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上海大金山岛不同植被类型土壤细菌群落的变异

杨安娜, 李曾燕, 牟凌, 杨柏钰, 赛碧乐, 张立, 张增可, 王万胜, 杜运才, 由文辉, 阎恩荣

植物生态学报 2024, 48 (3): 377-389. DOI: 10.17521/cjpe.2023.0172

摘要（435）

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揭示次生演替过程中土壤细菌群落对植被类型变化的响应格局, 有助于深化对生态系统地上地下相互作用机制的理解。该研究以上海大金山岛处于演替前、中和后期的落叶灌丛、落叶阔叶林和常绿阔叶林为对象, 通过测定土壤碳、氮、磷含量以及土壤细菌群落特征, 分析土壤细菌多样性、类群关系网络结构和标志性类群如何随植被演替而更替。结果发现: 土壤养分含量在常绿阔叶林显著高于落叶阔叶林, 但土壤细菌多样性在落叶阔叶林显著高于常绿阔叶林, 土壤养分含量和细菌多样性在落叶灌丛处于中等水平。土壤细菌的相关性网络节点、密度和复杂性在落叶阔叶林最高, 在落叶灌丛中等, 在常绿阔叶林最低。落叶灌丛和落叶阔叶林的优势土壤细菌分别为根瘤菌目(Rhizobiales)和伯克氏菌目(Burkholderiales)等具有潜在固氮功能的类群, 常绿阔叶林的优势土壤细菌为黄单胞菌目(Xanthomonadales)和嗜热芽菌目(Thermogemmatisporales)等具有潜在致病和抗病性功能的类群以及酸杆菌目(Acidobacteriales)等与纤维素降解相关的类群。该结果表明: 海岛植被演替过程中, 植物种类组成和土壤养分供给性的改变会极大地重塑土壤细菌多样性、群落组成、互作网络结构和标志类群。海岛常绿阔叶林显著更低的土壤细菌多样性、趋于松散简化的细菌网络结构以及具有潜在致病和抗病功能的标志类群的出现, 说明了顶极群落地下部分对地上部分退化趋势的响应。

目的类别 Oder level	总氮含量 Total nitrogen content	总磷含量 Total phosphorus content	有机碳含量 Organic carbon content	速效氮含量 Available nitrogen content	速效磷含量 Available phosphorus content	速效钾含量 Available kalium content
肠杆菌目 Enterobacteriales	-0.17	-0.13	-0.09	-0.23	-0.14	0.12
酸杆菌目 Acidobacteriales	-0.27	-0.01	-0.10	-0.26	0.15	-0.22
伯克氏菌目 Burkholderiales	-0.04	-0.13	-0.09	-0.25	-0.14	0.13
黄单胞菌目 Xanthomonadales	0.24	0.45^*	0.33	0.24	0.39	-0.27
嗜热芽菌目 Thermogemmatisporales	-0.04	0.30	0.08	-0.00	0.37	-0.25
红螺菌目 Rhodospirillales	0.15	0.48^*	0.26	0.27	0.60	-0.39
根瘤菌目 Rhizobiales	0.19	0.28	0.18	0.42^*	0.24	-0.40
土壤红杆菌目 Solirubrobacterales	0.33	0.36	0.31	0.38	0.18	-0.33
Gaiellales	0.20	-0.03	0.07	0.31	-0.17	-0.13

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表5 大金山岛土壤细菌优势标志类群相对丰度与土壤养分含量的相关性

正文中引用本图/表的段落

土壤细菌标志类群中相对丰度排名前30的优势类群相对丰度与土壤总氮、有机碳、速效磷和速效钾含量无显著相关性, 只有根瘤菌目相对丰度与土壤速效氮含量显著正相关, 黄单胞菌目、红螺菌目相对丰度与土壤总磷含量显著正相关(表5)。

理论上, 处于不同演替状态植被的土壤细菌所发挥的生态功能不同(Cline & Zak, 2015; 李萍等, 2019)。本研究发现, 在演替中前期的落叶灌丛与落叶阔叶林中, 优势细菌标志类群多以具有潜在固氮功能的细菌类群为主。例如, 落叶灌丛土壤中富集根瘤菌目, 其是α变形菌纲的成员, 在非豆科植物中被证实与植物之间存在共生固氮功能(Garrido-Oter, 2018; Ruben et al., 2018)。该生态机制也可从根瘤菌目多度与土壤速效氮含量的显著正相关关系得到侧面验证(表5)。显然, 落叶灌丛中根瘤菌目的富集可能促进了土壤速效氮的积累, 从而极大地改善了次生演替早期贫瘠地土壤条件, 从而在促进植被正向演替中发挥着重要作用。类似地, 落叶阔叶林土壤中富集有伯克氏菌目, 其是β变形菌纲的成员, 被认为具有强烈的植物生长促进活性并参与共生固氮(Poupin et al., 2016)。研究表明, 在氮含量高的土壤中, 固氮菌会受到抑制, 并对固氮速率具有负面影响(Fan et al., 2019)。在本研究中, 处于演替中期的落叶阔叶林土壤氮含量较低, 刺激具有固氮功能细菌类群如伯克氏菌目固定氮, 弥补氮的紧缺, 从而为群落演替创造条件(Schmidt et al., 2014)。

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