馬尾松次生林轉(zhuǎn)換為濕地松和杉木林對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響

夏開，鄧鵬飛，馬銳豪，王斐，溫正宇，徐小牛

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036

建國以來，隨著我國對木材需求的不斷增加，大面積的原始森林逐漸被砍伐，經(jīng)封山育林形成天然次生林（朱教君，2002）。由于部分天然次生林生產(chǎn)力低，被砍伐轉(zhuǎn)換成不同樹種的人工林。皖南山區(qū)于2009年前后，將馬尾松（Pinus massoniana）低效天然次生林（PM）改造為濕地松（P. elliottii）人工林（PE）和杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林（CL）。林型轉(zhuǎn)換是驅(qū)動土壤環(huán)境條件發(fā)生改變的主要因素之一（Bruun et al.，2015），土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性可能會隨著土壤環(huán)境條件變化而發(fā)生改變（Chen et al.，2016），進而反映森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤受損情況或恢復(fù)潛力（鄧嬌嬌等，2019），對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性進行研究，可為森林土壤生態(tài)恢復(fù)和可持續(xù)經(jīng)營提供理論基礎(chǔ)。

土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)地球生物化學(xué)循環(huán)的重要驅(qū)動因素（Liu et al.，2017），其群落特性指標(biāo)常被作為土壤生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的關(guān)鍵生物指標(biāo)（Bell et al.，2015；韓芳等，2021）。細(xì)菌是土壤中最豐富和最多樣的微生物類群（Dennis et al.，2013），廣泛參與土壤養(yǎng)分循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換過程（Averill et al.，2016），同時可以通過分泌大量次生代謝產(chǎn)物，反饋影響土壤環(huán)境和植物生長（De et al.，2015），在維持土壤生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性方面起著重要作用（Felske et al.，2000）。林型轉(zhuǎn)換是影響土壤細(xì)菌組成和多樣性的重要因素之一（Nakayama et al.，2019）。林型轉(zhuǎn)換改變了林間微氣候、凋落物的組成和分解、植物根系的活動，改變了土壤理化性質(zhì)和土壤養(yǎng)分狀況，從而影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性。Meng et al.（2019）研究發(fā)現(xiàn)：亞熱帶地區(qū)原始森林向混交林轉(zhuǎn)換后，土壤細(xì)菌群落和多樣性變化不明顯，而向杉木和竹林轉(zhuǎn)換提高了土壤細(xì)菌多樣性，是土壤pH的變化導(dǎo)致了該地區(qū)林型轉(zhuǎn)化引起土壤細(xì)菌群落的變化。Sun et al.（2020）研究發(fā)現(xiàn)熱帶雨林天然林轉(zhuǎn)換為橡膠樹人工林后細(xì)菌多樣性顯著降低，土壤容重和濕度是影響該地區(qū)土壤細(xì)菌群落的關(guān)鍵因子。不同地區(qū)的林型轉(zhuǎn)換對土壤細(xì)菌群落影響結(jié)果不同，影響土壤細(xì)菌群落的關(guān)鍵環(huán)境因子也不同。皖南山區(qū)PM轉(zhuǎn)化成PE和CL后，對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性產(chǎn)生何種影響以及哪些關(guān)鍵環(huán)境因子影響該地區(qū)的土壤細(xì)菌群落，目前尚不清楚。因此，研究該地區(qū)林型轉(zhuǎn)換對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響，有助于揭示其對森林土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響機制，為該地區(qū)林型轉(zhuǎn)換后森林土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和維持提供科學(xué)依據(jù)，對土壤生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

基于16S rRNA的新一代高通量測序技術(shù)采用最新版QIIME 2分析流程，可以極大提升數(shù)據(jù)精確度與物種分辨率（Benjamin et al.，2016)，更加真實地揭示環(huán)境中微生物群落結(jié)構(gòu)組成（Mark et al.，2005）。本研究以安徽旌德縣國營蔡家橋林場立地條件相同的PM以及由PM轉(zhuǎn)換的PE和CL為對象，分析了林型轉(zhuǎn)換對土壤的理化性質(zhì)、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響以及關(guān)鍵環(huán)境因子對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，以期為該地區(qū)森林土壤生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

試驗地位于皖南山區(qū)國營蔡家橋林場，地處118°30′E，30°20′N，氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，光照充足，四季分明，山地氣候特征明顯。年平均氣溫為16 ℃，年平均降水量為1521 mm，無霜期230 d左右?；鶐r以板巖和花崗巖為主，土壤多為紅黃壤、山地黃壤。林區(qū)植被豐富，森林覆蓋率達85%，喬木主要有馬尾松、濕地松、杉木、鵝掌楸（Liriodendron chinense）、檫木（Sassafras tzumu）、苦櫧（Castanopsis sclerophylla）、甜櫧（C.eyrei）、木荷（Schima superba）等。林下植物主要有檵木（Lorpetalum chindensevar.rubrum）、杜鵑（Rhododendron simsii）、白茅（Imperata cylindrica）、蕨類（Pteridophyta）等。

1.2 樣地設(shè)計和土壤樣品采集

2020年8月，在蔡家橋林場選擇立地條件類型相同的馬尾松次生林（PM）以及馬尾松次生林伐后營造的濕地松林（PE）和杉木林（CL）3種林分各設(shè)置3個樣地，樣地面積均為20 m×20 m，共9塊樣地。調(diào)查林分基本情況詳見表1。

表1 調(diào)查林分樣地基本概況Table 1 Basic characteristics of the sampling stands

每個樣地內(nèi)按機械隨機法設(shè)置3個小樣方，樣方面積5 m×5 m，土壤樣品采集之前，去除地表枯枝落葉，用土鉆在小樣方內(nèi)按“S”形多點取樣，取樣深度為0—10 cm，將所取土壤充分混合成一個土樣，每個土樣分成2份，一份取500 g左右裝入無菌自封袋中，9個樣地共計27份土壤樣品，用于測定土壤理化性質(zhì)；同時將另一份土壤，過2 mm篩以除去石頭、根系以及土壤動植物后，取10 g左右裝入無菌管中，并儲存于-80 ℃的干冰保溫盒中，共獲取 27份土壤微生物樣品，用于土壤微生物指標(biāo)的測定。土壤微生物指標(biāo)的測定委托杭州聯(lián)川生物科技有限公司進行16s rRNA高通量測序。

1.3 土壤理化指標(biāo)的測定

土壤含水率（SWC，%）采用105 ℃烘干法測定；土壤pH按水土比例（2.5∶1）混合后用pH計測定；土壤電導(dǎo)率（EC，μS·cm-1）按水土比例（5∶1）混合后用電導(dǎo)率計測定；土壤有機碳（SOC）和全氮（TN）使用元素分析儀（EA 3000，Vector，Italy）測定；土壤全磷（TP）采用HNO3∶HClO4=3∶1法消煮后，利用連續(xù)流動注射分析儀（FIA Star 5000，F(xiàn)OSS，Denmark）測定。土壤速效氮（NH4+-N，NO3--N，mg·kg-1）使用 1 mol·L-1KCl溶液浸提，用流動注射分析儀進行測定。

1.4 土壤細(xì)菌16S rRNA測序方法

1.4.1 土壤細(xì)菌DNA提取與擴增測序

使用 E.Z.N.A.?Soil DNA Kit試劑盒對土壤細(xì)菌 DNA進行提取，并通過瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA提取質(zhì)量，同時采用紫外分光光度計對DNA進行定量。使用引物 341F（5′-CCTACGGGNGGC WGCAG-3′）和 805R（5′-GACTACHVGGGTATC TAATCC-3′）對16S rDNA可變區(qū)（V3—V4）進行PCR擴增。PCR產(chǎn)物采用Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit在Qbit熒光定量系統(tǒng)上對文庫進行定量，將合格的測序文庫梯度稀釋后，根據(jù)所需測序量按相應(yīng)比例混合，經(jīng) NaOH變性為單鏈后使用NovaSeq測序儀進行2×250 bp的雙端測序。

1.4.2 生物信息數(shù)據(jù)處理

上機測序完成后，得到原始的下機數(shù)據(jù)，利用overlap將雙端數(shù)據(jù)進行拼接，并進行質(zhì)控、嵌合體過濾，獲得高質(zhì)量的cleandata。采用最新版QIIME 2分析流程，調(diào)用 DADA2（Divisive Amplicon Denoising Algorithm）（Benjamin et al.，2016）對序列進行去噪，即不再使用以97%相似度聚類成OTU（Operational Taxonomic Units）的分析方法，而是通過“去重復(fù)”（Dereplication，相當(dāng)于以100%相似度聚類）等步驟，進而獲得單堿基精度的代表序列，大大提升了數(shù)據(jù)精確度與物種分辨率，然后使用ASVs（Amplicon Sequence Variants）的概念構(gòu)建類OTU表，獲得最終的Feature特征表以及特征序列。本次測序共獲得23497個特征序列，特征序列所對應(yīng)總Feature數(shù)為1021518個，3種林型共識別出39門，783屬細(xì)菌類群。采用Blast進行序列比對，每個代表性序列用 SILVA（Release 132，https://www.arb-silva.de/documentation/release-132/）以及 NT-16S數(shù)據(jù)庫對特征序列進行注釋，最后基于得到的 Feature特征表進行多樣性分析、物種分類注釋和菌群差異分析等。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本研究分析平臺為QIIME 2平臺，數(shù)據(jù)計算及其分析作圖在QIIME 2自帶腳本R完成。運用Excel 2013對數(shù)據(jù)進行整理，計算所有參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差（SD）。使用R（v 3.6.1）統(tǒng)計分析軟件對土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌α多樣性指標(biāo)分別進行單因素方差分析（ANOVA），并對兩者進行 Pearson相關(guān)性分析，對土壤理化性質(zhì)和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進行Mantel檢驗分析與Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林型轉(zhuǎn)換對土壤理化性質(zhì)的影響

PM轉(zhuǎn)換成PE和CL后，土壤理化性質(zhì)發(fā)生顯著變化（表2）。與PM相比，PE土壤pH和NH4+-N含量顯著增加（P＜0.05），而土壤EC和NO3--N含量顯著降低（P＜0.05）；CL土壤 SWC顯著增加（P＜0.05）；土壤 EC和 SOC含量均顯著降低（P＜0.05）。

表2 試驗林分土壤理化性質(zhì)Table 2 Soil basic characteristics of the experimental stands

2.2 林型轉(zhuǎn)換對土壤細(xì)菌群落多樣性的影響

2.2.1 林型轉(zhuǎn)換對土壤細(xì)菌α多樣性的影響

根據(jù)對土壤細(xì)菌α多樣性指數(shù)進行單因素方差分析（表3）可以看出：Chao1指數(shù)、Observed_species指數(shù)、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)的變化趨勢均是PE＞CL＞PM。PM轉(zhuǎn)換成PE后，土壤細(xì)菌各α多樣性指數(shù)均顯著增加（P＜0.05）；而轉(zhuǎn)換成CL后，土壤細(xì)菌各α多樣性指數(shù)無顯著變化（P＞0.05）。

表3 土壤細(xì)菌α多樣性指數(shù)Table 3 Soil bacterial α-diversity indices

對土壤細(xì)菌α多樣性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)進行Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)：Chao1指數(shù)和Observed_species指數(shù)均與土壤 pH呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)與土壤pH呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），Simpson指數(shù)與EC呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。

2.2.2 林型轉(zhuǎn)換對土壤細(xì)菌β多樣性的影響

對土壤細(xì)菌群落進行基于 weighted_unifrac的主坐標(biāo)分析（Principal coordinates analysis，PCoA）和相似性分析（Analysis of similarities，Anosim），結(jié)果表明（圖 1）：PCoA中兩個維度分別解釋了36.42%和 21.13%，共解釋了 57.55%（r=0.4084，P=0.001），代表PM、PE和CL的點可以分別聚在一起，且PE、CL與PM可以明顯區(qū)分開，3種林型組間差異明顯大于組內(nèi)差異。

圖1 土壤細(xì)菌群落基于weighted UniFrac距離的主坐標(biāo)分析Figure 1 Principal coordinate analysis of soil bacterial community based on weighted UniFrac distance

2.3 林型轉(zhuǎn)換對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

2.3.1 林型轉(zhuǎn)換對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在門水平的影響

在門水平上，PM、PE、CL林分土壤共獲得39個細(xì)菌門。將平均相對豐度＜1%歸為其他（Others），得到11個類群（圖2）。3種林型土壤細(xì)菌主要優(yōu)勢菌群（平均相對豐度＞10%）為酸桿菌門（Acidobacteria）（39.31%、36.70%、41.18%），其次是變形菌門（Proteobacteria）（31.77%、30.45%、27.11%）和放線菌門（Actinobacteria）（10.69%、10.73%、7.75%），總體相對平均豐度達到78.56%以上。其他7個優(yōu)勢菌群分別為：綠彎菌門（Chloroflexi）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、浮霉菌門（Planctomycetes）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、WPS-2，己科河菌門（Rokubacteria）未識別門（Unclassified）和其他（Others）。

圖2 門水平上的細(xì)菌群落相對平均豐度堆疊柱狀圖Figure 2 Stack histogram of relative average abundance of bacterial community at phylum level

采用Wilcoxon方法對PE、CL分別和PM進行兩兩比較檢驗（表 4）發(fā)現(xiàn)：在三大優(yōu)勢菌群中，酸桿菌門相對豐度在PM轉(zhuǎn)換為PE和CL后均未發(fā)生顯著變化（P＞0.05），變形菌門和放線菌門相對豐度在PM轉(zhuǎn)換為CL后顯著降低（P＜0.05）。其他主要菌群的平均相對豐度在 PM轉(zhuǎn)換為 PE和 CL后也發(fā)生了變化，PE與 PM 相比，己科河菌門和WPS-2均有極顯著差異（P＜0.01）；CL與PM相比，綠彎菌門和疣微菌門有極顯著差異（P＜0.01），己科河菌門和未識別門有顯著差異（P＜0.05）。

表4 PE、CL分別和PM土壤細(xì)菌門水平的Wilcoxon兩兩比較檢驗結(jié)果Table 4 Statistical results of Wilcoxon pair-to-pair comparison test at soil bacteriophyta levels among PE, CL and PM

2.3.2 林型轉(zhuǎn)換對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在屬水平的影響

在屬水平上，3種林型共獲得783個類群。將PM、PE、CL中平均相對豐度＜1%細(xì)菌類群歸為其他（Others），共有 20個類群（圖 3），占比超過37.21%，主要優(yōu)勢菌屬（平均相對豐度＞5%）有 3個，分別為酸桿菌門 Subgroup_2未定屬（Subgroup_2_unclassified）（18.45%、12.66%、14.11%）、酸桿菌目未定屬（Acidobacteriales_unclassified）（7.72%、6.69%、7.35%）、變形菌門Elsterales目未定屬（Elsterales_unclassified）（8.56%、3.80%、5.51%）。

圖3 屬水平上的細(xì)菌群落相對平均豐度堆疊柱狀圖Figure 3 Stack histogram of relative average abundance of bacterial community at the genus level

采用Wilcoxon方法對PE、CL分別和PM進行兩兩比較檢驗發(fā)現(xiàn)：林型轉(zhuǎn)換顯著改變土壤細(xì)菌在屬水平的結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢菌群（平均相對豐度＞1%）的平均相對豐度在PM轉(zhuǎn)換為PE后有8個屬產(chǎn)生了顯著差異（表 5），分別為：酸桿菌門的 3個屬[Subgroup_6綱未定屬（Subgroup_6_unclassified），Candidatus_Solibacter屬（Candidatus_Solibacter），Subgroup_2目未定屬（Subgroup_2_unclassified）]，變形菌門的 2個屬[Elsterales目未定屬（Elsterales_unclassified），黃色桿菌科未定屬（Xanthobacteraceae_unclassified）]，放線菌門的Gaiellales科未定屬（Gaiellales_unclassified），浮霉菌門的出芽科未定屬（Gemmataceae_unclassified）以及疣微菌門的 Candidatus_Udaeobacter屬（Candidatus_Udaeobacter）。PM 轉(zhuǎn)換為 CL后有 8個屬產(chǎn)生了顯著差異（表5），分別為：酸桿菌門的Subgroup_6綱未定屬（Subgroup_6_unclassified），放線菌門的熱酸菌屬（Acidothermus），變形菌門里的 2個屬（Elsterales目未定屬（Elsterales_unclassified），α-變形桿菌綱未定屬（Alphaproteobacteria_unclassified），綠彎菌菌門的2個屬（JG30-KF-AS9科未定屬（JG30-KF-AS9_unclassified），AD3綱未定屬（AD3_unclassified）和疣微菌門的 2個屬[Candidatus_Udaeobacter屬(Candidatus_Udaeobacter)，ADurb.Bin063-1 屬(ADurb.Bin063-1) ]。

表5 PE、CL和PM土壤細(xì)菌屬水平的Wilcoxon兩兩比較檢驗結(jié)果Table 5 Statistical results of Wilcoxon pair-to-pair comparison test at soil bacterial genera levels among PE, CL and PM

2.4 關(guān)鍵環(huán)境因子與細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性

對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和土壤理化性質(zhì)進行 Mantel分析檢驗（表6）土壤pH對本研究地區(qū)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響最大（r=0.4992，P=0.001），同時 EC（r=0.3347，P=0.002）對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也有極顯著影響。

表6 Mantel檢驗細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤環(huán)境因子的相關(guān)性Table 6 Correlation between bacterial community structure and soil environmental factors tested by Mantel

進一步對門水平的優(yōu)勢菌群與土壤理化性質(zhì)進行 Pearson相關(guān)性分析（圖 4），酸桿菌門（P＜0.05）、WPS-2（P＜0.01）相對豐度與土壤 pH 呈顯著負(fù)相關(guān)，浮霉菌門（P＜0.05）、己科河菌門（P＜0.01）與土壤pH呈顯著正相關(guān)；己科河菌門、疣微菌門與土壤EC呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），WPS-2與土壤EC呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。除了關(guān)鍵因子對菌群相對豐度影響外，還有其他環(huán)境因子也對部分菌群相對豐度產(chǎn)生影響。如：變形菌門（P＜0.05）、放線菌門（P＜0.05）的相對豐度與SWC呈顯著負(fù)相關(guān)，綠彎菌門與 SWC呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）；酸桿菌門與TN呈顯著負(fù)相關(guān)，己科河菌門、浮霉菌門與TN呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。酸桿菌門、WPS-2與NO3--N呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），浮霉菌門與NO3--N呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。放線菌門與NH4+-N呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

對屬水平有顯著差異的優(yōu)勢菌群與土壤理化性質(zhì)進行 Pearson相關(guān)性分析（圖 4），酸桿菌門Subgroup_6綱未定屬、變形菌門的黃色桿菌科未定屬、放線菌門Gaiellales科未定屬、浮霉菌門出芽科未定屬相對豐度均與土壤 pH呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），酸桿菌門 Subgroup_2綱未定屬和Candidatus_Solibacter屬（P＜0.05）、變形菌門Elsterales目未定屬（P＜0.01）與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)。變形菌門Elsterales目未定屬與EC呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），酸桿菌門 Subgroup_6綱未定屬（P＜0.01）、變形菌門黃色桿菌科未定屬（P＜0.01）、放線菌門Gaiellales科未定屬（P＜0.01）、疣微菌門ADurb.Bin063-1屬（P＜0.05）、浮霉菌門出芽科未定屬（P＜0.01）與EC呈顯著負(fù)相關(guān)。此外NO3--N也顯著影響了優(yōu)勢菌群相對豐度的差異。變形菌門Elsterales目未定屬與NO3--N呈顯著正相關(guān)，酸桿菌門Subgroup_6綱未定屬（P＜0.05）、變形菌門黃色桿菌科未定屬（P＜0.01）、放線菌門Gaiellales科未定屬（P＜0.01）、疣微菌門Candidatus_Udaeobacter屬（P＜0.05）、浮霉菌門出芽科未定屬（P＜0.05）與NO3--N呈顯著負(fù)相關(guān)。

圖4 優(yōu)勢門菌群相對豐度（a）、有差異的優(yōu)勢屬菌群相對豐度（b）和土壤理化性質(zhì)相關(guān)性熱圖Figure 4 Heat map of correlation between relative abundance of dominant phylum (a), relative abundance of dominant genera with differences (b) and soil physical and chemical properties

3 討論

3.1 林型轉(zhuǎn)換對細(xì)菌群落多樣性的影響

本研究中PM轉(zhuǎn)換成PE后，土壤細(xì)菌α多樣性顯著增加，而PM轉(zhuǎn)換成CL后，未發(fā)生顯著改變，同時β多樣性分析顯示，3種林型間的細(xì)菌群落差異顯著大于各林型內(nèi)部差異，表明林型轉(zhuǎn)換顯著改變了土壤細(xì)菌群落的多樣性。PM轉(zhuǎn)換成PE和CL后，對土壤細(xì)菌群落多樣性影響不同，這與Meng et al.（2019）研究結(jié)果相一致。他們發(fā)現(xiàn)亞熱帶地區(qū)原始森林向混交林轉(zhuǎn)換，土壤細(xì)菌多樣性變化不大，向杉木和竹林轉(zhuǎn)換提高了土壤細(xì)菌多樣性。主要原因可能是不同類型的林型轉(zhuǎn)換形成了不同的林分植被結(jié)構(gòu)，影響了林分凋落物組成、分解過程和根系活動，改變了土壤 pH等理化性質(zhì)（Sun et al.，2020；梁國華等，2015；曾婷婷等，2016），從而影響土壤細(xì)菌多樣性。研究地區(qū)的土壤細(xì)菌Chao1指數(shù)、Observed_species指數(shù)、Shannon指數(shù)和 Simpson指數(shù)與土壤 pH均呈顯著正相關(guān)，與Hartman et al.（2008）研究的結(jié)果相一致，他們發(fā)現(xiàn)在pH小于6.5的酸性土壤中，微生物多樣性隨著土壤pH的降低而降低。凋落物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其分解可以產(chǎn)生多種化合物直接改變土壤pH（萬春紅等，2015），植物可通過根系活動向土壤中分泌不同的有機酸、糖類和酚類等次生代謝產(chǎn)物改變土壤pH理化性質(zhì)，對微生物的生長和增殖產(chǎn)生影響（Zhao et al.，2012；Liu et al.，2020；吳林坤等，2014）。低土壤pH值的土壤中，較高的H+濃度會破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性和穩(wěn)定性（Feng et al.，2014），抑制細(xì)菌對土壤養(yǎng)分的利用效率，進而影響土壤細(xì)菌多樣性（Shen et al.，2013；張坤等，2017）。PM轉(zhuǎn)換成PE后，土壤pH顯著增加，提升了土壤細(xì)菌對土壤養(yǎng)分的利用效率，從而導(dǎo)致土壤細(xì)菌多樣性顯著增加。

3.2 林型轉(zhuǎn)換對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

林型轉(zhuǎn)化顯著改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。PM轉(zhuǎn)換成PE后，己科河菌門、WPS-2和8個優(yōu)勢屬相對豐度發(fā)生顯著變化；轉(zhuǎn)換成CL后，變形菌門、放線菌門、綠彎菌門、疣微菌門、己科河菌門和 8個優(yōu)勢屬的相對豐度發(fā)生顯著變化。林型轉(zhuǎn)換改變了林間微氣候影響了土壤含水率；森林通過凋落物的歸還與分解實現(xiàn)土壤養(yǎng)分循環(huán)，其組成和分解速率在很大程度上影響土壤養(yǎng)分積累（鄧嬌嬌等，2019）；不同林型的凋落物與根系分泌物組成不同，這些綜合因素導(dǎo)致了土壤理化性質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量的差異（Sun et al.，2020）。經(jīng)Pearson相關(guān)性分析可知，研究區(qū)域優(yōu)勢菌群的相對豐度與土壤pH、EC、SWC、SOC、TN、C/N、NO3--N、NH4+-N之間存在著一定的相關(guān)性。不同的研究也證實了土壤pH、EC、SWC和土壤養(yǎng)分指標(biāo)是影響土壤微生物群落的重要因素（Zhang et al.，2014；Liu et al.，2020；Sheremet et al.，2020），這說明林型轉(zhuǎn)換是通過改變了土壤理化性質(zhì)和土壤營養(yǎng)狀況，影響了土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。

研究地區(qū)屬酸性土壤，不同研究表明酸桿菌門、變形菌門和放線菌門偏好土壤pH較低的土壤（Lauber et al.，2009；Sun et al.，2014）。3 種林型土壤優(yōu)勢菌群均為酸桿菌門、變形菌門和放線菌門，與鄧嬌嬌等（2019）對遼東山區(qū)人工針葉林的土壤細(xì)菌群落研究結(jié)果一致。由于不同細(xì)菌的生活方式不同，可以被用作衡量土壤營養(yǎng)狀況的指標(biāo)（Hartman et al.，2008）。酸桿菌門大多屬于貧營養(yǎng)型類群（Li et al.，2016），變形菌門和放線菌門屬于富營養(yǎng)型類群，主要參與有機質(zhì)分解（Fazi et al.，2005）。PM轉(zhuǎn)換為PE后，三大優(yōu)勢菌門的相對豐度未發(fā)生顯著變化，而轉(zhuǎn)換為CL后，變形菌門和放線菌門相對豐度顯著降低。有研究表明變形菌門的相對豐度與土壤碳含量呈正相關(guān)關(guān)系（Fierer et al.，2007），其豐度隨著有機質(zhì)的增加而增加（Navarrete et al.，2008），放線菌門的相對豐度與NH4+-N含量呈顯著正相關(guān)（黃慶陽等，2021）。轉(zhuǎn)換后的CL中幾乎無林下植被，凋落物少，杉木凋落物的枝和葉常常連在一起，很難與土壤充分接觸，分解緩慢，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量下降嚴(yán)重（何斌等，2002），CL的土壤SOC和NO3--N含量顯著下降，NH4+-N含量在3種林分中最低，從而導(dǎo)致富營養(yǎng)性菌的相對豐度顯著降低，表明轉(zhuǎn)換成CL后林分土壤營養(yǎng)狀況下降，不利于森林土壤系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。另外，WPS-2的相對豐度在貧瘠土壤中較高（Sheremet et al.，2020），綠彎菌門主要以CO2為碳源產(chǎn)生能量，能在 SOC含量較低的土壤中具有競爭能力（王鵬等，2017），轉(zhuǎn)換后的CL中WPS-2和綠彎菌門相對豐度均顯著增加，也證明了CL林分土壤營養(yǎng)狀況的下降。

3.3 關(guān)鍵環(huán)境因子對細(xì)菌群落的影響

PM轉(zhuǎn)換成PE后，土壤pH顯著增加，EC顯著降低，轉(zhuǎn)換成CL后，EC顯著降低。通過對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子的Mantel分析檢驗得出，土壤pH是影響皖南山區(qū)3種林型土壤細(xì)菌群落的最重要驅(qū)動因子，土壤EC是影響該地區(qū)土壤細(xì)菌群落的另一個重要環(huán)境因子。趙鳳艷等（2019）研究發(fā)現(xiàn)土壤pH和EC是影響土壤微生物結(jié)構(gòu)和多樣性的重要因子。全球尺度上，土壤pH被認(rèn)為是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的關(guān)鍵因子（Bárcenas-Moreno et al.，2016；張紅霞等，2019；劉海洋等，2021）。土壤細(xì)菌能夠在一定pH范圍內(nèi)生存，且存在最適pH，過高或過低的pH會破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性和穩(wěn)定性（Feng et al.，2014），從而抑制細(xì)菌的生長和增殖（Zhou et al.，2020）。土壤環(huán)境中的pH變化會改變土壤營養(yǎng)物質(zhì)分子的電離狀態(tài)，降低其被土壤細(xì)菌利用的有效性（潭洪治，1988）。土壤pH還會通過影響細(xì)菌群落之間以及與其他微生物之間的競爭與共生關(guān)系，從而影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性（Shen et al.，2013）。本研究中優(yōu)勢菌群有酸桿菌門等4個門與土壤pH顯著相關(guān)；在屬水平上，有酸桿菌門Subgroup_2綱未定屬等7個有差異的優(yōu)勢菌群與土壤pH顯著相關(guān)；土壤細(xì)菌α多樣性指數(shù)與土壤pH均呈顯著正相關(guān)。土壤EC這一指標(biāo)包含了反映土壤品質(zhì)和物理性質(zhì)的多項信息，如：土壤含水、鹽分、質(zhì)地結(jié)構(gòu)和有機質(zhì)含量等（Rhoades et al.，1990）。本研究中，在門水平上，有疣微菌門等3個優(yōu)勢菌群與EC顯著相關(guān)；在屬水平上，有變形菌門Elsterales目未定屬等6個有差異的優(yōu)勢菌群與EC顯著相關(guān)；Simpson多樣性指數(shù)與EC呈顯著負(fù)相關(guān)。不同研究表明：SWC、SOC、TN、C/N、NO3--N、NH4+-N是影響不同地區(qū)土壤細(xì)菌群落的關(guān)鍵環(huán)境因子（Zhang et al.，2016；李明等，2020；于少鵬等，2020；姜雪薇等，2021），Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示這些土壤理化指標(biāo)都與本研究地不同的細(xì)菌群落有著顯著相關(guān)性，但并不是影響該地區(qū)土壤細(xì)菌群落的關(guān)鍵環(huán)境因子。主要原因可能是這些土壤環(huán)境因子共同作用，綜合影響了該地區(qū)土壤細(xì)菌群落，而土壤EC是這些理化性質(zhì)的綜合反映，成為影響該地區(qū)土壤細(xì)菌群落的重要環(huán)境因子。

4 結(jié)論

林型轉(zhuǎn)換是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的重要因素，土壤pH和EC是影響該地區(qū)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的關(guān)鍵環(huán)境因子。馬尾松次生林轉(zhuǎn)換成濕地松人工林后，土壤細(xì)菌多樣性顯著增加，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化不明顯；而轉(zhuǎn)換成杉木林后土壤細(xì)菌多樣性無顯著變化，富營養(yǎng)型菌的相對豐度顯著降低。綜上所述，馬尾松次生林轉(zhuǎn)換為濕地松人工林比轉(zhuǎn)換為杉木人公林有利于土壤細(xì)菌群落發(fā)育和土壤營養(yǎng)狀況的維持，有利于森林土壤生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。另外，由于喬木根系較深，對深層土壤微生物活性也有一定的影響，如果做土壤剖面進行取樣，將會得到更為全面的結(jié)果。