长期集约种植对雷竹林土壤氨氧化古菌群落的影响

应用荧光定量PCR以及PCR-DGGE技术研究了雷竹林长期集约种植过程中土壤氨氧化古菌种群数量及群落结构的演变趋势,并利用典范对应分析(CCA)方法研究影响土壤氨氧化古菌群落的主要环境因子。研究结果表明,水稻田改种雷竹后,土壤氨氧化古菌种群数量显著增加,在4 a时达到最高,但在集约种植后快速下降,9 a雷竹林土壤氨氧化古菌数量最低,随后逐渐稳定。雷竹林土壤氨氧化古菌种群主要为不可培养泉古菌,聚类分析结果表明集约种植前后氨氧化古菌群落结构存在明显差异,长期集约经营雷竹林土壤以适应较低pH值的物种为主要优势种群。CCA分析表明,集约种植时间较长的11 a和15 a林地群落结构较为类似,与7 a和9 a样地明显区分。土壤NO-3-N与氨氧化古菌群落变化的相关性最强,说明氨氧化古菌在雷竹林土壤硝化过程中发挥着重要作用。土壤pH值及速效养分对土氨氧化古菌群落也具有较大影响,它们与NO-3-N合计解释了59.7%的样本总变异,表明土壤酸化以及过量养分的积累对氨氧化古菌群落具有重要影响。     

不同种植年限香榧根际土壤微生物多样性

为探明不同种植年限对香榧根际土壤微生物群落特征的影响,采用高通量测序技术,分析种植5 a、10 a和15 a香榧根际土壤细菌、真菌的群落结构和多样性特征.结果表明: 在种植15 a的香榧土壤中细菌Chao1指数、ACE指数和Shannon指数显著降低,Simpson指数无显著变化.NMDS分析显示,种植年限对细菌群落结构变化有显著影响,而种植5 a和10 a香榧林地土壤具有相似的细菌群落.细菌相对丰度、多样性以及群落结构(基本上由变形菌、放线菌、酸杆菌和绿弯菌组成)的变化与有机质、C/N、全氮呈极显著相关.香榧根际土壤真菌Chao1指数和ACE指数随种植年限的增加显著降低,Shannon指数和Simpson指数在种植10 a香榧林地中较高.真菌NMDS分析显示,相同种植年限土壤真菌群落聚在一起,不同种植年限之间能明显分开.真菌优势菌群主要包括子囊菌门、担子菌门、接合菌门.有机质是影响真菌丰富度、多样性和群落结构变化的主要因子.综上,香榧根际土壤微生物群落随种植年限不同而发生明显变化,种植年限、C/N、土壤全氮和有机质含量是影响香榧根际土壤微生物群落结构的主要因子.     

毛竹林集约经营对土壤固碳细菌群落结构和多样性的影响

为揭示毛竹集约经营对土壤固碳细菌的影响,分别采集集约经营时间为0、10、15、20年和25年的毛竹林土壤(0—20 cm和20—40 cm)土壤,应用实时荧光定量PCR、T-RFLP以及cbbL基因文库方法,分析毛竹林长期集约经营过程中土壤固碳细菌丰度和群落结构多样性的变化,通过冗余分析(RDA)探讨影响土壤固碳细菌群落的主要环境因素。结果表明,长期的集约经营显著提高了毛竹林表层和亚表层土壤的养分含量,土壤pH值却明显降低。集约经营毛竹林土壤固碳微生物数量并未表现出与SOC的相关性,而与N素水平的变化显著相关。具体表现为:随着集约经营的进行表层cbbL基因丰度呈先上升(10年)后下降的规律,与氮素水平呈正相关(P0.05);亚表层土壤cbbL基因丰度则呈直线下降的趋势,与C∶N呈正相关(P0.05)。集约经营导致表层和亚表层土壤微生物群落结构改变,表层固碳细菌多样性指数下降。由系统发育分析可知,不可培养固碳细菌占56%比例,土壤中共同的优势种类多为变形菌和放线菌,以兼性自养为主。RDA分析结果表明土壤酸化和养分积累是毛竹林土壤固碳细菌群落和多样性变化的重要原因。     

十八河铜尾矿库坝面细菌群落时空动态及其驱动力

群落多样性的维持机制是群落生态学研究的热点问题.尾矿库作为人工原生裸地,土壤重金属含量较高,随着恢复年限的延长,土壤理化性质发生变化,是研究土壤微生物群落多样性驱动机制的理想场地.本研究在调查十八河尾矿库土壤因子、植物群落多样性和土壤细菌群落多样性的基础上,探究了局域小尺度下细菌群落结构和多样性的驱动机制.结果表明: 尾矿库土壤养分含量随恢复年限的延长显著提高,并具有一定的季节变化,不同恢复年限土壤养分含量的季节动态存在差异.细菌群落的Shannon多样性和丰富度指数随恢复年限呈显著增加趋势,群落稳定性逐步提高;而其季节变化受到植物群落的影响,在不同恢复年限下具有一定的差异.RDA分析显示,环境因子对土壤细菌群落多样性有决定作用.结构方程模型分析表明,土壤养分(TC、TN、NO₃^--N、NO₂^--N)含量、植物群落多样性和土壤酶活性共同驱动该铜尾矿库土壤细菌群落的构建过程.     

毛竹种植对土壤细菌和真菌群落结构及多样性的影响

为揭示天然林改为毛竹林过程中土壤微生物变化规律,在浙江省湖州市安吉县和长兴县两地选择不同种植历史的粗放经营毛竹林,分层采集0～20和20～40 cm的混合土壤样品,应用PCR-DGGE技术分析土壤细菌和真菌群落结构及多样性变化.结果表明: 在马尾松林改种毛竹林或毛竹林入侵杂灌阔叶林形成毛竹纯林过程中,土壤细菌和真菌的群落结构均发生明显变化,且细菌结构对毛竹种植的响应更敏感;随着毛竹生长时间的延长,表层土壤细菌群落表现出抵抗干扰、最后向改种毛竹之前状态恢复的趋势.毛竹种植时间、样地和土层均对土壤细菌和真菌多样性产生显著影响,其中样地和土层的影响明显大于种植时间.土壤性质和细菌、真菌结构的冗余分析结果表明,不同地点、不同土层驱动土壤微生物结构随时间变化的主要因子没有一致规律,且第1、2轴对样地变化的解释率大多低于65.0%,说明除本研究分析的5个土壤化学指标外,可能还有其他土壤理化性质共同驱动微生物结构的变化.     

五大连池火山土壤细菌多样性及其群落结构

火山熔岩生境孕育了独特的土壤微生物群落。为了解火山生态系统土壤细菌群落多样性和群落结构及其关键影响因子,选择五大连池新、老期火山为研究样点,非火山为对照,基于高通量测序方法,分析不同采样点土壤细菌群落结构和多样性,结合土壤理化指标,进一步分析影响火山生态系统土壤细菌群落多样性的环境因子。结果表明：细菌操作分类单元（OTUs）、Ace指数、Chao1指数和Simpson指数变化趋势一致,表现为非火山 > 新期火山 > 老期火山。三个样点土壤的共有OUTs数量为713个,各自特有的OTUs数量不尽相同。三个样点土壤中检测到共有细菌16个类群,其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和绿弯菌门为优势菌群,老期火山土壤中酸杆菌门、疣微菌门、Rokubacteria相对丰度最大,而Patescibacteria相对丰度最小。三个样点的土壤细菌群落具有明显的空间关系,相似性差异较大,但不符合随地理距离的增加而降低的模型。土壤理化性质测定结果标明：老期火山土壤pH、有机质、全氮、全磷、铵态氮和硝态氮显著高于新期火山和非火山,新期火山土壤含水量和速效磷显著低于老期火山和非火山。喷发时间和火成岩基质等特性会导致不同火山土壤理化性质的差异,进而影响土壤细菌多样性和群落结构。Pearson相关性分析表明：土壤pH显著影响细菌的多样性指数。冗余分析（RDA）结果表明：土壤氮含量、pH和有机质是影响火山森林生态系统土壤细菌群落结构的主要因子。     

林地覆盖对雷竹林土壤微生物特征及其与土壤养分制约性关系的影响

为了探讨林地覆盖雷竹林退化机理,给退化雷竹林恢复提供理论参考,对不同覆盖年限(CK、1、3 a 和6 a) 雷竹林土壤微生物区系组成和生物量碳(C_mic)、氮(N_mic)、磷(P_mic)等特征因子进行了测定,并分析了其与土壤养分的制约性关系。结果表明:(1) 雷竹林土壤微生物以细菌为主,真菌次之,放线菌最少,分别占土壤微生物总量的90.11%-98.03%、1.04%-9.22%和0.67%-1.37%。随覆盖年限增加,细菌、放线菌比率呈下降趋势,真菌比率呈上升趋势;土壤微生物总数、细菌和放线菌数量及C_mic、N_mic、P_mic均呈先升高后降低的变化趋势,试验雷竹林间差异极显著,真菌数量总体呈极显著升高趋势。(2)雷竹林土壤微生物特征因子与土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、碱解氮(Available nitrogen, AN)和pH均呈显著或极显著相关,其中,CK和覆盖1 a、3 a雷竹林土壤微生物特征因子与土壤养分主要呈正相关,与pH呈负相关,而覆盖6 a雷竹林则相反。(3)不同覆盖年限雷竹林土壤养分与土壤微生物的制约性关系存在一定的差异,CK雷竹林土壤SOM、TN、AN、速效钾(AK)和pH主要影响土壤C_mic、N_mic和细菌,覆盖1 a雷竹林土壤SOM、TN、TP和AK主要影响土壤P_mic、放线菌和细菌,覆盖3 a雷竹林土壤SOM、TN、速效磷(AP)和AN主要影响土壤N_mic、放线菌和真菌,覆盖6 a雷竹林土壤SOM、TN和pH主要影响土壤N_mic、真菌。研究表明:长期覆盖雷竹林土壤细菌、放线菌数量与比例明显降低,真菌数量与比例明显提高,土壤养分与土壤微生物的制约性作用关系会发生较为明显变化,产生土壤障害,这是覆盖雷竹林退化的主要原因之一。     

覆盖措施对雷竹林地土壤硝化和反硝化作用的影响

为探讨林地覆盖对雷竹林土壤硝化和反硝化作用的影响,以不覆盖雷竹林为对照,测定了林地覆盖期间(覆盖后30、60、90 d)雷竹林土壤基本理化性质,并用气压分离过程技术(Ba PS)测定了土壤硝化速率和反硝化速率。结果表明:覆盖措施和覆盖时间对雷竹林土壤硝化和反硝化作用均有显著影响,而且两者存在明显的交互作用;覆盖能促进雷竹林土壤反硝化作用,但长时间覆盖会抑制雷竹林土壤硝化作用;覆盖总体上会降低雷竹林土壤硝化速率、反硝化速率与土壤理化性质的相关性程度,并使土壤硝化和反硝化作用的主要环境影响因子趋于多样化和复杂化;覆盖雷竹林土壤硝化速率的主要环境影响因子是土壤含水量、p H值、铵态氮含量和总孔隙度,反硝化速率的主要环境影响因子是土壤p H值、含水量和总孔隙度。林地覆盖会显著影响雷竹林土壤的氮循环过程,可能会增加土壤氮素损失。     

氮水添加对中国北方草原土壤细菌多样性和群落结构的影响

研究了我国北方典型温带草原土壤细菌多样性和群落结构对氮水添加及环境因素的响应.结果表明:在常规降水条件下,土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)均随氮(N)梯度增加而逐渐降低;在增加降水条件下,MBC和MBN也随N梯度增加而降低,但降水增加削弱了N的抑制效应.在常规降水条件下,土壤细菌丰富度、Shannon多样性和均匀度等α-多样性指数随N梯度没有明显变化;增加降水条件下,各N梯度处理的土壤细菌α-多样性指数都显著高于常规降水条件下相应的N处理梯度.相关分析显示,土壤含水量、硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)与土壤细菌均匀度指数呈显著负相关关系;MBC和MBN与Shannon丰富度指数和均匀度指数呈显著正相关关系.土壤细菌群落非度量多维标度排序(NMDS)显示,在常规降水和增加降水处理下,土壤细菌群落结构均随N梯度增加发生明显改变.冗余分析(RDA)表明,MBC、MBN、p H和NH4+-N是影响土壤细菌群落结构的重要环境因子.     

东祁连山退化高寒草地土壤细菌群落与土壤环境因子间的相互关系

为探究东祁连山不同退化高寒草地细菌群落分布特征与土壤环境因子间的相互关系,采用高通量测序技术对轻度、中度和重度退化草地的土壤细菌群落结构变化及其多样性进行分析,运用CANOCO 4.5软件对土壤细菌群落与土壤环境因子间关系进行冗余分析(RDA).结果表明:不同退化高寒草地土壤理化性质间均差异显著,高通量测序共得到257125条有效序列,180826条优质序列,4790个OTUs.细菌群落Chao1指数依次为轻度>中度>重度;Shannon指数依次为轻度>重度>中度.系统发育分析表明,各样地土壤细菌类群分属于33个门,其中放线菌门、变形菌门和厚壁菌门是3种不同退化草地土壤中的优势类群.对不同退化草地土壤细菌各门所占比例分析发现,放线菌门、酸杆菌门和变形菌门随着退化程度加剧先减少后增加,厚壁菌门反之.RDA分析结果显示,细菌优势类群与蔗糖酶、纤维素酶和磷酸酶呈极显著相关,与pH、电导率、速效氮、速效钾呈显著相关.说明东祁连山不同退化高寒草地土壤细菌群落间差异明显,土壤环境因子是影响土壤细菌群落分布的重要因素.     

集约经营对毛竹林土壤固氮细菌群落结构和丰度的影响

为揭示集约经营对毛竹林土壤固氮细菌群落特征的影响,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)和荧光定量PCR技术,分析集约经营0(CK)、10、15、20、25年毛竹林土壤固氮菌群落结构和丰度的变化规律,并探讨了影响土壤固氮菌群落的主要环境因素.结果表明： 毛竹林集约经营导致土壤pH下降而速效养分积累;集约经营初期(10年)和后期(25年)土壤固氮细菌的群落结构与对照相似,而中期的15年和20年则与对照差异较大.固氮菌多样性指数和丰度均呈现先减少后增加的趋势,经营15年时达到最小值;土壤固氮细菌表现出对集约经营干扰的抵抗和恢复反应.冗余分析表明,土壤速效钾、水解氮、硝态氮和铵态氮的含量与固氮菌群落结构的变化有较强的相关性,表明集约经营措施导致了土壤固氮细菌短期的变化,但长期而言,不会对土壤固氮细菌产生不良影响.     

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。     

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。     

贡湖湾退圩还湖区水位高程下植被分布格局与土壤特征

为揭示水陆交错带水位高程下植被分布格局、多样性指数和土壤特征的变化,于2015年10月对贡湖湾湿地北部生态修复区不同水位高程下植物群落组成和土壤特征进行调查,结果表明:整个研究区有165种植物,隶属65科、142属,多为多年生植物且受人为影响严重;随水位高程增加,植物群落R、H、D、J呈现逐渐递增趋势,具体表现为常年水淹区G1季节性水淹区G2水淹区G3;土壤容重及机械组成中粉、黏粒含量随水位高程升高而增加;随土壤营养物渐增其植物群落多样性增加,多样性和优势度指数与土壤全氮(TN和有机质(OM)负相关。OM含量呈"V"型先减后增分布;TN呈逐渐增多的趋势;速效钾(EP)含量无明显波动,约为13.50 mg/kg;有效磷(AP)含量先减少后基本不变;4个多样性指数间正相关;TN与OM显著正相关(R~2=0.533);OM与EP负相关(R~2=-0.144;TN与丰富度、多样性、优势度正相关;AP与4个多样性指数均正相关;pH值与4个多样性指数负相关;回归分析可见,TN和OM是影响植物群落多样性的关键因子。科学的植被管理、全面调控土壤营养盐含量有助于水陆交错带植被恢复。     

火电厂周边不同生物结皮细菌群落特征差异及其影响因素

为探究大气降尘重金属污染对矿区周边不同类型生物结皮细菌群落结构的影响,利用高通量测序技术分析位于宁东能源化工基地典型火电厂周边的3类生物结皮(藻结皮ZB、混生结皮HB、苔藓结皮TB)和对照(CK,裸土)的细菌丰度和群落结构,并探讨了影响细菌群落结构的环境因子。结果表明: 不同类型生物结皮的理化性质和重金属含量存在差异,且由于生物结皮对大气降尘重金属的富集作用造成各类结皮均达重度污染级别。在相对丰度排名前10的优势细菌门中,芽单胞菌门、蓝细菌门在不同类型生物结皮之间差异显著。细菌群落α多样性由高到低排序依次为CK>TB>HB>ZB。非度量多维排序(NMDS)结果显示,裸土细菌群落与其他3种生物结皮存在明显差异。相关性分析表明,生物结皮演替对细菌群落组成具有显著影响,细菌多样性和组成与pH、养分、重金属含量等密切相关。放线菌门、绿弯菌门相对丰度与pH值呈显著正相关关系,而与全氮(TN)、全磷(TP)、Pb、Zn、Cd均呈显著负相关关系;冗余分析结果表明,TN、pH、TP、有机碳(SOC)是影响3种生物结皮细菌群落α多样性以及一些优势菌群相对丰度的主要土壤环境因子,而重金属Pb、Zn、Cd是影响细菌群落结构的主要重金属元素,对细菌群落数量和多样性有抑制或刺激作用。说明pH、重金属和养分是影响结皮细菌群落组成的关键因子。总体而言,长期的重金属富集作用会对生物结皮的细菌多样性和群落组成产生影响。     

宁夏南部生态移民迁出区不同恢复模式土壤微生物群落特征

为了揭示人工林对土壤微生物环境的作用机理,利用高通量测序技术,比较了宁南山区刺槐、河北杨、油松、青海云杉和自然恢复林地的土壤真菌、细菌群落组成及多样性,分析了土壤理化性质与优势菌群的关系。结果表明: 1)不同恢复模式土壤真菌优势菌门为子囊菌门、担子菌门、被孢霉门、未分类真菌,占总真菌群落的90%以上;细菌优势菌门为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和其他细菌门,占总细菌群落相对丰度的80%以上。2)油松林地土壤真菌多样性最高,Shannon指数和 Simpson 指数分别为3.72±0.37、0.07±0.04。自然恢复林地真菌物种数量最高,Ace和Chao1指数分别为708.19±137.25、706.26±125.34;油松林地细菌多样性和物种数量都最高,Shannon、Simpson、Ace和Chao1指数分别为6.57±0.04、0.004±0.00、3439.81±41.67和3463.14±32.16。3)不同恢复模式相对丰度差异显著的真菌属为产油菌属、枝孢菌属、链格孢属,细菌属为67-14科未定名属、红色杆菌科红色杆菌属、鞘脂单胞菌科鞘脂单胞菌属。4)微生物优势菌群与土壤理化性质的冗余分析(RDA)表明,土壤容重(BD)、碳氮比(C/N)、pH是影响真菌优势菌群的主要因子,BD、氮磷比(N/P)、全磷(TP)、全碳(TC)是影响细菌优势菌群的主要因子。总体而言,不同恢复模式间真菌丰度差异性高于细菌丰度,表明真菌群落组成及其多样性对于不同树种和土壤环境变化较细菌群落更为敏感。研究结果将为宁南山区植被恢复措施及生态系统功能稳定性的维持提供理论支持。     

滇西北高原纳帕海湖滨湿地退化特征、规律与过程

采用双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析(CCA)方法,研究了滇西北高原纳帕海湖滨湿地退化特征、规律与过程.结果表明: 纳帕海湖滨湿地植物群落可以划分为4个群丛,群落演替规律为水生植物群落→沼泽植物群落→沼泽化草甸植物群落→草甸植物群落.随植物群落演替,群落盖度、密度、多样性指数、物种丰富度和地上生物量均增大,群落高度减小;植物水分生态型演替规律为水生植物→沼生植物→湿生植物→中生植物.随群落演替,湿地水体矿化度、硬度和碱度均降低,氨氮和总磷含量升高,总氮和硝态氮含量变化不明显;土壤pH、有机质和全氮含量逐渐降低,全磷和全钾含量逐渐升高,速效氮和速效磷含量先增大后减小.CCA分析表明,群落结构和物种组成主要受水分梯度影响,土壤pH、全磷和湿地水的总氮、氨氮对湿地植物物种分布和群落演替影响显著.     

基于高通量测序技术的不同年代公园绿地土壤细菌多样性

【背景】细菌多样性对绿地土壤生态功能有重要作用,但不同年代公园绿地土壤的细菌多样性尚未见相关报道。【目的】研究北京市不同年代公园绿地土壤细菌多样性和群落结构特征。【方法】利用IlluminaMiSeq测序技术,分别对北京市代表性古典公园和现代公园绿地土壤细菌群落多样性进行分析。【结果】北京市公园绿地土壤细菌群落共划分为45个已知的菌门,其中变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门为优势细菌群。土壤细菌群落α多样性分析结果表明,古典公园和现代公园的土壤细菌多样性存在差异,表现为古典公园的丰富度和多样性都高于现代公园。此外,土壤细菌群落相似性分析和主坐标分析都表明古典公园和现代公园的土壤细菌群落结构存在显著差异。冗余分析表明,对土壤微生物群落结构产生显著影响的环境因子分别为土壤含水量、有机质和全氮,其它土壤环境因子无统计学意义。首次引入公园年代作为影响因子进行冗余分析的研究结果表明,公园年代为影响公园细菌群落多样性的重要因子。【结论】不同年代公园绿地土壤细菌群落结构和物种多样性具有显著差异,随着公园年代的增加,土壤肥力和微生物多样性增加,绿地生态系统更稳定,可通过制定不同的绿地管理措施改变公园绿地土壤环境,进而优化土壤细菌群落结构,促进土壤碳氮养分循环,提高土壤肥力。