论文部分内容阅读
本文以中国广西壮族自治区猫儿山国家级自然保护区不同海拔的植被带为研究对象,选取不同海拔高度的4种典型植被带:中亚热带常绿阔叶林(Evergreen broad-leaved forest,EBF)、水青冈天然林(Fagus longipetiolata natural forest,NF)、常绿落叶阔叶混交林(Evegreen deciduous broad-leaved mixed forest,DBF)和针叶阔叶混交林(Coniferous broad-leaved mixed forest,CBF)设置固定样地,采用常规化学分析技术、Biolog-Eco平板技术和Illumina Hiseq 2500高通量测序技术从土壤酶活性、土壤微生物碳源利用特征和土壤微生物群落组成3方面研究猫儿山土壤微生物群落的时空变化特征。比较分析了土壤微生物群落功能多样性和群落组成结构的时空变化,并就气候、土壤和植被因子等环境因子对土壤微生物群落的影响进行了分析。主要研究结果如下:(1)猫儿山典型植被带土壤理化性质和酶活性的时空变化具有异质性。土壤含水量、有机质、全氮、速效氮、有效磷和速效钾含量在高海拔地带最高;不同季节土壤理化性质没有明显的变化规律。不同海拔全年平均酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性随海拔上升而单调上升;脲酶和蔗糖酶活性单调下降;多酚氧化酶活性呈现单峰趋势。海拔与土壤脲酶、蔗糖酶活性为极显著负相关关系;除了全钾外,其他土壤养分与脲酶和蔗糖酶之间为显著或极显著负相关关系;p H与土壤过氧化氢酶之间呈显著的负相关关系;土壤含水量与蔗糖酶和脲酶之间为显著或极显著的负相关关系;年平均气温与酸性磷酸酶和脲酶的相关性达到显著水平。年平均降水量与过氧化氢酶活性之间为极显著的负相关关系,与多酚氧化酶为极显著正相关关系。(2)猫儿山土壤微生物群落功能多样性沿海拔大体上呈单调下降趋势。春季、秋季和冬季土壤微生物群落功能多样性随海拔上升呈下降趋势;夏季呈现单峰模式。不同季节的土壤微生物功能多样性变化为土壤微生物多样性指数大体上与土壤平均颜色变化率(Average well color development,AWCD)呈现相同的变化规律。不同海拔植被带土壤微生物群落对氨基酸类、胺类和酯类碳源利用程度相对较高,而对碳水化合物类和醇类利用程度相对较低。不同海拔样地土壤微生物碳源利用模式的变化与土壤AWCD的变化一致。土壤微生物碳源代谢多样性的垂直地带性差异主要体现在羧酸类、碳水化合物类和氨基酸类碳源的利用上。不同海拔植被带的各样地土壤AWCD有季节性差异,所有样地均表现为:夏季>秋季>春季>冬季。土壤微生物香农指数的季节变化与土壤AWCD一致。辛普森优势度指数的季节变化排序为秋季>夏季>春季>冬季。碳源利用模式的季节变化与土壤AWCD一致。土壤微生物碳源代谢多样性的季节差异主要体现在氨基酸类、酯类和羧酸类碳源的利用上。冗余分析、蒙特卡罗检验、分类变异分析和偏曼特尔检验均表明,年平均气温是猫儿山土壤微生物群落功能多样性时空变化最主要的影响因子。(3)土壤微生物群落物种多样性随海拔上升呈下降趋势;不同季节的土壤微生物群落物种多样性变化不明显。可操作分类单元(Operational taxonomic units,OTUs)数量随着海拔上升呈现出单调下降的趋势,即EBF>NF>DBF>CBF;Chao1评估量、香农多样性指数和辛普森样性指数沿海拔的变化趋势与OTUs丰度不同。不同海拔土壤微生物群落中变形菌门、酸杆菌门和放线菌门为优势类群,占所有分类细菌序列的75%以上。不同分类水平下的优势类群相同均为酸杆菌类。不同海拔样品之间的共有OTUs数量占40%左右,表明不同海拔之间土壤细菌群落组成存在较大差异。无度量多维标定法分析结果发现除了EBF和NF样地分异不明显外,其他不同海拔样品间有明显的分异。通过多种响应置换过程分析、多元方差分析、相似性分析和分子生物学方差分析的结果,进一步证明了EBF和NF样地的群落组成有较大的相似性。Jaccard和Bray-Curtisβ多样性指数分析发现猫儿山微生物群落组成相似性存在距离-衰减模式。不同季节猫儿山土壤微生物群落OTUs数量大体上秋季最高,夏季最低;而香农指数和辛普森指数大体上夏季最高,秋季最低;Chao1指数大体上夏季最高,春季最低。不同季节样品之间的共有OTUs数量占30%左右,表明不同季节之间土壤细菌群落组成存在较大差异。无度量多维标定法分析结果发现猫儿山夏季和其他季节的样品间也有明显的分异;但多种响应置换过程和相似性分析的结果表明不同季节之间差异均不显著。主成分分析结果表明土壤微生物群落组成的季节差异主要体现在放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和WD272的相对丰度上。典范对应分析、蒙特卡罗检验和回归分析结果表明,土壤有效磷含量和土壤含水量是猫儿山土壤细菌群落结构时空变化的主要影响因子。本研究表明猫儿山典型植被带土壤理化性质和酶活性、土壤微生物群落功能多样性和物种多样性的时空分布具有异质性。年平均气温是土壤微生物群落功能多样性时空变化最主要的影响因子,土壤有效磷含量和土壤含水量是土壤细菌群落结构时空变化最主要的影响因子。