連栽對木麻黃人工林根際土壤古菌群落變化的影響

摘要：[目的]探究連栽對木麻黃人工林根際土壤古菌群落變化的影響，為探明木麻黃連栽障礙機(jī)制提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。[方法]以3個(gè)不同連栽代數(shù)（第一代First continuous plantation，F(xiàn)CP；第二代Second continu-ous plantation，SCP；第三代Third continuous plantation，TCP）的木麻黃人工林根際土壤為材料，以未種植木麻黃的天然喬木林根際土壤作為對照（CK），通過Illumina NovaSeq測序平臺(tái)對古菌群落進(jìn)行高通量測序。[結(jié)果]從3個(gè)不同連栽代數(shù)木麻黃人工林根際土壤和對照土壤中總共得到1 146 390條有效序列，以100%序列相似度聚類得到998 515個(gè)ASV。Alpha多樣性分析結(jié)果表明，所觀察到的物種數(shù)和Chaol指數(shù)均隨著連栽代數(shù)的增加呈現(xiàn)下降的趨勢，而Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和pielou_e均以FCP最高，TCP次之，SCP最低。Beta多樣性分析、PCoA分析、UPGMA聚類分析和Anosim分析結(jié)果表明，不同連栽代數(shù)木麻黃根際土壤古菌群落物種多樣性存在差異，但不同組間差異不顯著。共檢測到5個(gè)門，優(yōu)勢菌門為奇古菌門（Thaumarchaeota），且奇古菌門占比隨著栽植代數(shù)的增加呈現(xiàn)下降的趨勢，與對照相比，F(xiàn)CP、SCP、TCP分別下降了17.42%、50.97%、51 .51%。古菌群落與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析結(jié)果顯示，奇古菌門與pH、全鉀（TK）、全氮（TN）、全磷（TP）呈顯著正相關(guān)，泉古菌門與速效磷（AP）和速效氮（AN）呈顯著正相關(guān)，不同古菌群落與土壤理化因子之間的相關(guān)性存在顯著差異。[結(jié)論]本研究證實(shí)了木麻黃人工林經(jīng)過多代連續(xù)栽植后，根際土壤古菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，推測古菌群落結(jié)構(gòu)失衡是導(dǎo)致土壤微生態(tài)失衡的重要原因之一。研究結(jié)果為揭示木麻黃人工林連栽障礙形成的原因提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：連栽障礙；木麻黃；高通量測序；根際；古菌群落

中圖分類號：S154.34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-1498（2024）03-0106-12

木麻黃（Casuarina equisetifolia Forst.）屬于木麻黃科，是一種常綠喬木植物，最初產(chǎn)自大洋洲、太平洋島嶼以及東南亞地區(qū)，是亞熱帶地區(qū)沿海防護(hù)林的首選樹種，因其耐干旱、耐鹽堿、耐貧瘠特性，在保持水土、防風(fēng)固沙、減少海浪侵蝕等方面發(fā)揮著重要作用。自上世紀(jì)20年代從澳大利亞引種到廣東，目前我國東南沿海7 230 km長的海岸線上已營造了16萬公頃木麻黃人工林。東山、惠安、平潭等地建立多條防護(hù)林帶，在防風(fēng)固沙、改善環(huán)境方面產(chǎn)生了巨大的生態(tài)效益。木麻黃生長快、材積高，材質(zhì)堅(jiān)硬，滿足人們對用材林需求的同時(shí)，還能顯著提升農(nóng)田作物產(chǎn)量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在生態(tài)服務(wù)價(jià)值方面，木麻黃林屬于人為干擾下達(dá)到相對穩(wěn)定的偏途頂級群落，在脆弱的濱海生態(tài)系統(tǒng)中尚無其它樹種可以替代。因此，木麻黃資源的可持續(xù)利用在我國現(xiàn)代林業(yè)的健康發(fā)展以及維持濱海生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定方面起著至關(guān)重要的作用。然而，隨著木麻黃人工林的多代連續(xù)種植，連栽障礙問題（Continuous plantingobstacle）近年來引起林業(yè)和生態(tài)學(xué)者的廣泛關(guān)注。國內(nèi)外有關(guān)人工林連栽障礙屢有報(bào)道，國外的報(bào)道涉及到了輻射松（Pinus radiataD．Don）、火炬松（Pinus taeda L.）、濕地松（Pinus elliottiIEngelm.）、紅皮云杉（Picea koraiensis Nakai）和日本柳杉（Cryptomeria japonica （Thunb．ex L.f．）D．Don）等樹種，而國內(nèi)大面積種植的楊樹0 Populus L.）、杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.） Hook.）、桉樹（Eucalyptus spp.）和落葉松（Larix gmelinii （Rupr.） Kuzen.）等樹種也有相關(guān)的研究。連栽作為木麻黃人工林最主要的經(jīng)營方式，隨著連栽代數(shù)的增加，會(huì)導(dǎo)致植株生長發(fā)育不良，病蟲害嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查顯示，連栽引起福建東山、惠安等地木麻黃林的生長量顯著下降，14年生木麻黃二代林與頭代相比，樹高、胸徑和材積分別降低了23.7%、24.4%和29.0%，19年生木麻黃連栽與頭栽相比，平均樹高、胸徑和材積生長分別減少了8.36%、7.61%和10.30%，且存在顯著差異。目前，我國南方20世紀(jì)80～90年代營造的大面積木麻黃人工林，均面臨二代、三代更新問題。連栽木麻黃的高產(chǎn)高質(zhì)是一項(xiàng)科學(xué)性難題，解決連栽障礙機(jī)制及其調(diào)控是木麻黃人工林栽培的一個(gè)重要科學(xué)問題，在國內(nèi)外同行的研究中備受關(guān)注。

根際土壤是植物體的重要生境，根際微生物群落的宏基因組是植物微生物組的重要組成部分。目前，植物根際微生物組研究的重點(diǎn)主要是細(xì)菌和真菌，而古菌經(jīng)常被忽略。古菌被認(rèn)為僅分布于地球上的極端自然環(huán)境中，隨著研究的不斷深入，在土壤、濕地、海水等不同的生態(tài)系統(tǒng)中都發(fā)現(xiàn)古菌的存在，且對元素的生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要的驅(qū)動(dòng)作用。古菌是微生物群落中的一部分，適應(yīng)各種條件，從而定居土壤、動(dòng)植物和人體。在土壤中，受土壤類型和土層的影響，古菌豐度、群落結(jié)構(gòu)和分布特征可能有所不同。目前有關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)中人工林連栽障礙下根際土壤古菌群落變化的研究鮮見報(bào)道。以往對木麻黃人工林連栽障礙的研究表明，隨著連栽代數(shù)的增加，根際細(xì)菌和放線菌的數(shù)量顯著減少，而真菌的數(shù)量明顯增加，這導(dǎo)致了土壤微生物群落類型從以細(xì)菌為主向以真菌為主過渡。然而，連栽條件下木麻黃人工林的根際土壤古菌群落是如何變化的還未見報(bào)道。因此，本研究以3個(gè)不同連栽代數(shù)（第一代First continuous plantation，F(xiàn)CP；第二代Second continuous plantation．SCP；第三代Third continuous plantation．TCP）的木麻黃根際土壤為材料，以未種植木麻黃的天然喬木林根際土壤作為對照（CK），采用高通量測序技術(shù)對古菌群落進(jìn)行16S rDNA擴(kuò)增子測序，通過物種注釋和相對豐度分析，探究連栽木麻黃根際土壤古菌群落變化規(guī)律，以期為探明木麻黃連栽障礙機(jī)制提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究樣地概況

研究樣地所處地點(diǎn)在福建省泉州市惠安縣赤湖國有防護(hù)林場，占地面積約為433 hm2，屬南亞熱帶海洋性氣候，年降雨量為1 029 mm，年蒸發(fā)量達(dá)2 000 mm，年平均氣溫為19.8℃，極高氣溫和極低氣溫分別為35℃和1℃。林地上種植了3個(gè)不同代數(shù)的木麻黃人工林，分別是一代林（FCP）、二代林（SCP）和三代林（TCP）。在每代林內(nèi)，木麻黃的林齡是統(tǒng)一的，而不同代數(shù)間的林齡是不同的。每代的樣地未經(jīng)過煉山整地，栽植苗為木麻黃嫩枝扦插培育的幼苗，伴生樹種與林下植被基本一致?；拘畔⑷绫?所示。

1.2 土壤樣品的采集

2023年2月，在赤湖國有防護(hù)林場內(nèi)對不同代數(shù)木麻黃林地和天然喬木林設(shè)置實(shí)驗(yàn)樣地，即在CK、FCP、SCP和TCP分別設(shè)立一個(gè)20m×20 m的實(shí)驗(yàn)樣地，每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)劃分3個(gè)5mx5m的樣方，共計(jì)12個(gè)樣方。木麻黃根際土壤的采集參照王圳等的方法進(jìn)行。具體為，在每個(gè)樣方內(nèi)沿“S”形路徑隨機(jī)選擇長勢相近的木麻黃，移除土壤表面的樹葉和雜質(zhì)，用鐵鍬挖去周圍土壤，用毛刷輕輕刷取并收集粘附在細(xì)根上的土壤，即木麻黃根際土壤。每個(gè)樣方內(nèi)的根際土壤搖勻后得到1份土壤樣品，共計(jì)獲得12份。過2 mm篩后，一部分立即用于土壤DNA的提取，一部分自然風(fēng)干用于測定土壤基本理化性質(zhì)，剩余的土樣保存于-80℃冰箱中備用。土壤基本理化性質(zhì)如表2所示。

1.3 根際土壤DNA提取及PCR擴(kuò)增

土壤微生物基因組總DNA采用BioFast SoilGenomic DNA Extraction Kit試劑盒（BioFlux公司，中國）進(jìn)行提取。樣品DNA濃度采用Nanodrop紫外分光光度計(jì)測定，并用1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測樣品DNA的質(zhì)量。以稀釋至1 ng·μL-1的樣品DNA為模板，采用特異性引物對古菌16SV4～V5區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增，引物序列分別為524F（5-barcode+TGYCAGCCGCCGCGGTAA-3）和958R（5-CCGGCGTTGAVTCCAATT-3）.使用2%瓊脂糖凝膠電泳來檢驗(yàn)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的質(zhì)量，選擇合格的PCR產(chǎn)物送到北京諾禾致源科技有限公司進(jìn)行16S rDNA擴(kuò)增子高通量測序。

1.4 DNA文庫建立及原始數(shù)據(jù)整理

為了完成整個(gè)文庫制備工作，PCR產(chǎn)物需要經(jīng)過末端修復(fù)、加A尾、加測序接頭、純化等一系列步驟，然后利用Illumina NovaSeq測序平臺(tái)對文庫進(jìn)行雙末端測序。首先，根據(jù)barcode對樣品進(jìn)行拆分，以獲取每個(gè)樣品的原始數(shù)據(jù)，并去除其中的barcode和引物。使用FLASH軟件將R1和R2序列數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。對于拼接后的Tags，我們進(jìn)行質(zhì)控處理，得到Clean Tags。然后，對Clean Tags進(jìn)行嵌合體過濾，以獲得可用于后續(xù)分析的有效數(shù)據(jù)，即Effective Tags。最后，我們基于這些有效數(shù)據(jù)使用DADA2進(jìn)行降噪處理，從而得到了最終的ASVs。隨后對得到的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行物種注釋和豐度分析，比較不同樣本之間的群落結(jié)構(gòu)差異。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用QIIME2軟件繪制樣品稀釋曲線圖，并分析Chaol、Simpson和Shannon多樣性指數(shù)。花瓣圖、柱形圖采用Perl 5.26.2軟件進(jìn)行繪制。熱圖采用R 4.0.3進(jìn)行繪制。利用https：//www.bioincloud.tech/云平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)性分析。利用DPS 7.05軟件進(jìn)行單因素方差分析和LSD多重比較，并進(jìn)行組間差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 連栽木麻黃根際土壤古菌群落ASV組成及結(jié)構(gòu)

采用Illumina NovaSeq測序平臺(tái)對不同連栽代數(shù)木麻黃根際土壤和未種植木麻黃的天然喬木林土壤的古菌群落進(jìn)行高通量測序?？偣驳玫? 146 390條有效序列，平均每個(gè)樣品的有效序列為95 533條。使用DADA2方法進(jìn)行降噪，并以100%序列相似度聚類，共得到998 515個(gè)ASV，其中CK、FCP、SCP、TCP的平均ASV數(shù)量分別為63 362、65 824、97 647、106 006。由圖1可知，抽取的序列條數(shù)將近60 000條，曲線趨向平坦，表明不同土壤樣品所測的序列都能夠較好地反映古菌群落種類數(shù)量，測序數(shù)據(jù)量漸進(jìn)合理。

花瓣圖可以直觀地體現(xiàn)不同連栽代數(shù)木麻黃根際土壤古菌群落ASV組成的差異性及重疊情況（圖2）。分析結(jié)果表明，CK、FCP、SCP和TCP中特異性古菌ASV分別占總ASV序列數(shù)的23.90%（325）、25.44%（346）、18.38%（250）和16.25%（221）。CK與FCP、SCP、TCP共有的ASV數(shù)量為107（7.87%）、111（8.16%）、110（8.09%），F(xiàn)CP與SCP、TCP共有的ASV數(shù)量為129（9.4g%）、118（8.68%），SCP與TCP共有的ASV數(shù)量為130（9.56%），CK、FCP、SCP和TCP土壤中共有的古菌ASV數(shù)量為79（5.81%）。除此之外，隨著連栽代數(shù)的增加，特異ASV數(shù)量呈現(xiàn)下降的趨勢，表明木麻黃根際土壤古菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，且在不同代數(shù)之間存在明顯差異。

2.2 連栽木麻黃根際土壤古菌群落結(jié)構(gòu)

2.2.1 連栽木麻黃根際土壤古菌群落多樣性分析

對不同連栽代數(shù)木麻黃根際土壤古菌群落進(jìn)行Alpha多樣性分析，評估微生物群落的豐富度和多樣性的差異。分析結(jié)果表明，所觀察到的物種數(shù)和Chaol指數(shù)均隨著連栽代數(shù)的增加呈現(xiàn)下降的趨勢，表明物種豐富度發(fā)生了明顯變化，但不同代數(shù)之間均沒有顯著差異（表3）。Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和pielou_e均以FCP最高，TCP次之，SCP最低，且不同代數(shù)之間差異均顯著（P＜0.05），表明不同代數(shù)木麻黃根際土壤古菌群落的多樣性和均勻度存在顯著差異（P＜0.05），且均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。

使用Weighted Unifrac距離和UnweightedUnifrac距離來計(jì)算樣本之間的相異系數(shù)，這些距離的值越小，表示兩個(gè)樣本在物種多樣性方面的差異越小。分析結(jié)果顯示，CK和FCP、SCP、TCP之間的Weighted Unifrac距離分別為0.263、0.345、0.305，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而Unweighted Unifrac距離分別為0.786、0.777、0.784，呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢（圖3）。FCP和SCP、TCP之間的Weighted Unifrac距離和Unweighted Unifrac距離分別為0.146和0.759、0.120和0.770，SCP和TCP之間分別為0.069和0.726，表明不同連栽代數(shù)木麻黃根際土壤古菌群落的Beta多樣性存在差異，但不同組間差異不顯著（圖3）。

2.2.2 連栽木麻黃根際土壤古菌群落差異分析

基于Weighted unifrac距離和Unweighted unifrac距離對連栽木麻黃根際土壤古菌群落進(jìn)行主坐標(biāo)分析（PCoA， Principal Co-ordinates Analysis）。結(jié)果表明，同組的3個(gè)平行樣本彼此之間距離相近，說明樣本重復(fù)性較好。分析結(jié)果顯示，主成分1（PCl）解釋變量方差的85.63%，主成分2（PC2）解釋變量方差的9.47%，兩者累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)95.10%，主成分1和主成分2有效將CK、FCP、SCP和TCP區(qū)別開來（圖4）。通過Weighted Unifrac距離矩陣對不同土壤古菌群落進(jìn)行UPGMA聚類分析，結(jié)果顯示，SCP和TCP的古菌群落結(jié)構(gòu)聚集為一個(gè)群體，兩者再與FCP聚在一起，最后與CK形成系統(tǒng)發(fā)生樹（圖5）。進(jìn)一步通過Anosim分析方法分析連栽木麻黃根際土壤古菌組間群落結(jié)構(gòu)差異性是否顯著。分析結(jié)果顯示，不同組間的R值均大于0，表明組間差異大于組內(nèi)差異，但是組間差異均不顯著（pgt;0.05）（表4）。

2.2.3 連栽木麻黃根際土壤古菌群落組間差異物種分析

利用MetaStat方法進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析，有針對性地找出組間豐度變化差異顯著的物種，并得到差異物種在不同分組內(nèi)的富集情況，繪制熱圖。結(jié)果顯示，奇古菌門（Thaumarchaeota）的物種差異在不同組間均達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），表明連栽木麻黃根際土壤奇古菌門的古菌發(fā)生了顯著變化，泉古菌門（Crenarchaeota）在CK-TCP、FCP-TCP兩個(gè)組間存在顯著差異（P＜ 0.05），Candidatus Thermoplasmatota在CK-FCP、FCP-SCP兩個(gè)組間存在顯著差異（P＜ 0.05），廣古菌門（Euryarchaeota）和Candidatus Bathyarchaeota在不同組間均未達(dá)到顯著水平（圖6）。

2.2.4 連栽木麻黃根際土壤古菌群落組成及結(jié)構(gòu)變化

在不同連栽代數(shù)木麻黃根際土壤古菌群落中共檢測到5個(gè)門，分別為奇古菌門（Thaumarchaeota）、泉古菌門（Crenarchaeota）、CandidatusThermoplasmatota、廣古菌門（Euryarchaeota）和Candidatus Bathyarchaeota。優(yōu)勢菌門為奇古菌門，占比3.00%-6.19%；次優(yōu)勢菌門為泉古菌門，占比0.19%-1.33%（圖7）。除此之外，大部分的古菌是未分類的，占比高達(dá)84.07%-95.80%，說明木麻黃根際土壤古菌群落在很大程度上是未知的。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，奇古菌門占比隨著栽植代數(shù)的增加呈現(xiàn)下降的趨勢，與對照相比，F(xiàn)CP、SCP、TCP分別下降了17.42%、50.97%、51.51%，且除SCP和TCP之間未達(dá)到顯著水平外，其余不同組分之間均存在顯著差異（P＜0.05），而泉古菌門占比隨著栽植代數(shù)的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，F(xiàn)CP與SCP之間無顯著差異，F(xiàn)CP、SCP均與TCP之間存在顯著差異（P＜0.05）。門水平上的群落熱圖分析也表明，不同連栽代數(shù)木麻黃根際土壤的古菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化（圖8）。

2.3 古菌群落與土壤理化因子相關(guān)性分析

為了更好地了解不同連栽代數(shù)的木麻黃根際土壤古菌群落與土壤理化因子的關(guān)系，對古菌群落與土壤理化因子進(jìn)行了相關(guān)性分析（圖9）。分析結(jié)果顯示，優(yōu)勢菌門奇古菌門（Thaumarchaeota）與pH和TK呈極顯著正相關(guān)，與TN和TP呈顯著正相關(guān)，次優(yōu)勢菌門泉古菌門（Crenarchaeota）與AP和AN呈顯著正相關(guān)，廣古菌門（Euryarchaeota）與AP呈顯著正相關(guān)，CandidatusThermoplasmatota和Candidatus Bathyarchaeota與各土壤理化因子之間均無顯著相關(guān)性，而Unclassified古菌與pH和TK呈極顯著負(fù)相關(guān)，與TN和TP呈顯著負(fù)相關(guān)，表明不同連栽代數(shù)的木麻黃根際土壤古菌群落與土壤理化性質(zhì)具有密切的聯(lián)系，而不同古菌群落與土壤理化因子之間的相關(guān)性存在顯著差異。

3 討論

3.1 連栽對木麻黃根際土壤古菌群落多樣性的影響

根際微生物在維持土壤生產(chǎn)力方面占有重要地位，促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞。古菌作為地球進(jìn)化最早期的生命體之一，分布的生態(tài)類型多樣，在極端環(huán)境和非極端環(huán)境中均有分布，驅(qū)動(dòng)著土壤中C、N、S、Fe等營養(yǎng)元素的生物地球化學(xué)循環(huán)。由于古菌的培養(yǎng)條件比較特殊，對該群落結(jié)構(gòu)生態(tài)功能的認(rèn)識受到了極大限制。近年來，擴(kuò)增子高通量測序技術(shù)成為了研究古菌群落結(jié)構(gòu)的重要手段。本研究對連栽木麻黃人工林根際土壤古菌群落進(jìn)行16S rDNA擴(kuò)增子高通量測序，發(fā)現(xiàn)隨著木麻黃人工林連栽代數(shù)的增加，特異ASV數(shù)量呈現(xiàn)下降的趨勢，根際土壤古菌群落所觀察到的物種數(shù)和Chaol指數(shù)均呈現(xiàn)下降的趨勢，Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和pielou_e均以FCP最高，呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，表明不同代數(shù)木麻黃根際土壤古菌群落的豐富度、多樣性和均勻度發(fā)生了明顯變化，PCoA分析、UPGMA聚類分析和Anosim分析顯示根際土壤古菌群落存在差異，但不同組間差異不顯著。推測原因可能是在連栽過程中土壤理化性質(zhì)、林木生長發(fā)育、化感自毒物質(zhì)、森林凋落物降解等因素存在差異所導(dǎo)致的。有研究表明，天然林向杉木人工林的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致土壤古菌的多樣性和豐富度顯著下降，并發(fā)現(xiàn)杉木人工林土壤中古菌的減少可能與土壤中氨離子濃度的變化有關(guān)。除此之外，連栽杉木土壤中氨氧化古菌的豐度與多樣性大致呈現(xiàn)逐代降低趨勢，杉木多代連栽抑制了氨氧化古菌的生長，并證實(shí)了土壤養(yǎng)分含量與氨氧化古菌群落之間聯(lián)系密切，氨氧化古菌對杉木人工林土壤氮素循環(huán)硝化過程起著十分重要的作用。唐楚珺等發(fā)現(xiàn)不同連栽代數(shù)杉木林土壤氨氧化古菌的基因豐度隨連栽代數(shù)增加呈顯著遞減趨勢。這表明連栽對人工林土壤古菌群落產(chǎn)生了顯著影響，且在不同種類的人工林中普遍存在此現(xiàn)象。林木根系的生長發(fā)育也可能是造成人工林古菌群落結(jié)構(gòu)存在差異的原因之一。朱啟良等對楊樹人工林細(xì)根不同生長時(shí)期根際土壤進(jìn)行古菌高通量測序分析，發(fā)現(xiàn)不同生長階段細(xì)根根際土壤的古菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異，且隨著細(xì)根生長發(fā)育，占絕對優(yōu)勢的氨氧化古菌Candidatus_Nitrososphaera在根際土壤中的豐度呈現(xiàn)上升趨勢，推測其可能與細(xì)根的生長發(fā)育具有密切的關(guān)系。此外，作物的連作同樣對土壤古菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。張偉等研究探討了在新疆干旱半干旱的土壤環(huán)境下，棉花（Gossypiumspp）連作對土壤古菌群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明在棉花長期連作過程中，促使形成了新的古菌群落結(jié)構(gòu)組成，且棉花和玉米（Zea maysL.）輪作能快速調(diào)整一些古菌屬的豐度。這與連栽人工林的結(jié)果不一致，推測可能是物種差異、土壤異質(zhì)性、地域差別等因素造成的。

3.2 連栽對木麻黃根際土壤古菌群落組成的影響

土壤環(huán)境中包含著豐富的古菌資源，優(yōu)勢物種是微生物群落的一個(gè)重要特征，已有研究報(bào)道奇古菌門、廣古菌門、泉古菌門為主要的優(yōu)勢菌門。在本研究中，不同連栽代數(shù)木麻黃根際土壤和未種植木麻黃的對照土壤的古菌群落優(yōu)勢菌門均為奇古菌門。這與De Chaves等研究結(jié)果一致。DeChaves等收集了亞馬遜原始森林、次生林、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和牛牧場中的土壤樣本，發(fā)現(xiàn)原始森林和次生林中的古菌群落以奇古菌類為主，且與次生林相比，原始森林中具有更多的古菌種類。lsoda等比較了芬蘭北方森林和日本寒溫帶森林之間礦質(zhì)土壤中的古菌群落，發(fā)現(xiàn)在芬蘭北方森林土壤中，奇古菌門占主導(dǎo)地位。Shi等對青藏高原東部94個(gè)土壤樣本的古菌群落進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)奇古菌門是所有土壤中占優(yōu)勢的古菌門。以往的研究表明，奇古菌門是淺層土壤中最主要的古菌群落，本研究所取的土壤樣品為根際土壤，得到了相似的結(jié)果。在本研究中，隨著木麻黃連栽代數(shù)的增加，與對照相比，奇古菌門的占比分別下降了17.42%、50.97%、51 .51%，奇古菌門的物種差異在不同組間均達(dá)到了極顯著水平（P＜ 0.01），說明奇古菌門在木麻黃連栽過程中發(fā)揮著重要作用。與不同代數(shù)的木麻黃人工林相比，作為對照的天然喬木林中含有更豐富的奇古菌門古菌，這與Pedrinho等人的研究一致。然而，Tsang等研究發(fā)現(xiàn)四種健康和被褐根病菌感染的樹木（榕樹（Ficusmicrocarpa Linn. f.）、樸樹（Celtis sinensisPers.）、白楸（Mallotus paniculatus （Lam.）Muell.Arg.）和樟樹（Cinnamomum Camphora （L.）Presl.））中的優(yōu)勢古菌門為泉古菌門和廣古菌門。殷萌清等比較了天然及人工紅樹林土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)差異，發(fā)現(xiàn)相比于細(xì)菌，古菌的多樣性明顯偏低，所檢測到的古菌在門的水平上主要為廣古菌門。土壤類型的不同、土壤理化性質(zhì)的差異、土壤深度以及植物根系空間距離，可能是影響土壤古菌優(yōu)勢類群的重要因素。此外，本研究所測得的古菌群落大多數(shù)是未分類的，意味著對于古菌資源的挖掘需要進(jìn)一步研究。

3.3 連栽木麻黃根際土壤古菌群落與土壤理化因子相關(guān)性

根際土壤微生物與土壤中的養(yǎng)分之間關(guān)系密切，彼此促進(jìn)或制約，從而對植物的生長產(chǎn)生影響。土壤理化因子的改變會(huì)干擾土壤微生物群落的變化，進(jìn)而影響微生物的活性和生態(tài)功能。本研究發(fā)現(xiàn)，不同連栽代數(shù)的木麻黃根際土壤古菌群落的不同門水平菌落與土壤理化因子之間的相關(guān)性存在顯著差異，優(yōu)勢菌門奇古菌門與pH、TK、TN、TP呈顯著正相關(guān)，次優(yōu)勢菌門泉古菌門與AP和AN呈顯著正相關(guān)，結(jié)果表明土壤理化因子與古菌群落關(guān)系密切，這與Zhang等的研究結(jié)果相似。陳雯雯等發(fā)現(xiàn)連栽杉木土壤中NH4+-N含量與奇古菌門呈正相關(guān)，與廣古菌門呈負(fù)相關(guān)。因此，人工林土壤中古菌的減少可能與森林類型轉(zhuǎn)換后土壤中氨離子濃度的變化有關(guān)。也有證據(jù)表明，土壤NH4+-N含量對氨氧化古菌的奇古菌門和廣古菌門有直接影響作用，且NH4+-N含量變化與之存在密切關(guān)系。在本研究中，優(yōu)勢菌門奇古菌門與pH呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜ 0.001）。pH是影響土壤古菌群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵決定因素。Zhou等發(fā)現(xiàn)pH值是影響紅樹林和潮間帶濕地泥灘中的分層古菌群落形成的最重要因素。在大興安嶺天然林演替中，pH對土壤古菌群落組成幾乎沒有影響，而在人工林生長過程中，pH對土壤古菌群落組成有影響。在中國東北黑土區(qū)，古菌群落在具有明顯的生物地理分布模式，土壤pH值是構(gòu)建群落組成的關(guān)鍵土壤因素。pH同樣是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的決定因素。Wei等分析了太湖地區(qū)落葉常綠林根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌群落組成和多樣性在很大程度上受土壤pH值和樹種的影響，土壤pH值是影響細(xì)菌多樣性的關(guān)鍵因素，較低的pH值與較少的群落多樣性相關(guān)。綜上，土壤理化因子的不同是導(dǎo)致古菌群落差異的重要原因，在人工林連栽過程中，土壤理化指標(biāo)發(fā)生改變，進(jìn)而影響根際土壤古菌群落。

4 結(jié)論

本研究通過16S rDNA擴(kuò)增子高通量測序研究連栽條件下木麻黃人工林根際土壤古菌群落變化規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)木麻黃人工林經(jīng)過多代連續(xù)栽植后，根際土壤的古菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，優(yōu)勢菌門奇古菌門占比顯著下降，推測古菌群落結(jié)構(gòu)失衡是導(dǎo)致土壤微生態(tài)失衡的重要原因之一。因此，土壤微生態(tài)失衡可能是導(dǎo)致木麻黃人工林連栽障礙問題的關(guān)鍵原因。然而，連栽障礙的形成和加重是一個(gè)復(fù)雜的過程，不是由單一或孤立的因素所導(dǎo)致的，而是由植物、土壤和微生物系統(tǒng)內(nèi)多種脅迫因子相互關(guān)聯(lián)和相互影響的綜合結(jié)果產(chǎn)生的。因此，今后從植物-土壤-微生物相互作用的根際對話過程為切入點(diǎn)，鎖定關(guān)鍵功能古菌微生物，深入揭示木麻黃連栽障礙形成機(jī)理，闡明連栽木麻黃根際土壤微生態(tài)失衡規(guī)律，對于緩解連栽障礙難題具有重要意義。

（責(zé)任編輯：崔貝）

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（31500443）；福建省自然科學(xué)基金（2022J01139）；福建省財(cái)政林業(yè)科技研究項(xiàng)目（2023FKJ26）；福建農(nóng)林大學(xué)科技創(chuàng)新專項(xiàng)（KFb22046XA、KJb22019XA）。