关帝山林区不同退化程度草地群落类型土壤细菌群落组成及生物多样性研究
发布时间：2021-11-22 22:52
土壤细菌群落在草地生态系统土壤碳、氮养分代谢和循环过程中发挥着关键作用。本研究以关帝山林区3种典型退化草地群落类型为研究对象,选用高通量测序技术测定其土壤细菌群落组成及生物多样性,采用QIIME软件、R语言和ANOVA方差分析对数据进行统计和分析。结果表明:不同退化程度草地群落类型土层间土壤细菌群落组成及α多样性差异性显著;重度退化的苔草草地（CS）表层土壤细菌α多样性最高,利用和降解土壤有机质能力的芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和节杆菌属（Arthrobacter）的丰度值也最高;草地土壤中反硝化细菌是重要的优势菌群,其丰度含量随草地退化程度增加而显著增高;土壤细菌群落可通过降解土壤有机质和土壤反硝化作用,导致草地土壤有机质含量降低和土壤氮素流失,进而加速草地的退化。本研究结论为阐明关帝山林区草地退化主要成因和开展相关生态恢复与保护工作提供了重要的科学依据。
【文章来源】：激光生物学报. 2020,29(05)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同草地类型和土层土壤细菌群落α多样性分析
不同退化程度草地群落类型和土层土壤细菌群落组成及优势菌群相对丰度含量存在显著性差异。由图2可知：相对丰度含量排名前十的细菌门中，变形菌门（Proteobacteria）和蓝细菌门（Cyanobacteria）在轻度退化的KG底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高，显著高于其他草地群落类型和土层，属于明显的优势菌群；浮霉菌门（Planctomycetes）和迷踪菌门（Elusimicrobia）在轻度退化的KG表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高；芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）在重度退化的CS底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高；酸杆菌门（Acidobacteria）在轻度退化的KG表层土壤（0～10 cm）和中度退化的HR底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高，且二者之间差异性不显著；放线菌门（Actinobacteria）在中度退化的HR表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高；硝化螺旋菌门（Nitrospirae）在KG表层土壤（0～10 cm）、HR底层土壤（10～20 cm）和CS底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高，且相互之间差异性不显著；绿弯菌门（Chloroflexi）在重度退化的CS表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，显著高于其它草地群落类型和土层，属于明显的优势菌群；拟杆菌门（Bacteroidetes）在KG表层土壤（0～10 cm）和HR表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，且二者之间差异性不显著。由表2可知：相对丰度含量排名前十的细菌属中，涅瓦河菌属（Nevskia）、芽孢杆菌属（Bacillus）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、乳酸球菌属（Lactococcus）、假诺卡氏菌属（Pseudonocardia）和无色杆菌属（Achromobacter)6个属，在轻度退化的KG底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高，显著高于其它草地群落类型和土层，属于明显的优势菌群；红游动菌属（Rhodoplanes）在中度退化的HR底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高；节杆菌属（Arthrobacter）在重度退化的CS表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，显著高于其它草地群落类型和土层，属于明显的优势细菌属；浮霉状菌属（Planctomyces）在轻度退化的KG表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，且与HR表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量差异不显著；小月菌属（Microlunatus）在轻度退化的KG底层土壤（10～20 cm）和重度退化的CS表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，且二者之间差异性不显著。
土壤细菌是草地生态系统物质循环和能量流动的主要驱动因子，其群落组成及生物多样性对土壤肥力、理化性质及土壤健康状况等产生重要影响[20]。本研究结果表明，不同退化程度草地群落的土壤细菌α多样性存在显著性差异，且土层深度因素也显著影响土壤细菌的α多样性（图1）。Tardy等[21]的研究表明土壤细菌群落生物多样性决定着土壤细菌群落结构及其生态服务功能。此外，Fierer等[22]的研究揭示了土壤细菌群落对土壤环境中各生态因子也产生了相应作用。土壤细菌群落受气候变化、干扰程度、草地类型及植物群落组成等因素的影响，会直接参与土壤有机质的形成和降解过程，对土壤中有机质含量产生重要影响[23-24]。重度退化的苔草草地表层土壤细菌α多样性最高（图1），其高丰度含量的节杆菌属（Arthrobacter）（表2）具有很强的抗旱性和耐饿性，可降解土壤中的有机化合物质，使得土壤有机质含量降低[25]，从而引起土壤退化及草地生态系统退化。同时，牲畜放牧[26]和人为干扰[27]等外因会显著影响和改变土壤细菌种群数量、群落结构及生物多样性，引起土壤硬度和有机质含量等土壤理化特性发生变化，造成土壤退化[20]。“缺氮”是退化草地土壤环境养分失衡的重要表现形式之一，其严重制约着退化草地生态系统的恢复和平衡[9]。而土壤细菌直接参与土壤氮素养分的循环与转化过程，决定着土壤肥力的高低及健康状况[28]，对植物的生长发育和群落演替产生重要影响[29]。本研究结果相对丰度排名前十的土壤细菌门（属）中多数是土壤反硝化细菌[绿弯菌门（Chloroflexi）、节杆菌属（Arthrobacter）等]，其相对丰度含量随草地退化程度增加而显著增高（图2和表2），其主导的反硝化作用易引起土壤中氮素养分流失，造成土壤“缺氮”和加速草地退化[30-31]。而芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）属于革兰氏阴性细菌，能利用和降解土壤中的主要碳源物质，可显著降低土壤有机质含量[32]，其相对丰度含量在重度退化的苔草草地底层土壤中最高，表明由土壤细菌活动导致土壤有机质含量降低可能是引起关帝山林区草地退化的主要原因之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]关帝山林区退化灌木林转变为华北落叶松林对生态系统碳储量的影响[J]. 罗云建,张小全,朱建华,张治军,车通. 生态学报. 2018(23)
[2]不同放牧强度下土壤氨氧化和反硝化微生物的变化特征[J]. 孙翼飞,沈菊培,张翠景,韩国栋,红梅,赵巴音那木拉,贺纪正. 生态学报. 2018(08)
[3]内蒙古锡林河流域草地生态系统土壤保持功能及其空间分布[J]. 张雪峰,牛建明,张庆,董建军,张靖. 草业学报. 2015(01)
[4]草地土壤微生物特性及其对人为干扰响应的研究进展[J]. 谭红妍,陈宝瑞,闫瑞瑞,辛晓平,陶金. 草地学报. 2014(06)
[5]草地生态系统碳循环及其影响因素研究进展[J]. 穆少杰,周可新,陈奕兆,孙成明,李建龙. 草地学报. 2014(03)
[6]山西庞泉沟自然保护区森林群落物种多样性[J]. 李旭华,邓永利,张峰,董刚,李世广. 生态学杂志. 2013(07)
[7]基于BIOLOG指纹解析三种不同森林类型土壤细菌群落功能差异[J]. 鲁顺保,张艳杰,陈成榕,徐志红,郭晓敏. 土壤学报. 2013(03)
[8]高通量测序技术及其在微生物学研究中的应用[J]. 秦楠,栗东芳,杨瑞馥. 微生物学报. 2011(04)
[9]不同放牧强度下陇东天然草地土壤微生物三大类群的动态特征[J]. 张成霞,南志标. 草业科学. 2010(11)
[10]草地生态系统土壤微生物量及其影响因子研究进展[J]. 何亚婷,董云社,齐玉春,肖胜生,刘欣超. 地理科学进展. 2010(11)
本文编号：3512597
【文章来源】：激光生物学报. 2020,29(05)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同草地类型和土层土壤细菌群落α多样性分析
不同退化程度草地群落类型和土层土壤细菌群落组成及优势菌群相对丰度含量存在显著性差异。由图2可知：相对丰度含量排名前十的细菌门中，变形菌门（Proteobacteria）和蓝细菌门（Cyanobacteria）在轻度退化的KG底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高，显著高于其他草地群落类型和土层，属于明显的优势菌群；浮霉菌门（Planctomycetes）和迷踪菌门（Elusimicrobia）在轻度退化的KG表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高；芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）在重度退化的CS底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高；酸杆菌门（Acidobacteria）在轻度退化的KG表层土壤（0～10 cm）和中度退化的HR底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高，且二者之间差异性不显著；放线菌门（Actinobacteria）在中度退化的HR表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高；硝化螺旋菌门（Nitrospirae）在KG表层土壤（0～10 cm）、HR底层土壤（10～20 cm）和CS底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高，且相互之间差异性不显著；绿弯菌门（Chloroflexi）在重度退化的CS表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，显著高于其它草地群落类型和土层，属于明显的优势菌群；拟杆菌门（Bacteroidetes）在KG表层土壤（0～10 cm）和HR表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，且二者之间差异性不显著。由表2可知：相对丰度含量排名前十的细菌属中，涅瓦河菌属（Nevskia）、芽孢杆菌属（Bacillus）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、乳酸球菌属（Lactococcus）、假诺卡氏菌属（Pseudonocardia）和无色杆菌属（Achromobacter)6个属，在轻度退化的KG底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高，显著高于其它草地群落类型和土层，属于明显的优势菌群；红游动菌属（Rhodoplanes）在中度退化的HR底层土壤（10～20 cm）中相对丰度含量最高；节杆菌属（Arthrobacter）在重度退化的CS表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，显著高于其它草地群落类型和土层，属于明显的优势细菌属；浮霉状菌属（Planctomyces）在轻度退化的KG表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，且与HR表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量差异不显著；小月菌属（Microlunatus）在轻度退化的KG底层土壤（10～20 cm）和重度退化的CS表层土壤（0～10 cm）中相对丰度含量最高，且二者之间差异性不显著。
土壤细菌是草地生态系统物质循环和能量流动的主要驱动因子，其群落组成及生物多样性对土壤肥力、理化性质及土壤健康状况等产生重要影响[20]。本研究结果表明，不同退化程度草地群落的土壤细菌α多样性存在显著性差异，且土层深度因素也显著影响土壤细菌的α多样性（图1）。Tardy等[21]的研究表明土壤细菌群落生物多样性决定着土壤细菌群落结构及其生态服务功能。此外，Fierer等[22]的研究揭示了土壤细菌群落对土壤环境中各生态因子也产生了相应作用。土壤细菌群落受气候变化、干扰程度、草地类型及植物群落组成等因素的影响，会直接参与土壤有机质的形成和降解过程，对土壤中有机质含量产生重要影响[23-24]。重度退化的苔草草地表层土壤细菌α多样性最高（图1），其高丰度含量的节杆菌属（Arthrobacter）（表2）具有很强的抗旱性和耐饿性，可降解土壤中的有机化合物质，使得土壤有机质含量降低[25]，从而引起土壤退化及草地生态系统退化。同时，牲畜放牧[26]和人为干扰[27]等外因会显著影响和改变土壤细菌种群数量、群落结构及生物多样性，引起土壤硬度和有机质含量等土壤理化特性发生变化，造成土壤退化[20]。“缺氮”是退化草地土壤环境养分失衡的重要表现形式之一，其严重制约着退化草地生态系统的恢复和平衡[9]。而土壤细菌直接参与土壤氮素养分的循环与转化过程，决定着土壤肥力的高低及健康状况[28]，对植物的生长发育和群落演替产生重要影响[29]。本研究结果相对丰度排名前十的土壤细菌门（属）中多数是土壤反硝化细菌[绿弯菌门（Chloroflexi）、节杆菌属（Arthrobacter）等]，其相对丰度含量随草地退化程度增加而显著增高（图2和表2），其主导的反硝化作用易引起土壤中氮素养分流失，造成土壤“缺氮”和加速草地退化[30-31]。而芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）属于革兰氏阴性细菌，能利用和降解土壤中的主要碳源物质，可显著降低土壤有机质含量[32]，其相对丰度含量在重度退化的苔草草地底层土壤中最高，表明由土壤细菌活动导致土壤有机质含量降低可能是引起关帝山林区草地退化的主要原因之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]关帝山林区退化灌木林转变为华北落叶松林对生态系统碳储量的影响[J]. 罗云建,张小全,朱建华,张治军,车通. 生态学报. 2018(23)
[2]不同放牧强度下土壤氨氧化和反硝化微生物的变化特征[J]. 孙翼飞,沈菊培,张翠景,韩国栋,红梅,赵巴音那木拉,贺纪正. 生态学报. 2018(08)
[3]内蒙古锡林河流域草地生态系统土壤保持功能及其空间分布[J]. 张雪峰,牛建明,张庆,董建军,张靖. 草业学报. 2015(01)
[4]草地土壤微生物特性及其对人为干扰响应的研究进展[J]. 谭红妍,陈宝瑞,闫瑞瑞,辛晓平,陶金. 草地学报. 2014(06)
[5]草地生态系统碳循环及其影响因素研究进展[J]. 穆少杰,周可新,陈奕兆,孙成明,李建龙. 草地学报. 2014(03)
[6]山西庞泉沟自然保护区森林群落物种多样性[J]. 李旭华,邓永利,张峰,董刚,李世广. 生态学杂志. 2013(07)
[7]基于BIOLOG指纹解析三种不同森林类型土壤细菌群落功能差异[J]. 鲁顺保,张艳杰,陈成榕,徐志红,郭晓敏. 土壤学报. 2013(03)
[8]高通量测序技术及其在微生物学研究中的应用[J]. 秦楠,栗东芳,杨瑞馥. 微生物学报. 2011(04)
[9]不同放牧强度下陇东天然草地土壤微生物三大类群的动态特征[J]. 张成霞,南志标. 草业科学. 2010(11)
[10]草地生态系统土壤微生物量及其影响因子研究进展[J]. 何亚婷,董云社,齐玉春,肖胜生,刘欣超. 地理科学进展. 2010(11)
本文编号：3512597
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