三種城市景觀竹土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征①

付 浩，曾歆花，宋志琳，蘭思仁，黃衛(wèi)昌*

三種城市景觀竹土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征①

付 浩1,2，曾歆花2，宋志琳1，蘭思仁1，黃衛(wèi)昌1,2*

(1 福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)園林學(xué)院(合署)，福州 350002；2 上海辰山植物園，華東野生瀕危資源植物保育中心，上海 201602)

為探究城市景觀竹林對土壤微生物群落的影響，選取上海辰山植物園種植的3種景觀竹，利用Illumina MiSeq高通量測序結(jié)合土壤理化指標(biāo)分析研究了不同景觀竹林對土壤理化性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)特征的影響。結(jié)果表明：不同竹林土壤全磷、有效磷、有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀含量和電導(dǎo)率存在顯著差異(<0.05)；土壤細(xì)菌豐富度和多樣性指數(shù)在毛竹林土壤中最高，在淡竹林土壤中最低；土壤細(xì)菌優(yōu)勢門為放線菌門(Actinobacteriota)、變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteriota)和綠彎菌門(Chloroflexi)，真菌優(yōu)勢門為子囊菌門(Ascomycota)，其中放線菌門和綠彎菌門在淡竹林土壤中的相對豐度最高，且顯著高于其他竹林，而變形菌門、粘球菌門(Myxococcota)的相對豐度在毛竹林土壤中最高，土壤真菌優(yōu)勢門在不同竹林間的差異不顯著。此外，土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和豐度受土壤pH、硝態(tài)氮、電導(dǎo)率、全磷、銨態(tài)氮、含水率、速效鉀和微生物生物量碳影響顯著，而真菌群落變化受全磷、電導(dǎo)率和全鉀影響顯著。

景觀竹；土壤理化指標(biāo)；土壤微生物；多樣性；功能預(yù)測

土壤微生物是城市生態(tài)系統(tǒng)中的一部分，對城市綠地養(yǎng)分循環(huán)起著重要作用[1]。它們參與有機(jī)質(zhì)分解、驅(qū)動養(yǎng)分循環(huán)、活化土壤中的營養(yǎng)元素，對外界環(huán)境條件的變化十分敏感，經(jīng)常用來反映土壤質(zhì)量和健康狀況[2]。微生物群落結(jié)構(gòu)在不發(fā)生人為或自然干擾的情況下，一般處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)[3]。然而，當(dāng)前城市地區(qū)的擴(kuò)張?jiān)黾恿巳祟惢顒訉ν寥赖挠绊懀淖兞顺鞘芯G地環(huán)境，塑造了新的植被格局[4]，這對城市土壤微生物的影響巨大。

隨著城市建設(shè)要求的不斷提高，景觀竹被廣泛應(yīng)用于城市各類綠地當(dāng)中，其與林下植被搭配形成了具有很高觀賞性和一定經(jīng)濟(jì)價值的竹林景觀。上海在20世紀(jì)90年代末就開始在各類綠地中廣泛使用竹林景觀美化城市風(fēng)貌[5]。然而，竹林的應(yīng)用可能會顯著改變區(qū)域土壤理化性質(zhì)，也會影響土壤微生物的組成和豐度。趙天心等[6]研究顯示，毛竹替代闊葉樹種或馬尾松形成純林后，土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)較真菌結(jié)構(gòu)變化響應(yīng)更敏感，隨著毛竹種植的時間增加最上層土壤細(xì)菌群落呈現(xiàn)出抗干擾性。王樹梅等[7]對帶狀采伐后毛竹林土壤細(xì)菌群落的變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)采伐寬度可以改變土壤有效磷、全鉀、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量等土壤指標(biāo)，土壤微生物群落豐富度也隨著采伐寬度呈現(xiàn)先升后降的趨勢。翟婉璐等[8]研究顯示，覆蓋經(jīng)營措施會導(dǎo)致雷竹林表層土壤pH逐年降低，土壤有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量逐漸增加，土壤細(xì)菌豐度與多樣性隨時間變化，變形菌門豐度上升明顯。

上述研究側(cè)重于自然竹林和經(jīng)濟(jì)竹林生態(tài)，對城市竹林生態(tài)有一定的指導(dǎo)意義卻也缺少針對性，關(guān)于城市綠地竹林景觀的研究目前也多集中于造景配置、竹種栽植與養(yǎng)護(hù)技術(shù)等[9]。因此，本研究從城市園林視角出發(fā)，以上海綠地景觀中常見的毛竹、紅哺雞竹和淡竹林為研究對象，通過土壤理化指標(biāo)分析和微生物Illumina MiSeq高通量測序，開展城市綠地不同景觀竹林對土壤理化性質(zhì)以及微生物群落影響的研究，以明晰景觀竹林對土壤微環(huán)境的潛在影響，為不同綠地竹林的栽植提供科學(xué)依據(jù)，同時也可以為研究城市園林綠化提供新思路。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于上海辰山植物園內(nèi)，屬于北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，最高氣溫37.6 ℃，最低氣溫–8.9 ℃，年均溫為15.6 ℃，年均日照時數(shù)1 817 h，年均降水量1 313 mm[5]。竹園位于植物園內(nèi)北面，占地約30 000 m2，主要種植土壤來源于浙江安吉，pH 5.5，為偏酸性紅壤，后加入少量有機(jī)質(zhì)、草炭、肥料混合。自2016年竹園改建至今，已有景觀竹70余種，呈片狀分散布局，面積在200 ～ 1 600 m2，均采取統(tǒng)一管理措施。其中，在城市綠地中應(yīng)用最為廣泛的毛竹、紅哺雞竹(以下簡稱紅竹)、淡竹的成林應(yīng)用面積大、群落穩(wěn)定，為本研究試驗(yàn)樣地。

1.2 樣品采集

選擇毛竹(9 500株/hm2)、紅竹(25 000株/hm2)、淡竹(40 000株/hm2)3種竹林，在每種竹林內(nèi)按3 m間隔設(shè)置9個取樣樣地(4 m × 4 m)，共計27塊。在每塊樣地去除表層落葉等雜物后采用五點(diǎn)取樣法采集0 ～ 20 cm土層土壤樣品，裝入無菌袋自封后寫上標(biāo)簽。土樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，各樣品分兩份，一份在陰涼處鋪平進(jìn)行自然風(fēng)干、研磨、過60目篩后用于土壤理化性質(zhì)測定；一份用四分法取細(xì)土置于20℃冰箱保存并盡快用于Illumina MiSeq高通量測序。

1.3 土壤理化指標(biāo)測定

土壤pH采用電位法測定；電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)法測定；全氮(TN)、全磷(TP)和全鉀(TK)分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度計法測定；銨態(tài)氮(AN)和硝態(tài)氮(NN)采用靛酚藍(lán)比色法和紫外分光光度法測定；有效磷(AP)和速效鉀(AK)采用鉬銻抗比色法和火焰光度計法測定；有機(jī)質(zhì)(OM)和微生物生物量碳(MBC)采用重鉻酸鉀外加熱法和氯仿熏蒸法測定；含水率(MC)采用烘干法測定[10]。

1.4 土壤微生物高通量測序

利用Fast DNA Spin Kit for Soil(MP Biomedicals，美國)提取土壤總DNA，并用1% 的瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質(zhì)量，使用NanoDrop 2000測定DNA濃度和純度；使用引物338F(5′-ACTCCTACGGGAGG CAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCT AAT-3′)對土壤細(xì)菌16S rRNA基因V3 ～ V4可變區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增程序如下：95℃預(yù)變性3 min；95℃變性30 s，55℃退火30 s，72℃延伸30 s，27個循環(huán)；72℃穩(wěn)定延伸10 min，最后4℃保存。對真菌ITS序列進(jìn)行PCR擴(kuò)增(特異引物為ITS1F：5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′和ITS2R：5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′)，擴(kuò)增流程：95 ℃預(yù)變性3 min；95℃變性30 s，55℃退火30 s，72 ℃延伸45 s，35個循環(huán)；72℃穩(wěn)定延伸10 min，最終10℃保存。PCR反應(yīng)體系為：5×TransStart FastPfu緩沖液2 μl，2.5 mmol/L dNTPs 2 μl，5 μmol/L上游引物0.8 μl，5 μmol/L下游引物0.8 μl，TransStart FastPfu DNA聚合酶0.2 μl，模板DNA 10 ng，補(bǔ)足至20 μl。在Illumina公司的MiSeqPE 300平臺上測序(上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

使用上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司云平臺進(jìn)行交互式生物信息云分析(http://www.i-sanger. com)，使用UPARSE軟件(version7.1http://drive5. com/uparse/)，根據(jù)97% 的相似度對序列進(jìn)行OTU聚類并剔除嵌合體。利用RDP classifier(http://rdp. cme.msu.edu/)對每條序列進(jìn)行物種分類注釋，比對Silva &Unite數(shù)據(jù)庫，設(shè)置比對閾值為70%，根據(jù)OTU計算樣本微生物群落結(jié)構(gòu)組成、α多樣性、β多樣性(PCoA)、土壤性質(zhì)與微生物關(guān)聯(lián)性分析和微生物功能預(yù)測并制作圖形。利用 Excel 2019和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，其中使用單因素方差分析(one-way ANOVA)比較不同竹林土壤理化性質(zhì)差異，并用LDS多重比較分析顯著性(<0.05)；利用Origin 2018軟件進(jìn)行不同竹林土壤理化性質(zhì)差異和竹林土壤真菌FUNGuild功能預(yù)測繪圖；利用Adobe Photoshop CC 2018和Adobe Illustrator CC 2018進(jìn)行后期圖形處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同竹林土壤理化指標(biāo)

竹種的變化對土壤中全磷(TP)、有效磷(AP)、有機(jī)質(zhì)(OM)、全氮(TN)、全鉀(TK)、電導(dǎo)率(EC)有顯著影響(<0.05)；而對pH、銨態(tài)氮(AN)、硝態(tài)氮(NN)、速效鉀(AK)、微生物生物量碳(MBC)、含水率(MC)影響不顯著(>0.05)(圖1)。土壤中全磷、有效磷、含量呈現(xiàn)毛竹林土壤大于紅竹林土壤和淡竹林土壤(圖1C、1I)，有機(jī)質(zhì)含量、電導(dǎo)率呈現(xiàn)毛竹林土壤大于紅竹林土壤(圖1H、1L)，全氮含量呈現(xiàn)毛竹林土壤和淡竹林土壤大于紅竹林土壤(圖1F)，全鉀含量呈現(xiàn)淡竹林土壤大于毛竹林土壤和紅竹林土壤(圖1G)。

(圖中*表示在P<0.05水平差異顯著)

2.2 不同竹林土壤微生物多樣性

通過土壤微生物α多樣性分析可以看出，在OTU水平上，土壤細(xì)菌α多樣性均存在顯著性差異，其中毛竹林土壤細(xì)菌Sobs與Shannon指數(shù)最高，且顯著高于其他竹林，淡竹林土壤細(xì)菌Sobs與Shannon指數(shù)最低(圖2A、2B)；毛竹林和紅竹林土壤真菌Sobs指數(shù)顯著高于淡竹林，3種竹林土壤真菌Shannon指數(shù)無顯著性差異(圖2C、2D)。

(圖中*、**、***分別表示在P<0.05、P<0.01、P<0.001水平差異顯著，下同)

通過bray_curtis距離算法和ANOSIM組間差異檢驗(yàn)，可以看出，不同竹林下細(xì)菌和真菌群落組成變化明顯；毛竹林土壤與其他竹林土壤細(xì)菌組成的差異最大(圖3A)；3種竹林土壤真菌群落組成較細(xì)菌群落組間差異更為明顯(圖3B)。

2.3 不同竹林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)

在所有竹林土壤中，放線菌門(Actinobacteriota)是最豐富的菌門，占所有細(xì)菌群落豐度的28.39%(圖4A)，其在淡竹林土壤中豐度占比最高為32.1%、在紅竹林土壤中為29.6%、在毛竹林土壤中為23.4%。同時，竹林土壤細(xì)菌的主要菌門還有變形菌門(Proteobacteria)，占比21.04%(淡竹林土壤18.5%、紅竹林土壤20.6%、毛竹林土壤23.9%)；酸桿菌門(Acidobacteriota)，占比15.92%(淡竹林土壤15.2%、紅竹林土壤15.8%、毛竹林土壤16.6%)；綠彎菌門(Chloroflexi)，占比15.29%(淡竹林土壤19.1%、紅竹林土壤14.4%、毛竹林土壤12.3%)等(圖4C)。

圖3 三種竹林土壤細(xì)菌和真菌OTU水平群落結(jié)構(gòu)PCoA分析

圖4 三種竹林土壤門水平上細(xì)菌和真菌群落豐度圖 (相對豐度小于0.01的類群合并入others)

從組間差異性檢驗(yàn)可以看出，在門水平上，放線菌門和綠彎菌門在淡竹林土壤中的相對豐度顯著高于其他竹林土壤，且在毛竹林土壤中豐度最低，變形菌門、粘球菌門(Myxococcota)、厚壁菌門(Firmicutes)和擬桿菌門(Bacteroidota)的相對豐度則不同，其在毛竹林土壤中豐度最高，在淡竹林中顯著最低(圖5A)。在綱水平上，嗜熱油菌綱(Thermoleophilia)、酸微菌綱(Acidimicrobiia)、KD4-96和TK10在淡竹林土壤中更豐富，γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)、多囊粘菌綱(Polyangia)、擬桿菌綱(Bacteroidia)和桿菌綱(Bacilli)則在毛竹林土壤中更豐富(圖5C)。

在所有竹林土壤中，真菌群落主要由子囊菌門(Ascomycota)構(gòu)成，其相對豐度占總體的77.35%，其中毛竹林土壤77.35%、紅竹林土壤75.17%、淡竹林土壤69.46%，它與占比8.77% 的擔(dān)子菌門(Basidiomycota)(毛竹林土壤8.77%、紅竹林土壤9.56%、淡竹林土壤8.25%)共同占據(jù)了竹林土壤真菌的86.12%(圖4B、4D)。

不同竹林土壤真菌優(yōu)勢門差異不顯著，但是在綱水平上可以看出，子囊菌門中的糞殼菌綱(Sordariomycetes)在淡竹林土壤中豐度顯著高于毛竹林和紅竹林土壤，座囊菌綱( Dothideomycetes)在紅竹林與毛竹林土壤中豐度顯著高于淡竹林土壤，錘舌菌綱(Leotiomycetes)在紅竹林土壤中豐度顯著高于毛竹林和淡竹林土壤，散囊菌綱(Eurotiomycetes)在毛竹林土壤中豐度顯著高于淡竹林和紅竹林土壤(圖5B、5D)。這些差異在更下級目水平中也可以看到，如糞殼菌綱中的糞殼菌目(Sordariales)和座囊菌綱中的格孢腔菌目(Pleosporales)。

2.4 不同竹林土壤微生物群落與土壤性質(zhì)之間的聯(lián)系

通過對12個土壤性質(zhì)因子(pH、EC、OM、TN、AN、NN、TP、AP、TK、AK、MBC、MC)進(jìn)行共線性分析，剔除2個共線性高的土壤指標(biāo)(TN、AP)，然后進(jìn)行RDA分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在OTU水平上土壤因子解釋了26.94% 細(xì)菌群落的變化(圖6A)，其中pH(2=0.579)、NN(2=0.501)、EC(2=0.498)、TP(2=0.475)、AN(2=0.414)、MC(2=0.308)、AK(2=0.233)和MBC(2=0.09)與細(xì)菌群落分布顯著相關(guān)(表1)。土壤因子對真菌群落變異的解釋度為20.48%(圖6B)，其中TP(2=0.68)、EC(2=0.318)和TK(2=0.258)與真菌群落分布顯著相關(guān)(表1)。從圖6中還可以看出，大部分土壤因子如pH、EC、OM、TN、NN、TP、AP、AK、MBC和MC均與竹林土壤細(xì)菌和真菌豐度占比前二的OTU呈不同程度負(fù)相關(guān)性，TK和AN則與其呈正相關(guān)性。

(圖中每一組柱圖對應(yīng)的數(shù)值為方差分析P值)

圖6 OTU水平上三種竹林土壤細(xì)菌和真菌與土壤理化指標(biāo)RDA分析

土壤因子與物種之間的heatmap圖顯示了某一理化指標(biāo)與某一微生物群落的相關(guān)性，其中NN、EC和TP與放線菌門相對豐度呈顯著負(fù)相關(guān)，NN和MC與變形菌門相對豐度呈顯著正相關(guān)，NN與放線菌門相對豐度呈顯著正相關(guān)，NN、MC、pH、EC和TP與綠彎菌門相對豐度呈顯著負(fù)相關(guān)，AN與綠彎菌門相對豐度呈顯著正相關(guān)(圖7A)。對于真菌群落，pH與子囊菌門相對豐度呈顯著正相關(guān)，NN與擔(dān)子菌門相對豐度呈顯著負(fù)相關(guān)，NN和MC與被孢霉門(Mortierellomycota)相對豐度呈顯著正相關(guān)，NN、MC、TP和EC與球囊菌門(Glomeromycota)相對豐度呈顯著負(fù)相關(guān)(圖7B)。

2.5 不同竹林土壤功能預(yù)測

PICRUST分析將竹林土壤細(xì)菌分為6個一級功能層，其中代謝功能占絕對優(yōu)勢，相對豐度占比達(dá)78.7% ～ 79.2%，其次是遺傳信息處理功能占6.65% ～ 6.80%、環(huán)境信息處理功能占4.80% ～ 5.04%、細(xì)胞轉(zhuǎn)化功能占4.07% ～ 4.21%、人類疾病功能占3.18% ～ 3.40% 和生物體系統(tǒng)功能占1.84% ～ 1.87%(圖8A)。

根據(jù)FUNGuild功能預(yù)測將竹林土壤真菌根據(jù)營養(yǎng)型分為腐生型、未知、病原–腐生–共生型、病原–腐生型、病原型、腐生–共生型、共生型、病原–共生型、腐生–病原–共生型9類。其中腐生型為最主要營養(yǎng)型，其在毛竹林、紅竹林和淡竹林土壤的豐度占比分別為39.20%、35.41% 和33.31%(圖8B)。

3 討論

3.1 不同景觀竹林土壤中微生物多樣性與群落組成

α多樣性是反映微生物群落結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，3種竹林土壤中毛竹林土壤細(xì)菌Sobs指數(shù)和Shannon指數(shù)均顯著高于其他兩種竹林，毛竹林和紅竹林土壤真菌Sobs指數(shù)高于淡竹林土壤，但3種竹林土壤真菌Shannon指數(shù)并無顯著性差異，這表明不同竹林對細(xì)菌群落的構(gòu)成和豐度具有很大影響，對真菌豐富度有影響但對多樣性的影響較小。造成這種情況的原因可能和不同竹林的郁閉度有關(guān)。毛竹林密度較小，林內(nèi)受光面積大使得林內(nèi)土壤溫度較高，而淡竹林則相反，由于微生物對土壤溫度變化敏感[11]，所以這種密度差異會一定程度影響竹林內(nèi)細(xì)菌的增殖。此外，毛竹林土壤氮、磷和有機(jī)質(zhì)等含量高，養(yǎng)分較充足，利于微生物增殖。

表1 土壤理化指標(biāo)與土壤微生物相關(guān)性

圖7 門水平上3種竹林土壤細(xì)菌和真菌與土壤理化指標(biāo)相關(guān)性

圖8 三種竹林土壤細(xì)菌PICRUSt2 和真菌FUNGuild 功能預(yù)測

不同植物類型能改變土壤微生物所處環(huán)境，進(jìn)而使微生物群落構(gòu)成不同[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同竹林土壤細(xì)菌和真菌的群落構(gòu)成均具有顯著差異。如放線菌門(Actinobacteriota)在淡竹林土壤中的豐度顯著性高于毛竹林土壤，這是由于放線菌門在土壤中通常參與降解植物木質(zhì)素和轉(zhuǎn)化果膠與纖維素[13]，兩種竹林密度差異較大，淡竹林的高密度造成豐富的凋落物覆蓋和更密的根系組織，使得土壤中植物纖維的含量升高，進(jìn)而造成放線菌門數(shù)量增加。此外放線菌門還具有解磷作用，毛竹林土壤磷含量顯著高于淡竹林土壤，這可能是放線菌門的豐度差異造成的。變形菌門(Proteobacteria)在毛竹林土壤中的含量顯著高于淡竹林土壤，其下主要包含α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)和γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)兩個菌綱，α-變形菌綱在這兩種竹林土壤中無顯著差異，γ-變形菌綱在毛竹林土壤中豐度最高，且顯著高于其他竹林。這可能是因?yàn)槊窳滞寥懒缀匡@著高于其他竹林土壤，而γ-變形菌綱中的部分細(xì)菌對土壤中難溶性磷酸鹽有溶解作用[14]。同時γ-變形菌綱包含許多與動物排泄有關(guān)的病原菌，毛竹林較為寬松的立柱密度可能適合某些小動物或鳥類的生存活動，使得微生物群落構(gòu)成變得復(fù)雜。綠彎菌門(Chloroflexi)是一類寡營養(yǎng)型細(xì)菌，喜歡在貧瘠的土壤中生存[15]，其在營養(yǎng)較高的毛竹林土壤中含量最低，符合其寡營養(yǎng)型的特點(diǎn)。

竹林土壤真菌以子囊菌門(Ascomycota)為優(yōu)勢門，子囊菌門廣泛存在于土壤中，多為腐生菌，是土壤中重要的分解者，可以降解土壤中復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)和難以分解的纖維素，在養(yǎng)分循環(huán)中扮演著關(guān)鍵作用[16]，竹林環(huán)境中大量的鞭根與落葉可以給其提供良好的身存環(huán)境。同時子囊菌門中存在有許多能引起植物病害的病原菌，可以引起根腐、莖腐、果(穗)腐和枝枯等病害，在進(jìn)行竹林養(yǎng)護(hù)和林下植物配植時應(yīng)對此進(jìn)行充分考慮。有研究表明，土壤性質(zhì)與微生物會對林內(nèi)植物造成許多直接或間接的影響[17]，不同竹林內(nèi)的土壤微環(huán)境可能會對竹林后續(xù)生長以及林內(nèi)植物產(chǎn)生影響。在后續(xù)研究中，針對3種竹林選擇了具有觀賞性與經(jīng)濟(jì)價值的蘭科植物白及進(jìn)行林下種植，發(fā)現(xiàn)不同竹林下白及生長差異顯著，這除受竹林光照條件差異的影響外，還可能與不同竹林下土壤性質(zhì)與微生物群落密切相關(guān)。

3.2 土壤理化性質(zhì)對微生物群落組成的影響

微生物群落會根據(jù)土壤養(yǎng)分變化產(chǎn)生不同響應(yīng)。本研究中，在OTU水平上26.94% 和20.48% 的土壤細(xì)菌和真菌群落的變化是由所選擇的土壤理化指標(biāo)解釋的，解釋度偏低可能是因?yàn)橥寥牢⑸镌贠TU水平上分類單元較多，變化規(guī)律復(fù)雜，同時微生物的變化受到土壤、光照和林內(nèi)溫濕度等多方面的影響，所選因子不能完全解釋其變化造成的。所選因子中pH、硝態(tài)氮、電導(dǎo)率、全磷、銨態(tài)氮、含水率、速效鉀和微生物生物量碳對土壤細(xì)菌群落影響顯著，全磷、電導(dǎo)率和全鉀對土壤真菌群落影響顯著，但顯著程度不同，這是由于微生物種群對土壤養(yǎng)分變化的響應(yīng)不同所導(dǎo)致的。相比于竹林土壤真菌，土壤細(xì)菌對土壤養(yǎng)分變化的反應(yīng)更為敏感。

在不同的土壤中，土壤pH一般和細(xì)菌群落的變化相關(guān)性較強(qiáng)[18]。在本研究中，不同竹林土壤pH沒有顯著的變化，但是通過RDA分析可以看到，pH對細(xì)菌群落的組成有顯著影響，如和綠彎菌門相對豐度顯著負(fù)相關(guān)，和厚壁菌門(Firmicutes)相對豐度顯著正相關(guān)，真菌對于pH的變化則沒有表現(xiàn)出如同細(xì)菌一樣的敏感反應(yīng)。此外，本研究結(jié)果表明，細(xì)菌群落構(gòu)成與土壤含水量相關(guān)性強(qiáng)，而真菌群落構(gòu)成與含水量相關(guān)性很小，這與真菌對干燥環(huán)境的抵抗力普遍較強(qiáng)的研究一致[19]。全磷對于土壤細(xì)菌和真菌群落組成均有顯著影響，說明磷元素在建立土壤微生物群落中具有重要意義。氮元素的轉(zhuǎn)化一直是土壤微生物研究的重要部分，本研究中竹種的改變對于竹林土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量并沒有顯著影響，但銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的一些差異卻顯著影響了土壤中細(xì)菌群落的組成，土壤銨態(tài)氮含量與綠彎菌門相對豐度呈顯著正相關(guān)，與粘球菌門(Myxococcota)相對豐度呈顯著負(fù)相關(guān)，而硝態(tài)氮則恰好相反，且與其他相對豐度更高的菌門呈現(xiàn)相關(guān)關(guān)系，土壤細(xì)菌對于硝態(tài)氮含量更為敏感。土壤真菌對于其變化的響應(yīng)也有不同，如硝態(tài)氮含量與相對豐度占比前二的真菌OUT豐度呈負(fù)相關(guān)性，銨態(tài)氮含量則與其呈正相關(guān)性等。這些結(jié)果說明細(xì)菌和真菌對于氮的影響有其特殊的機(jī)制。

3.3 竹林土壤微生物功能預(yù)測

PICRUSt分析將竹林土壤細(xì)菌功能基因分為6大類，可以看出，3種竹林土壤細(xì)菌功能差異較小，代謝通路所涉及的土壤細(xì)菌相對豐度近80% 占絕對優(yōu)勢，這與其他植物對土壤細(xì)菌功能研究有所不同，如丁鈺珮等[20]對呼倫貝爾沙地樟子松人工林土壤細(xì)菌代謝功能預(yù)測，發(fā)現(xiàn)其相對豐度占比為26.43%，高嵩等[21]對龍膽草根際土壤細(xì)菌功能預(yù)測發(fā)現(xiàn)其代謝功能占比近50%。竹林土壤代謝功能基因相對豐度高，說明竹林土壤代謝能力強(qiáng)，對養(yǎng)分的吸收利用率高。在竹林土壤微生物代謝2級通路中，最重要的有碳水化合物和氨基酸代謝。其中，碳水化合物代謝主要與固氮、溶磷等作用密切相關(guān)，氨基酸代謝主要與植株氮素的循環(huán)息息相關(guān)[22]，這說明竹林土壤細(xì)菌的優(yōu)勢功能主要集中在碳、氮兩種元素的分解轉(zhuǎn)化，這和竹林土壤中放線菌門、變形菌門的優(yōu)勢豐度也相契合。

對竹林土壤真菌進(jìn)行FUNGuild功能預(yù)測，將竹林土壤按營養(yǎng)型分為9類，腐生真菌是竹林土壤里最重要的營養(yǎng)型，這可能是因?yàn)樽幽揖T在土壤真菌組成中占比最高造成的。此外，腐生真菌下的細(xì)分Guild中以未分類的腐生真菌占多數(shù)，這說明子囊菌門和腐生營養(yǎng)型真菌在土壤中的作用還有待進(jìn)一步發(fā)掘和研究。毛竹林腐生真菌占比略高于淡竹林和紅竹林也符合毛竹林土壤子囊菌門占比最大的結(jié)果，并且該結(jié)果可能對毛竹林土壤氮、磷和有機(jī)質(zhì)等的積累有積極作用。

4 結(jié)論

竹林類型顯著影響林下土壤性質(zhì)，其中毛竹林土壤氮、磷和有機(jī)質(zhì)等積累優(yōu)勢顯著，電導(dǎo)率高。不同竹林類型下土壤細(xì)菌和真菌的群落組成具有差異，放線菌門(Actinobacteriota)、綠彎菌門(Chloroflexi)在淡竹林土壤中的相對豐度最高，且顯著高于其他竹林，而變形菌門(Proteobacteria)、粘球菌門(Myxococcota)的相對豐度在毛竹林土壤中最高；土壤真菌優(yōu)勢門在各竹林土壤間的差異并不顯著。土壤細(xì)菌對于所選土壤指標(biāo)變化的響應(yīng)更加敏感。竹林土壤細(xì)菌代謝功能最為活躍，有利于促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收和利用；土壤真菌中腐生營養(yǎng)型占比最高。綜上，小規(guī)模景觀竹林會對土壤性質(zhì)與土壤微生物造成顯著影響，這一結(jié)果可能會進(jìn)而影響竹林以及林內(nèi)植被的生長，以后在進(jìn)行竹林景觀建設(shè)中應(yīng)尤其注意竹林、土壤以及林下植物的互作關(guān)系，科學(xué)配置。

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Soil Microbial Community Structures Under Three Urban Landscape Bamboo Forests

FU Hao1,2, ZENG Xinhua2, SONG Zhilin1, LAN Siren1, HUANG Weichang1,2*

(1 College of Art and Landscape Architecture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China; 2 Plant Conservation Center of East China Wild and Endangered Resources, Shanghai Chenshan Botanical Garden, Shanghai 201602, China)

To explore the effects on soil microbial community, different urban landscape bamboo forests (,and) were chosen in the Chenshan Shanghai Botanical Garden as the study area. Illumina MiSeq high-throughput sequencing technology and soil physicochemical indexes were used. The results showed that the contents of soil total phosphorus (TP), available phosphorus (AP), organic matter (OM), total nitrogen (TN), total potassium (TK) and electric conductivity (EC) were significantly different among the three bamboo forests. The Sobs and Shannon indexes of soil bacteria were highest undert and lowest under. Actinobacteriota, Proteobacteria, Acidobacteriota and Chloroflexi were the dominant phyla of soil bacteria, while Ascomycota was the dominant soil fungi. Meanwhile, the relative abundance of Actinobacteriota and Chloroflexi were significantly higher under, while the relative abundance of Proteobacteria and Myxococcota were the highest under. However, there was no significant difference in the dominant phyla of soil fungi among the three bamboo forests. Meanwhile, the community composition of soil bacterial was significantly correlated with pH, nitrate nitrogen (NN), EC, TP, ammonium nitrogen (AN), moisture content (MC), AK and microbial biomass carbon (MBC), while the fungal community was significantly affected by TP, EC and TK.

Landscape bamboo; Soil physiochemical index; Soil microorganism; Diversity; Function prediction

S154.36

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.06.010

付浩, 曾歆花, 宋志琳, 等. 三種城市景觀竹土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征. 土壤, 2022, 54(6): 1165–1174.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31902108)和上海市科技興農(nóng)項(xiàng)目(2021-02-08-00-12-F00778)資助。

通訊作者(huangweichang@csnbgsh.cn)

付浩(1996—)，男，甘肅蘭州人，碩士研究生，研究方向?yàn)閳@林植物與土壤。E-mail: 2396318964@qq.com