黔中地區(qū)馬尾松林土壤細菌群落結(jié)構(gòu)特征研究

陳 進, 徐 明, 鄒 曉, 楊云禮, 張 姣, 張 健

(貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 真菌資源研究所山地植物資源保護與種質(zhì)創(chuàng)新教育部重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

微生物多樣性與陸地生態(tài)系統(tǒng)的多功能性間聯(lián)系緊密，并對人類社會未來的核心生態(tài)過程有巨大影響。所以，微生物生態(tài)學(xué)家在過去的十幾年中，一直致力于描述環(huán)境中(尤其是土壤中)微生物的多樣性，并確定微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的驅(qū)動因素[1-2]。土壤作為一種高度復(fù)雜、異質(zhì)化的環(huán)境介質(zhì)，是孕育地球上微生物多樣性最高的生境[3]。由于森林土壤作為碳匯和碳的潛在來源，以及其對氣候變化預(yù)測的敏感性，森林土壤已成為微生物生態(tài)學(xué)家關(guān)注的焦點之一[4]。而土壤細菌群落在地球化學(xué)循環(huán)和諸如土壤固碳、養(yǎng)分循環(huán)和水滲透等生態(tài)系統(tǒng)功能中具有重要作用[5-7]。此外，土壤細菌群落對土壤環(huán)境變化較為敏感，因此可作為土壤有機碳指示生物[6]。土壤細菌代謝產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物在與其他生物的相互作用中發(fā)揮重要的生態(tài)作用[8-9]，在植物修復(fù)和土壤有機污染物修復(fù)領(lǐng)域扮演一個重要角色[10-12]。因此，土壤細菌逐漸成為微生物生態(tài)學(xué)家關(guān)注的焦點中的熱點。最近的研究表明，土壤和氣候參數(shù)(如降水和溫度)是微生物群落在各種環(huán)境(包括北方和溫帶森林土壤)中的組成、多樣性和代謝潛力的關(guān)鍵驅(qū)動因素[13-16]。然而，這些驅(qū)動因素在多大程度上決定了土壤微生物(如細菌、真菌、古菌、原生生物和/或線蟲)在不同生態(tài)位的形成，仍有很多未知。因此，探討土壤等環(huán)境因子對微生物群落的組成和分布的影響顯得尤為重要。馬尾松(Pinusmassoniana)是我國亞熱帶植被恢復(fù)的先鋒樹種，具有抗逆性、抗旱性等優(yōu)勢，在黔中地區(qū)(貴州的中部地區(qū))分布廣泛，是該地區(qū)工業(yè)用油和用材的關(guān)鍵樹種，占貴州總用材林面積的46.54%，位居第一[17]。但是，人為干擾導(dǎo)致的人工林地力減弱使生產(chǎn)力下降，使馬尾松群落處于分布面積大而生態(tài)經(jīng)濟效益低下的尷尬境地[18]。因此，了解黔中馬尾松林土壤細菌群落組成的關(guān)鍵樞紐種，探討土壤環(huán)境對馬尾松林土壤細菌群落組成結(jié)構(gòu)和多樣性的影響，有利于進一步了解馬尾松、土壤和土壤細菌群落三者之間相互作用的生態(tài)聯(lián)系，以期為馬尾松林的提質(zhì)增效、科學(xué)化管理以及充分發(fā)揮馬尾松林生態(tài)多功能效益提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究區(qū)概況 黔中地區(qū)包括貴陽市、開陽縣、息烽縣、修文縣、清鎮(zhèn)市、平壩縣等22個市縣區(qū)[19]。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，土壤以黔中山原黃壤為主，土壤呈酸性，年均降雨量800～1 000 mm，年均氣溫15～17 ℃，年均相對濕度76%～80%，年均日照時數(shù)在1 000 h以上，年均風(fēng)速0.2～0.3 m/s。區(qū)域植被主要以馬尾松(Pinusmassoniana)為優(yōu)勢喬木；以山茶(Camelliajaponica)、鐵仔冬青(Ilexchuniana)和白櫟(Quercusfabri)等組成優(yōu)勢灌木層；以蕨類和藎草(Arthraxonhispidus)等組成優(yōu)勢草本植物[20]。

1.1.2 土壤樣品 選取黔中地區(qū)的花溪區(qū)久安鄉(xiāng)(HX_JA)、長順縣廣順農(nóng)場(CS_GS)、白云區(qū)長坡嶺公園(BY_CPL)和花溪區(qū)貴州大學(xué)西校區(qū)(HX_GD)的馬尾松成熟林為調(diào)查樣地(表1)，每個地區(qū)選取林型、林齡及立地條件較為一致的馬尾松林地，植被調(diào)查樣方為20 m×20 m，每個地區(qū)選取3塊馬尾松調(diào)查樣方重復(fù)(僅久安鄉(xiāng)為2個調(diào)查樣方重復(fù))。采用六點取樣法，使用直徑4.5 cm土鉆采集 0～20 cm土層的土樣， 均勻混合土壤樣品，將土壤樣品置于低溫保藏箱內(nèi)帶回實驗室。去掉土壤中的根、石塊等雜質(zhì)并混合均勻，過2 mm篩，按四分法準(zhǔn)備1份用于DNA分析的冷凍干燥的土壤樣品(置于-80 ℃超低溫冰箱中保存?zhèn)溆?和1份用于土壤理化性質(zhì)分析的自然風(fēng)干的土壤樣品。

表1 黔中馬尾松林樣地基本信息表

1.1.3 主要儀器與設(shè)備 冷凍干燥機(FD-A10N-50，上海皓莊儀器有限公司)；旋片式真空泵(2XZ-2，臨海市潭氏真空設(shè)備有限公司)；pH計(雷磁PHS-25，中國上海)；紅外智能消化爐(SKD-1852，上海沛歐分析儀器有限公司)；紫外分光光度計(VU-1780，島津儀器(蘇州)有限公司)；自動凱氏定氮儀(ZDDN-11，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)；土鉆等。

1.2 方法

1.2.1 土壤理化分析 土壤pH值采用水土比2.5∶1(質(zhì)量比) pH計測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法測定；土壤全磷采用鉬銻抗比色法(LY/T 1232-2015) 測定；土壤有效磷采用雙酸(H2SO4-HCl)浸提-鉬銻抗比色法(LY/T 1232-2015) 測定；土壤全氮采用半微量凱氏定氮法(LY/T 1228-2015) 測定；土壤蔗糖酶采用比色法測定。

1.2.2 土壤16S rRNA基因測序 將每個土樣提取出的3個DNA樣品充分混合后作為PCR擴增模版，采用原核生物通用引物338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAC-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)對土壤微生物16S rRNA 基因V3～V4區(qū)進行目的片段的擴增。PCR反應(yīng)體系:5×FastPfubuffer 4.0 μL，dNTPs (2.5 mmol/L)2.0 μL，正、反向引物(5 μmol/L)各0.8 μL，F(xiàn)astPfupolymeraseW (2.5 U/μL) 0.4 μL，BSA 0.2 μL，模板DNA 10 ng，ddH2O補足20 μL。PCR反應(yīng)條件:95 ℃ 3 min；95 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 45 s，25個循環(huán)；72 ℃ 10 min；10 ℃ 保存。擴增產(chǎn)物均取3 μL于1%瓊脂糖凝膠中，在凝膠成像系統(tǒng)中檢測。參照電泳初步定量結(jié)果，使用Qubit 2.0 熒光定量系統(tǒng)對PCR產(chǎn)物進行檢測定量，之后按照每個樣本的測序量要求，根據(jù)精確定量結(jié)果進行相應(yīng)比例的混合。隨后運行MiSeq 2500文庫構(gòu)建，Illumina上機測序，生成配對末端讀數(shù)[21]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2019進行數(shù)據(jù)整理，采用R(version 4.0.2)進行數(shù)據(jù)多元統(tǒng)計分析；其中，運用R語言的base包進行Pearson相關(guān)性檢驗；ggplot2包繪制稀釋曲線圖、物種豐度堆疊條形圖、多維尺度分析(MDS)和冗余分析(Redundancy analysis, RDA)圖；vegan包進行冗余分析、非度量多維尺度分析、群落相似性分析(Analysis of similarities，ANOSIM)；相似性分析是一種用于分析高維度數(shù)據(jù)組間相似性的非參數(shù)檢驗方法[22-24]。首先通過變量計算樣本間距離(一般為Bray-Curtis距離，取值范圍為0～1)，然后計算關(guān)系排名，最后通過排序進行置換檢驗判斷組間差異是否顯著不同于組內(nèi)差異[25-26]。

2 結(jié)果與分析

2.1 黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤理化性質(zhì)

黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤理化性質(zhì)不同，其中不同區(qū)域馬尾松林土壤pH差異顯著(P<0.05)，表現(xiàn)為HX_GD(5.11)>BY_CPL(4.94)>HX_JA(4.77)>CS_GS(4.17)；不同區(qū)域馬尾松林土壤有機碳(SOC)差異顯著(P<0.05)，表現(xiàn)為CS_GS(1.71%)>BY_CPL(0.79%)>HX_JA(0.60%)>HX_GD(0.45%)；不同區(qū)域馬尾松林土壤有效磷(AP)差異顯著(P<0.05)，表現(xiàn)為BY_CPL(83.23 mg/g)>HX_GD(70.14 mg/g)> HX_JA(62.55 mg/g)>CS_GS(5.31 mg/g)；不同區(qū)域馬尾松林土壤全磷(TP)差異不顯著(P>0.05)；不同區(qū)域馬尾松林土壤全氮(TN)差異顯著(P<0.05)，表現(xiàn)為：HX_GD(0.74 mg/g)>BY_CPL(0.63 mg/g)>HX_JA(0.50 mg/g)>CS_GS(0.29 mg/g)；不同區(qū)域馬尾松林土壤蔗糖酶(Inv)差異顯著(P<0.05)，表現(xiàn)為HX_GD(4.15 mg/g)>HX_JA(3.89 mg/g)>BY_CPL(3.16 mg/g)>CS_GS(2.94 mg/g)。

2.2 馬尾松林土壤細菌群落組成

經(jīng)高通量測序總獲得1 289 533個質(zhì)量序列，在97%相似度閾值上，測序的稀釋曲線均逐漸趨于平緩，說明所測OTU數(shù)能夠很好覆蓋研究樣品的細菌種類(圖2)。經(jīng)UCHIME軟件去掉嵌合體序列，質(zhì)控后Silva數(shù)據(jù)庫比對得到34個門、58綱、134目、244科、599屬和5 486個OTU，其中，優(yōu)勢門類為變形菌門(Proteobacteria)44.48%～57.12%、酸桿菌門(Acidobacteria)15.10%～31.13%、放線菌門(Actinobacteria)2.88%～19.21%)，平均相對豐度均在10%以上，占總相對豐度的80%以上。擬桿菌門(Bacteroidetes)1.74%～5.46%、疣微菌門(Verrucomicrobia)0.35%～13.37%、厚壁菌門(Firmicutes)1.74%～5.46%、綠彎菌門(Chloroflexi)0.31%～4.98%、藍細菌門(Cyanobacteria)0.02%～13.59%和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)0.18%～1.97%，平均相對豐度均在1%以上，是土壤中的主要群落(圖3)。除放線菌門、綠彎菌門和芽單胞菌門在不同區(qū)域馬尾松林土壤中相對豐度顯著外(P<0.05)，其余均不顯著。

2.3 馬尾松林土壤細菌群落α多樣性及其與環(huán)境因子相關(guān)性

群落多樣性主要用Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)表征，豐度用Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)表征。表2為不同地區(qū)樣地組間Shannon、Simpson、Chao1和ACE指數(shù)，不同地區(qū)馬尾松林土壤細菌群落多樣性和豐度不同，除Simpson指數(shù)外，Shannon、Chao1和ACE指數(shù)組間差異顯著(P<0.05)，其中，廣順組(GS)的多樣性指數(shù)和豐度指數(shù)均最低，貴大組(GD)均最高。

圖1 不同區(qū)域馬尾松林群落土壤理化性質(zhì)Fig.1 Soil physical and chemical properties of Pinus massoniana forests community in different areas不同小寫字母表示數(shù)據(jù)差異顯著，反之差異不顯著(P<0.05)The different lowercase letters indicate significant differences in data, conversely data differences are not significant (P<0.05)

圖2 黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌稀釋曲線Fig.2 Soil bacterial rarefaction curves of Pinus massoniana forests in different regions of central Guizhou

圖3 黔中馬尾松林土壤細菌群落門分類水平群落組成Fig.3 Phylum taxonomic horizontal community composition of soil bacterial community in Pinus massoniana forests of central Guizhou

表2 黔中馬尾松林土壤細菌群落的多樣性指數(shù)

在黔中馬尾松林土壤中，Shannon多樣性指數(shù)與經(jīng)度、pH極顯著正相關(guān)(P<0.01)；與有效磷顯著正相關(guān)(P<0.05)；與土壤有機質(zhì)極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。Simpson指數(shù)與土壤有機質(zhì)極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；Chao1指數(shù)與經(jīng)度極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與土壤酸堿度顯著正相關(guān)(P<0.05)，與土壤有機質(zhì)極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；ACE指數(shù)與經(jīng)度極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與土壤酸堿度極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。黔中馬尾松林土壤細菌群落多樣性指數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性見圖4。

圖4 黔中馬尾松林土壤細菌群落多樣性指數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性Fig.4 Correlation between soil bacterial community diversity index and environmental factors in Pinus massoniana forests of central Guizhou**在置信度(雙測)為 0.01 時，相關(guān)性是顯著的；*在置信度(雙測)為 0.05 時，相關(guān)性是顯著的；紅色表示正相關(guān)，藍色表示負(fù)相關(guān)；AP為有效磷；TP為全磷；TN為全氮；pH為酸堿度；SOC為土壤有機質(zhì)；Slope為坡度；DBH為平均胸徑；L_S為凋落物現(xiàn)存量；Canopy為郁閉度；Alt表示海拔；Inv表示土壤蔗糖酶；Lat表示緯度；Log表示經(jīng)度。下同** The correlation was significant when the confidence (double measure) was 0.01；* The correlation was significant when the confidence (double measure) was 0.05； Red means positive correlation and blue means negative correlation； AP in the figure is available phosphorus; TP is total phosphorus; TN is total nitrogen; SOC is soil organic matter; Slope is slope; DBH is mean diameter at breast height; L_S is the litter reserves; Alt means altitude; Inv means soil invertase; Lat means latitude; Log means longitude. The following symbols are consistent with this place

2.4 馬尾松林土壤細菌群落相似性

相似性分析(Analysis of similarities)表明黔中不同地區(qū)馬尾松林土壤細菌群落組成組間差異大于組內(nèi)差異(R=0.493，P=0.02)，組間差異達到顯著性水平(P=0.02)，表明來自黔中不同地區(qū)的馬尾松林土壤細菌群落在空間差異顯著(圖5)。

圖5 黔中馬尾松林土壤細菌群落相似性分析Fig.5 Anosim analysis of soil bacterial community forests in Pinus massoniana forests in central Guizhou

2.5 馬尾松林土壤細菌群落冗余分析

采用冗余分析探討黔中馬尾松林地間土壤細菌群落結(jié)構(gòu)差異及其與環(huán)境因子間的作用關(guān)系(圖6)。9個環(huán)境變量共能解釋黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌OTU分類水平變異程度的46.79%，表明前兩軸的貢獻值可以較好地解釋各因子對土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的影響，來自不同區(qū)域的馬尾松林土壤細菌群落結(jié)構(gòu)之間差異顯著?；ㄏF大組和部分白云長坡嶺馬尾松林土壤細菌群落結(jié)構(gòu)與凋落物儲量、DBH、pH和有效磷呈正相關(guān)，與海拔、郁閉度和土壤有機碳含量呈負(fù)相關(guān)。花溪久安馬尾松林土壤細菌群落結(jié)構(gòu)與全氮、全磷呈正相關(guān)；與坡度負(fù)相關(guān)。廣順馬尾松林土壤細菌群落與海拔、郁閉度和土壤有機碳呈現(xiàn)正相關(guān)，與凋落物儲量、DBH、pH、和有效磷呈負(fù)相關(guān)。

在黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤樣點與各因子的冗余分析中，海拔(R2=0.51)、凋落物儲量(R2=0.63)、DBH(R2=0.38)、土壤有機碳(R2=0.72)和土壤蔗糖酶(R2=0.33)與軸1的相關(guān)性較大(表3)；郁閉度(R2=0.70)、全磷(R2=0.09)與軸2的相關(guān)性較大。但是只有海拔(P=0.04)、凋落物儲量(P=0.02)、郁閉度(P=0.01)、pH(P=0.04)、有機碳(P=0.00)和有效磷(P=0.03)對不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落組成達顯著性水平(P<0.05)，其余環(huán)境因子未達到顯著性水平(P>0.05)。表明海拔、凋落物儲量、郁閉度、pH有機碳和有效磷是影響黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)因子。

圖6 馬尾松林土壤細菌群落與環(huán)境因子的冗余分析Fig.6 Redundancy analysis of soil bacterial communities and environmental factors in Pinus massoniana forests

表3 冗余分析相關(guān)參數(shù)

2.6 馬尾松林土壤細菌群落網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)絡(luò)可以表示為一組由無向邊連接的統(tǒng)一節(jié)點。這些節(jié)點可以代表生物層級中大多數(shù)層次的單位，從基因和蛋白質(zhì)到神經(jīng)元、器官和四肢，從種群中的個體到群落中的物種。邊通常代表節(jié)點之間的某種相互作用，包括轉(zhuǎn)錄控制、生化相互作用、能量流和物種相互作用[27]。網(wǎng)絡(luò)中的Hub(樞紐)通常是具有較高的度或較高的中心性的節(jié)點。而節(jié)點的中心性衡量網(wǎng)絡(luò)中所有其他節(jié)點對之間的最短路徑中有多少條經(jīng)過該路徑。因此，具有高中心性的節(jié)點對于網(wǎng)絡(luò)的高效通信至關(guān)重要[28-29]。Hub節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中往往具備較高的度、高的介數(shù)和高的緊密性[30-31]。在微生物共存網(wǎng)絡(luò)中，Hub種在網(wǎng)絡(luò)中可根據(jù)度、介數(shù)中心性(betweenness centrally)和緊密中心性(closeness centrally)三個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵W(xué)特征決定[30-32]。因此，Hub種在微生物群落中扮演著群落構(gòu)建、信息傳遞和能量流通等關(guān)鍵樞紐作用。

由于共存網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)計算Spearman相關(guān)性系數(shù)和顯著性進行構(gòu)建。由此，根據(jù)OTU在所有樣本中出現(xiàn)比率為100%作為界限，去除不滿足條件的OTU，以消除某一特定樣本中的單一OTU對于相關(guān)性矩陣的影響。以相關(guān)性系數(shù)R>0.75并且顯著性P<0.05為閾值構(gòu)建共存網(wǎng)絡(luò)，并計算度、介數(shù)中心性、緊密中心性。構(gòu)建的共存網(wǎng)絡(luò)如圖7所示。

根據(jù)Hub種的相關(guān)定義，得到OTU386(Gammaproteobacteria)、OTU472(Acidobacteriales)、OTU381(Chitinophagaceae)為樞紐OTU，分屬變形菌門、酸桿菌門和擬桿菌門(圖8)。

圖7 黔中不同地區(qū)馬尾松林土壤細菌共存網(wǎng)絡(luò)Fig.7 Co-occurrence network of soil bacteria in masson pine forests in different areas of central Guizhou圖中點的大小表示豐度大小，不同顏色表示不同模塊，黃色線表示正相關(guān)關(guān)系，藍色線表示負(fù)相關(guān)關(guān)系The size of the points in the figure represents the abundance, different colors represent different modules, the yellow line represents the positive correlation, and the blue line represents the negative correlation

圖8 度與介數(shù)中心性和緊密中心性之間的相關(guān)關(guān)系Fig.8 The correlation between degree and betweenness centrality and closeness centrality

3 討 論

馬尾松林作為黔中地區(qū)普遍分布的森林生態(tài)系統(tǒng)，揭示馬尾松林土壤微生物群落多樣性的空間分布特征，有利于提高對該區(qū)域馬尾松林的群落生態(tài)理論的理解與科學(xué)管理。本研究基于高通量測序技術(shù)，探討黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落組成結(jié)構(gòu)及多樣性變化特征。結(jié)果表明：在門分類水平上，來自黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落共檢測出9個門相對豐度大于1%，其中，以富營養(yǎng)菌群的變形菌門和放線菌門[33]以及寡營養(yǎng)的酸桿菌門[34-35]為關(guān)鍵優(yōu)勢門，表明黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤養(yǎng)分狀況良好。此外，黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落組成結(jié)構(gòu)上其優(yōu)勢細菌群落組成與華北落葉松土壤細菌群落組成結(jié)構(gòu)以及不同年代公園綠地土壤細菌多樣性相似[35-36]。

在黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落組成中，放線菌門、綠彎菌門和芽單胞菌門在不同區(qū)域馬尾松林土壤中相對豐度顯著(P<0.05)，而占有優(yōu)勢地位的放線菌門相對豐度在不同區(qū)域間差異不顯著，這可能是該菌群生態(tài)幅較大，受到環(huán)境條件的影響較小[35]。有研究顯示，變形菌門是一類有益于土壤固氮的異養(yǎng)菌群，其豐度和分布受到土壤有機碳含量的影響[35,37]，本研究中黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤有機碳含量不同導(dǎo)致放線菌門相對豐度的顯著性差異。除Simpson指數(shù)外，Shannon、Chao1和ACE指數(shù)在不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落間差異顯著(P<0.05)，其中，長順縣廣順組(CS_GS)的多樣性指數(shù)和豐度指數(shù)均最低，花溪貴大組(HX_GD)均最高。相似性分析表明，黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落β多樣性差異顯著(P<0.05)，揭示了黔中不同地區(qū)的馬尾松林土壤細菌群落空間差異顯著。

凋落物儲量、郁閉度、pH、有機碳和有效磷是影響黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)鍵因子。對于凋落物儲量和土壤養(yǎng)分(有機碳和有效磷)：凋落物是土壤有機碳的主要且直接的輸入來源，凋落物儲量直接影響土壤有機碳的固定與流通。有研究表明土壤微生物群落不僅具有分解土壤有機質(zhì)的功能，而且為土壤有機質(zhì)的形成提供了主要的化學(xué)物質(zhì)來源[6]。并且大多數(shù)土壤微生物群落依靠有機碳分解獲得能量，并在土壤有機碳含量高的地區(qū)達到峰值[38]。植物生產(chǎn)力和土壤礦物質(zhì)組成間接地影響了微生物群落組成，兩者相互作用，決定了有機質(zhì)含量和微生物多樣性[39]。但本研究發(fā)現(xiàn)事實并非如此。土壤微生物多樣性與土壤有機質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)。應(yīng)該明確的一點是，豐富的土壤有機質(zhì)來源不一定能夠?qū)е仑S富的土壤微生物多樣性，還必須考慮酶促反應(yīng)在其中的重要轉(zhuǎn)化作用。同時，土壤蔗糖酶含量與土壤微生物多樣性呈正相關(guān)，并且與Chao1指數(shù)顯著正相關(guān)(P<0.05)，這進一步表明土壤有機質(zhì)含量并不是衡量土壤微生物多樣性的唯一可靠指標(biāo)，在探討土壤微生物多樣性的同時，還需考慮土壤酶活性。此外，在森林中，樹木負(fù)責(zé)絕大多數(shù)的初級生產(chǎn)[38,40]，因此，與無植被覆蓋的生境相比，樹木通過凋落物和腐木的輸入量或根系活動控制有機碳的生物地球化學(xué)，從而改變了土壤有機質(zhì)的組成[41]。森林郁閉度會直接影響光的輸入，在森林生態(tài)系統(tǒng)中，樹木會形成環(huán)境因子梯度(如水分、溫度、光照、pH和養(yǎng)分可用性)，從而影響土壤地下多樣性的空間分布。

有研究表明pH會直接影響土壤微生物群落分布[42]。森林凋落物中的可交換堿性陽離子(如Ca2+和Mg2+)的釋放會極大地影響土壤的pH值，由于凋落物中的Ca2+和Mg2+與土壤中的H+和Al3+爭奪土壤顆粒表面或有機質(zhì)層中的交換位點，從而保持土壤較低的酸化水平[43-44]。據(jù)有關(guān)研究報道,有機層中pH的緩沖作用和土壤有機質(zhì)的周轉(zhuǎn)是通過樹冠層的Ca2+和Mg2+循環(huán)、凋落物的產(chǎn)生以及真菌把土壤礦物中的Al以及Fe元素遷移到有機層來調(diào)節(jié)的，從而增強了土壤有機質(zhì)中難降解成分的降解[45]。Ca2+和Mg2+通過樹冠循環(huán)通常會增加堿飽和度和森林有機土壤層表面的pH值[46]。相反，針葉樹種(如云杉和松樹等)會顯著降低土壤pH，因為常綠植物的凋落物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其對大氣酸性化合物有一定的捕獲作用。由此，樹木對化學(xué)成分的影響可能是樹木在細菌群落結(jié)構(gòu)中起重要作用的主要原因之一，由凋落物引起的土壤養(yǎng)分狀況和pH值的變化間接驅(qū)動森林土壤的微生物群落組成及其功能[47-49]。

通過共存網(wǎng)絡(luò)，得到影響黔中馬尾松林土壤細菌群落構(gòu)建、群落信息傳遞、物質(zhì)和能量傳輸?shù)年P(guān)鍵樞紐OTU屬酸桿菌門、變形菌門和擬桿菌門。然而，樞紐OTU卻不一定是優(yōu)勢OTU，這表明樞紐OTU對于群落的構(gòu)建和功能不完全與其豐度相關(guān)[50]。因此，在表征群落功能和組成時，用優(yōu)勢OTU的方式值得商榷。

變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、疣微菌門、藍細菌門和綠彎菌門是黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落的8個主要優(yōu)勢門。Shannon、Chao1和ACE指數(shù)在不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落間差異顯著(P<0.05)，Simpson指數(shù)在不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落間差異不顯著(P>0.05)。相似性分析表明，黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落β多樣性差異顯著(P<0.05)。凋落物儲量、郁閉度、pH、有機碳和有效磷是影響黔中不同區(qū)域馬尾松林土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子。酸桿菌門、變形菌門和擬桿菌門是黔中馬尾松林土壤細菌群落構(gòu)建、群落信息傳遞、物質(zhì)和能量傳輸?shù)年P(guān)鍵樞紐OTU。