梵净山优势树种根系土壤细菌群落组成及功能潜势预测

摘要

【目的】探讨梵净山典型优势树种根系土壤细菌群落结构、多样性、生态系统功能及其不同树种间差异的环境驱动因子。【方法】以梵净山世界自然遗产地的丝栎栲、西南米储、厚皮栲、长柄水青冈、云山青冈和亮叶水青冈6种优势树种为研究对象,通过高通量测序技术分析根系土壤细菌群落组成及其在树种间的多样性差异,并应用PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)对功能基因进行预测,基于冗余分析或相关性分析揭示土壤细菌群落、功能基因及环境因子(气候因素和土壤化学性质)间的相互关系。【结果】土壤化学性质因树种不同而存在一定差异,梵净山6种优势树种根系土壤碱解氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量分别为4.08～12.98,5.64～9.91和29.38～68.33 mg/kg;全氮(TN)、全磷(TP)和全碳(TC)含量分别为1.85～3.41,0.29～0.50和33.01～85.77 g/kg;p H和C/N分别为4.45～4.82和17.14～28.01。高通量测序结果表明,从72份土壤样品中共鉴定出851个属的细菌,分属38个门、99个纲、238个目、394个科。在不同树种间,细菌群落组成存在一定差异,其中酸杆菌门、变形菌门和放线菌门是根系土壤细菌的主要优势门类,三者平均相对丰度之和为88.26%。多样性分析表明,虽然不同树种根系土壤中的细菌群落在丰富度和多样性上表现出很高的相似性,但也存在一定差异,其中厚皮栲根系土壤的Chao1指数最高,为5 284.8;亮叶水青冈的Shannon指数最高,为9.1;而长柄水青冈的Chao1指数和Shannon指数均为最低,分别为4 468.8和8.5。PICRUSt功能预测表明,不同树种根系土壤细菌主要参与5类一级代谢通路及其下属的32个子功能代谢通路,其中厚皮栲和长柄水青冈的KEGG功能基因相对丰度明显高于其他树种。冗余分析显示,年平均温度(MAT)、土壤AN含量及C/N是驱动土壤细菌群落结构变化的关键影响因素。相关性分析表明,细菌多样性指数与年平均温度(MAT)、年均大气湿度(AAH)呈显著负相关;KEGG功能基因相对丰度与环境因子的相关性较弱,而与细菌门水平的相对丰度存在较强相关性。【结论】梵净山6种优势树种根系土壤的化学性质、细菌群落组成、多样性及KEGG功能基因相对丰度存在一定差异。MAT、土壤AN含量和C/N是不同树种根系土壤细菌群落结构产生差异的关键环境驱动因子,而KEGG功能基因相对丰度主要与细菌群落结构变化相关。

关键词

优势树种 / 土壤细菌 / 群落组成 / 功能潜势 / 驱动因子 / 梵净山