;与林下植被去除和林下套种处理杉木人工林土壤细菌群落相比,林下植被保留处理土壤变形菌门、浮霉菌门、厚壁菌门和疣微菌门等相对丰度较高,而放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门的相对丰度较低;3种林下植被管理措施之间,土壤厚壁菌门、浮霉菌门、疣微菌门、Parcubacteria门和放线菌门等类群相对丰度差异显著;土壤含水率、全氮、全磷、水解氮和速效磷含量是影响细菌群落结构的重要因子,细菌多样性指数与土壤全氮、全磷、全钾、水解氮和速效钾含量呈显著正相关。     

不同密度杉木林对林下植被和土壤微生物群落结构的影响

为揭示土壤养分和细菌群落对林下植被调控的响应机制, 调查了浙江开化3种林分密度(高密度(KH)、中密度(KM)和低密度(KL))的17年生杉木人工林林下植被和生物量, 测定土壤理化性质, 并基于16S rDNA高通量测序技术分析细菌群落结构变化。结果表明, 3种密度的杉木林下植被地上部分总生物量为0.10-2.10 t·hm^-2, 且优势植物物种差异显著。理化性质测定分析发现, 高密度与低密度林分的土壤pH、有效磷含量差异显著。相关性分析表明, 土壤pH与林下植被中草本、灌木生物量及总生物量均呈显著正相关关系, 土壤有机质含量与灌木植被生物量及林下植被总生物量呈显著正相关关系, 速效钾含量与灌木植被生物量呈显著正相关关系。土壤微生物群落结构分析可知, 3种密度杉木林地土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门和绿弯菌门为优势菌群, 总相对丰度占比超过80%。冗余分析(RDA)表明土壤pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量是土壤细菌群落结构变化的关键影响因素。酸杆菌门的优势亚群为Gp2、Gp1、Gp3和Gp6, 占酸杆菌群的51.32%-57.38%, 且随林分密度降低, 林下植被增多, Gp1占比增大, Gp2和Gp6占比下降; Gp6相对丰度与pH呈极显著负相关关系。可见, 杉木纯林经营中适度降低林分密度有利于林下植被生长和良好细菌群落结构保持, 有利于维持杉木林地土壤肥力, 实现可持续经营。     

西藏色季拉山垂直植被带土壤细菌群落组成及功能潜势

研究青藏高原土壤微生物群落组成和功能的空间分布特征有助于深入理解典型高寒生态系统中土壤微生物的重要生态功能。本研究采用16S rDNA高通量测序方法,分析了西藏色季拉山4个不同海拔土壤细菌群落物种组成和功能潜势的变化特征及其驱动因子。结果表明: 随着海拔的升高,土壤细菌的丰富度和Shannon多样性指数显著降低;酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度显著增加,而变形菌门、放线菌门和拟杆菌门的相对丰度则显著降低。KEGG二级代谢通路中,膜运输及氨基酸、脂类、萜类和聚酮类化合物代谢相关基因的相对丰度在高海拔显著降低,而碳水化合物代谢、信号转导、复制与修复、酶家族等基因丰度则显著升高。不同海拔土壤细菌群落组成和功能潜势的变化受到植被和土壤因子的显著影响,并且pH值是关键驱动因子。群落功能潜势与放线菌门、拟杆菌门、纤维杆菌门等种群丰度显著相关。不同海拔下群落KEGG代谢通路基因组成的差异(β多样性)与土壤细菌群落结构的差异呈显著正相关,说明微生物群落组成与功能潜势之间可能存在紧密关联。     

基于16S rDNA测序对茶园土壤细菌群落多样性的研究

土壤细菌群落组成和多样性,对茶园土壤生态系统健康和肥力可持续性具有的重要理论意义。利用Illumina高通量测序技术测定分析16S rDNA,研究云南景迈山、布朗山和南糯山的现代茶园、古茶园(林)和森林土壤的细菌群落结构与多样性。结果表明:古茶园土壤细菌的丰度和多样性高于现代茶园及森林;研究土壤样本细菌共分属47个菌门、89个目,其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、厚壁菌门与拟杆菌门是优势类群,它们在森林、现代茶园和古茶园土壤中的相对丰度累计分别达91.86%、82.48%和77.08%;伯克霍尔德氏菌目、根瘤菌目是优势菌群,其平均丰度分别达13.91%和8.17%,黄单胞菌目、红螺菌目、芽孢杆菌目、放线菌目和拟杆菌目等12个目的丰度较高,达2%以上;PCA分析表明:森林、现代茶园和古茶园土壤的细菌群落结构差异明显,除景迈山外,主要优势细菌丰度依次为:古茶园现代茶园森林,古茶园土壤细菌多样性有增强趋势。     

呼伦贝尔沙地樟子松人工林土壤细菌群落结构与功能预测

为揭示呼伦贝尔沙地樟子松人工林土壤细菌群落结构和功能特征,以3种林龄（25 a、34 a和43 a）沙地樟子松人工林为研究对象,沙质草地为对照,采用野外调查、Illumina Miseq高通量测序和PICRUSt功能预测相结合的研究方法,鉴定分析土壤细菌群落结构,阐明土壤理化因子对土壤细菌群落结构的影响,预测土壤细菌功能特征。研究结果显示：（1）呼伦贝尔沙地樟子松人工林共获得土壤细菌35门92纲109目210科267属,主要细菌优势门为变形菌门（Proteobacteria）（24.29%±3.39%）、放线菌门（Actinobacteria）（23.72%±4.10%）和酸杆菌门（Acidobacteria）（23.40%±2.55%）。人工林与沙质草地的变形菌门和酸杆菌门相对丰度存在显著差异（P<0.05）,人工林间土壤细菌多样性指数不存在显著差异（P>0.05）。（2）研究区土壤细菌群落的主要影响因子是速效钾、全磷和全氮。（3）PICRUSt功能预测共获得5个一级功能层和31个二级功能层,主要涉及环境信息处理、代谢和遗传信息处理等功能。43 a人工林土壤细菌代谢功能活跃,有利于植物对养分的吸收和利用。在呼伦贝尔沙地种植樟子松人工林有助于改善土壤细菌群落结构,促进土壤细菌代谢功能,且表层土壤细菌群落对土壤环境变化更为敏感。     

降香黄檀不同混交林土壤细菌多样性差异分析

为探讨降香黄檀不同混交林土壤细菌的多样性及其与土壤性质的关系,应用高通量测序技术,比较降香黄檀(Dalbergia odorifera T.Chen)分别与奥氏黄檀(Dalbergia oliveri)、大果紫檀(Pterocarpus macarocarpus)、檀香(Santalum album L.)和母生(Homalium hainanense Gagnep.)混交的4种模式土壤细菌多样性,并结合土壤的理化、酶活进行了相关性分析。结果表明,14种混交林土壤的理化、酶活均存在差异。其中降香黄檀与檀香混交林土壤的含水量、有机质、全氮、有效钾和脲酶含量最高,分别为:5.24%、27.5 g/kg、0.85 mg/g、37.46 mg/kg和0.32 mg/kg,降香黄檀与大果紫檀混交林土壤的p H、有效磷和多酚氧化酶含量最高,分别为:4.48、6.04 mg/kg、4.19 mg/kg。2通过高通量测序表明四种混交模式土壤细菌的丰富度为:降香黄檀×檀香降香黄檀×大果紫檀降香黄檀×奥氏黄檀降香黄檀×母生,土壤细菌多样性为:降香黄檀×大果紫檀降香黄檀×奥氏黄檀降香黄檀×檀香降香黄檀×母生。其中,变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门和厚壁菌门为4种混交模式中的主要菌群。3经冗余分析和相关性分析表明,影响降香黄檀混交林土壤细菌群落结构和细菌多样性的主要土壤理化因子为:p H值、脲酶、多酚氧化酶和有机质。     

Mixed plantations of Metasequoia glyptostroboides and Bischofia polycarpa change soil fungal and archaeal communities and enhance soil phosphorus availability in Shanghai,China

Soil degradation has been found in urban forests in Shanghai, especially in the pure plantations. Mixed plantations are considered to improve soil quality because they can stimulate organic matter cycling and increase soil carbon and nutrient content. Although soil microbes play crucial roles in regulating soil biogeochemical processes, little is known about how mixed plantations affect soil microbial communities, including bacteria, archaea, and fungi. Here, we evaluated soil chemical properties, abundances and compositions of soil bacterial, archaeal, and fungal communities, and enzyme activities in pure and mixed Metasequoia glyptostroboides and Bischofia polycarpa plantations, located in Shanghai, China. The results showed that soil available phosphorus content in the mixed plantation of M. glyptostroboides and B. polycarpa was significantly higher than that in pure plantations, while no significant difference was observed in the content of soil organic carbon, total and available nitrogen, total and available potassium among the three studied plantations. We found higher fungal abundance in the mixed plantation, when compared to both pure plantations. Moreover, fungal abundance was positively correlated with the content of soil available phosphorus. No significant difference was found in the abundance and diversity of bacterial and archaeal community among the three studied plantations. A similarity analysis (ANOSIM) showed that mixed plantation significantly altered the community composition of archaea and fungi, accompanied with an increase of alkaline phosphatase activity. However, ANOSIM analysis of bacterial communities showed that there was no significant group separation among different plantations. Overall, results from this study indicated that fungal and archaeal communities were more sensitive to aboveground tree species than bacterial community. Moreover, mixed plantations significantly increased the activity of alkaline phosphatase and the content of soil available phosphorus, suggesting that afforestation with M. glyptostroboides and B. polycarpa is an effective way to alleviate phosphorus deficiency in urban forests in Shanghai, China.     

黄土高原水土保持林对土壤水分的影响

黄土高原植被恢复的限制因素主要是土壤水分,植被与土壤水分关系的研究对黄土高原植被恢复具有重要意义.2008年7月1日至2009年10月31日间采用EnviroSMART土壤水分定位监测系统以每30min监测1次的频度,对晋西黄土区刺槐人工林地、油松人工林地、次生林地的土壤水分变化进行了研究.研究得出:次生林地0-150 cm土层中平均蓄水量为331.95mm,刺槐人工林地为233.85 mm,有整地措施的油松人工林地为314.85mm,刺槐人工林比次生林多消耗的98.10mm土壤水分主要来源于80 cm以下土层.次生林主要消耗0-80 cm土层的水分,而人工林不但对0-80 cm土层水分的消耗量大于次生林,对深层土壤的消耗也较次生林大,这将有可能导致人工林地深层土壤的“干化”.在土壤水分减少期(11-1月)刺槐人工林土壤水分的日均损耗量为0.86mm、油松人工林为0.82 mm、次生林为0.84 mm.土壤水分缓慢恢复期(2-5月)刺槐人工林地土壤水分的恢复速度0.90mm/d,油松人工林地为0.53 mm/d、次生林地为0.79 mm/d.土壤水分剧烈变化期(5-10月)刺槐人工林地土壤水分含量的极差为95.71mm,油松人工林地为179.1mm,次生林地为72.03mm.在干旱少雨的黄土高原进行植被恢复时,应多采取封山育林等方式,依靠自然力量形成能够与当地土壤水资源相协调的次生林,是防止人工植被过度耗水形成“干化层”、保障水土保持植被持续发挥生态服务功能的关键.     

南亚热带马尾松-红椎混交林及其纯林土壤细菌群落结构与功能

营建乡土阔叶树种人工纯林和针阔混交林是我国亚热带地区森林经营的发展趋势,但对人工纯林和针阔混交林土壤细菌群落结构及功能知之甚少。本研究以南亚热带乡土针叶树种马尾松、阔叶树种红椎人工纯林及二者的混交林为对象,运用细菌16S rRNA基因高通量测序技术和PICRUSt基因功能预测,分析了3种人工林不同土层(0～20、20～40和40～60 cm)土壤细菌群落的结构与功能。结果表明: 混交林和马尾松林土壤细菌群落结构相似,但与红椎林差异显著,红椎林土壤细菌群落多样性、生物通路代谢功能和氮循环功能低于马尾松林和混交林;土壤全氮、硝态氮和C/N是导致红椎林与马尾松林和混交林土壤细菌群落结构及功能差异的主要土壤理化因子。就土壤细菌群落结构与功能而言,在该地区营造红椎和马尾松针阔混交林要优于红椎纯林。