南亞熱帶鄉(xiāng)土闊葉林與馬尾松林土壤細(xì)菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)

滕金倩，肖指柔，明安剛，朱 豪，席守鴻，何 江，朱茂鋒，陶 怡，覃 林＊

(1.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西森林生態(tài)與與保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 憑祥532600；3.廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站，廣西 憑祥 532600)

為了滿足木材、燃料和其它林產(chǎn)品的需求，將天然闊葉林改造成速生豐產(chǎn)的人工針葉林是過(guò)去幾十年里中國(guó)南方普遍采用的經(jīng)營(yíng)策略[1]。然而，大面積多代連栽的針葉林極易造成一系列嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題(如土壤侵蝕、肥力衰退和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性降低等)，最終導(dǎo)致人工林生產(chǎn)力的不斷下降[2]。如何科學(xué)培育人工林，有效提高其生產(chǎn)力并維持生物多樣性，是人工林多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。有研究表明，將現(xiàn)存的大面積低質(zhì)低效針葉純林轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)價(jià)值、生產(chǎn)力和物種多樣性高的鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種人工林，將會(huì)改變土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分循環(huán)，有助于提高土壤肥力[3]。將針葉林改造成鄉(xiāng)土闊葉林，是近年來(lái)我國(guó)最有前景的人工林經(jīng)營(yíng)模式之一。

土壤細(xì)菌群落是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最多樣化和最主要的微生物群落，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、分解有機(jī)質(zhì)及維持土壤肥力等具有關(guān)鍵效用[4]。凋落物與根系分泌物能為土壤細(xì)菌生命活動(dòng)提供所需要的碳源，因而不同樹(shù)種可直接引起土壤細(xì)菌群落組成多樣性的變化[5]。土壤細(xì)菌群落多樣性包括分類和系統(tǒng)發(fā)育兩方面。傳統(tǒng)的分類多樣性僅僅量化物種名稱和豐度變化，沒(méi)有傳達(dá)有關(guān)物種的生態(tài)和系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)鍵信息，無(wú)法解釋群落動(dòng)態(tài)，因此系統(tǒng)發(fā)育多樣性的變化越來(lái)越受到人們的關(guān)注[6]。系統(tǒng)發(fā)育多樣性反應(yīng)了群落內(nèi)物種之間的系統(tǒng)發(fā)育距離和作用，有助于估計(jì)生物多樣性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響[7]。群落結(jié)構(gòu)是物種在不同空間尺度上相互作用的結(jié)果，量化物種分布模式的空間差異可以深入了解調(diào)控物種多樣性形成的機(jī)制以及群落趨同、轉(zhuǎn)換率等群落狀態(tài)[8]。有研究表明，中國(guó)南方地區(qū)的針葉林和闊葉林的土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)差異顯著[9]。目前，生態(tài)位理論和中性理論分別代表了群落構(gòu)建的確定性過(guò)程（環(huán)境過(guò)濾和競(jìng)爭(zhēng)排斥）和隨機(jī)性過(guò)程（不可預(yù)測(cè)的干擾、擴(kuò)散、出生和死亡）[10]。有學(xué)者使用群落分類結(jié)構(gòu)的Raup-Crick相異指數(shù)（βRC）探究群落構(gòu)建過(guò)程，發(fā)現(xiàn)環(huán)境過(guò)濾是中國(guó)華北亞高山林線區(qū)域土壤細(xì)菌群落構(gòu)建驅(qū)動(dòng)因素[11]。同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)也可以反映群落構(gòu)建過(guò)程中物種的進(jìn)化歷史，若由環(huán)境過(guò)濾主導(dǎo)，則篩選出適應(yīng)能力相似、親緣關(guān)系較近的物種，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)育聚類；若由競(jìng)爭(zhēng)排斥主導(dǎo)，則生態(tài)位相似的物種將無(wú)法共存，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)育過(guò)度分散[12]。至今關(guān)于森林土壤細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果不一。有研究認(rèn)為，森林土壤（0～10 cm）細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)是聚集的，群落構(gòu)建由確定性過(guò)程決定，主要受環(huán)境過(guò)濾影響[13-14]；但也有研究指出，確定性過(guò)程和隨機(jī)性過(guò)程共同作用于森林土壤（0～20 cm）細(xì)菌群落構(gòu)建，其中確定性過(guò)程占主要作用[15]。另外，土壤細(xì)菌對(duì)生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的影響在整個(gè)土壤剖面中一直存在[16]，且不同土層深度的土壤理化性質(zhì)不同[9]，或許會(huì)導(dǎo)致不同的細(xì)菌群落分布模式。然而，現(xiàn)有的研究?jī)H僅考慮了森林表層土壤（0～20 cm）細(xì)菌群落構(gòu)建機(jī)制，對(duì)于人工林深層土壤（＞20 cm）的細(xì)菌群落如何構(gòu)建知之甚少。

我國(guó)亞熱帶地區(qū)人工林的面積和蓄積均居全國(guó)之首[17]。用紅錐(Castanopsis hystrixMiq.）、米老排（Mytilaria laosensisLec.） 和火力楠（Michelia macclureiDandy）等珍貴鄉(xiāng)土闊葉林更替杉木（Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.）和馬尾松（Pinus massonianaLamb）等針葉林是目前該地區(qū)常見(jiàn)的營(yíng)林模式。針葉林改建成闊葉林后，其凋落物數(shù)量與質(zhì)量的改變將會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生作用，進(jìn)而會(huì)影響土壤細(xì)菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)。本研究以南亞熱帶地區(qū)杉木林采伐跡地種植的馬尾松、紅錐、米老排和火力楠等人工林為對(duì)象，基于各林分不同土層（0～20、20～40 和40～60 cm）細(xì)菌16S rRNA 高通量測(cè)序數(shù)據(jù)，旨在通過(guò)差異性分析推測(cè)未來(lái)在馬尾松林采伐后種植鄉(xiāng)土闊葉林情況下土壤細(xì)菌群落的分類與系統(tǒng)發(fā)育多樣性和結(jié)構(gòu)依土層的變化特征，以及導(dǎo)致變化的主要土壤理化因子。研究結(jié)果不僅對(duì)針葉林改建鄉(xiāng)土闊葉林的樹(shù)種選擇具有指導(dǎo)作用，還為闡明亞熱帶人工林土壤剖面細(xì)菌群落構(gòu)建機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及樣地設(shè)置與樣品采集

2017 年2 月在該區(qū)域選取具有立地條件（土壤類型、海拔、坡度、坡向）和經(jīng)營(yíng)措施相似的馬尾松、紅錐、米老排和火力楠等4 個(gè)鄉(xiāng)土樹(shù)種人工林為對(duì)象。4 個(gè)人工林均是在杉木采伐跡地上種植（密度為2 500 株·hm-2）；其中，馬尾松林和紅錐林于1983 年?duì)I造并經(jīng)過(guò)了3 次間伐，而米老排林和火力楠林于1981 年?duì)I建并經(jīng)歷2 次間伐，間伐強(qiáng)度約30%。在各林分內(nèi)，隨機(jī)設(shè)置3 個(gè)20 m × 20 m 的樣地（樣地間距20 m 以上），在每個(gè)樣地內(nèi)沿左對(duì)角線任意選擇3 個(gè)采樣點(diǎn)，用土鉆（內(nèi)徑5.0 cm）分別采集表層（0～20 cm）、中層（20～40 cm）和底層（40～60 cm）土樣，除去動(dòng)植物殘?bào)w與石塊等雜質(zhì)后，將同層土樣混合成一個(gè)土樣裝入無(wú)菌采樣袋，置于內(nèi)含生物冰袋的泡沫箱中并帶回實(shí)驗(yàn)室。新鮮混合土樣過(guò)2 mm 鋼篩后分為3 份：1 份置于-80 ℃的冰箱內(nèi)冷藏，用于土壤DNA 提取；1 份置于冰箱4 ℃保存，用于測(cè)定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量；1 份經(jīng)自然風(fēng)干后過(guò)0.25 mm 篩保存用于測(cè)定土壤基本化學(xué)性質(zhì)。各林分的立地條件和基本特征見(jiàn)表1。

表1 4 個(gè)人工林的立地條件和林分特征Table 1 Site conditions and stand characteristics of the four planted forests

1.2 土壤理化性質(zhì)測(cè)定與高通量測(cè)序

參照魯如坤[19]測(cè)定如下指標(biāo)：烘干法測(cè)定土壤含水量（SWC）；pH 計(jì)（Prtavo 907 MULTI pH，德國(guó)）測(cè)定土壤pH 值（土∶水=1∶2.5）；重鉻酸鉀法測(cè)定土壤有機(jī)碳（SOC）含量；酚二磺酸比色法測(cè)定硝態(tài)氮（）含量；擴(kuò)散法測(cè)定銨態(tài)氮（）含量；雙酸浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷（AP）含量。經(jīng)H2SO4與HClO4消煮后，使用全自動(dòng)間斷化學(xué)元素分析儀SmartChem200（Alliance，法國(guó)）測(cè)定總氮（TN）和總磷（TP）含量；土壤有機(jī)碳與總氮含量的比值即土壤碳氮比（C/N）。

土壤DNA 使用 PowerSoil?DNA Isolation Kit 試劑盒（美國(guó)MoBio 公司）提取。提取到的土壤DNA 純度和濃度通過(guò)紫外微量分光光度計(jì)（Thermo Nano Drop 2000）進(jìn)行測(cè)定。以515F（ 5 ′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3 ′ ）/926R（5′-CCGTCAATTCMTTTGAGTTT-3′）為引物[20]，通過(guò)PCR 擴(kuò)增技術(shù)進(jìn)行細(xì)菌16S rRNA V4-V5 區(qū)基因片段的擴(kuò)增。兩次PCR 擴(kuò)增的條件和反應(yīng)體系見(jiàn)彭雯等[21]。對(duì)PCR 產(chǎn)物進(jìn)行2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，使用美國(guó)AXYGEN 公司的AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒對(duì)凝膠進(jìn)行回收純化，通過(guò)FTC-3000TM real-time PCR 儀實(shí)現(xiàn)膠回收產(chǎn)物的熒光定量，均一化處理后測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建結(jié)束。由上海微基生物科技有限公司通過(guò)Illumina Miseq 2x300 bp完成高通量測(cè)序。

根據(jù)barcode 信息對(duì)高通量測(cè)序得到的原始序列進(jìn)行拼接、質(zhì)量控制和過(guò)濾。有效序列拼接由FLASH 軟件完成，質(zhì)控和過(guò)濾由Trimmomatic軟件實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化序列通過(guò)Mothur V.1.33.3 軟件獲得。對(duì)優(yōu)化序列基于97% 相似水平的聚類由UPARSE 軟件完成， 生成OTU （operational taxonomic unit）的特征序列，用UCHIME 軟件檢測(cè)和去除嵌合體序列，使用Mothur（classify.seqs）軟件比對(duì)OTU 特征序列與Silva（Release 123, http://www.arb-silva.de）數(shù)據(jù)庫(kù)后進(jìn)行物種注釋（置信度閾值設(shè)置為0.8）。

以最低樣本測(cè)序深度17 291 為基準(zhǔn)進(jìn)行抽平，結(jié)果用于后續(xù)分析。采用最大似然法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，在QIIME2 2 021.8 軟件中的FASTTREE程序完成[22]。

1.3 土壤細(xì)菌群落分類與系統(tǒng)發(fā)育多樣性、結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換率

1.3.1 細(xì)菌群落分類與系統(tǒng)發(fā)育多樣性 采用Chao1、Shannon 和Simpson 指數(shù)反映細(xì)菌群落的分類多樣性；PD 指數(shù)[23]表征系統(tǒng)發(fā)育多樣性，其數(shù)值大小取決于物種共同祖先的多寡（即系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量）。

1.3.2 細(xì)菌群落分類與系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu) 利用基于Bray-Cruits 距離的主坐標(biāo)分析（PCoA）和置換多元方差分析（PERMANOVA）檢測(cè)不同林分土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)之間的差異，并用Monte Carlo檢驗(yàn)理化性質(zhì)的顯著性。用Raup-Crick 相異指數(shù)（βRC）表示兩個(gè)群落之間的分類結(jié)構(gòu)相異程度，其取值范圍為[-1,1]，可表征群落的構(gòu)建過(guò)程[24]。使用凈親緣關(guān)系指數(shù)（NRI）和最近親緣關(guān)系指數(shù)（NTI）量化系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)[25]，從而揭示群落構(gòu)建機(jī)制。

1.3.3 細(xì)菌群落分類與系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)換率 為了測(cè)量不同林分土壤細(xì)菌群落分類和系統(tǒng)發(fā)育的空間動(dòng)態(tài)變化，使用Bray-Cruits 距離表征群落分類轉(zhuǎn)換率，使用豐度加權(quán)的平均成對(duì)系統(tǒng)發(fā)育距離（βMPD）和平均最近相鄰系統(tǒng)發(fā)育距離(βMNTD)量化群落系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)換率[26]。以上分析均在R 軟件中進(jìn)行。

總的來(lái)說(shuō)，初中語(yǔ)文的作文教學(xué)是提升學(xué)生寫作能力的重要關(guān)鍵，教師應(yīng)當(dāng)重視自身教學(xué)中存在的問(wèn)題，在解決這些問(wèn)題與困境的基礎(chǔ)上，多讓學(xué)生以自己的視角進(jìn)行人與事的分析，這樣才能夠讓學(xué)生的寫作更有內(nèi)涵，同時(shí)也能夠提升他們的實(shí)際寫作感悟，進(jìn)而保障他們寫作能力的提升。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用單因素方差分析（One-way ANOVA）及多重比較（Tukey）判定相同土層不同林分之間土壤理化性質(zhì)、細(xì)菌群落的分類與系統(tǒng)發(fā)育多樣性以及分類與系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)化率的差異。采用Pearson相關(guān)方法，探討土壤理化性質(zhì)與分類和系統(tǒng)發(fā)育多樣性之間的相關(guān)性。利用SPSS 26.0 軟件（SPSS, Inc, Chicago, IL）完成計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松林與鄉(xiāng)土闊葉林土壤理化性質(zhì)的比較

方差分析表明（表2），就相同土層不同林分而言，在土壤表層，馬尾松林的SWC 顯著低于米老排林和火力楠林；在中層，馬尾松林的SWC 顯著低于米老排林和火力楠林以及TN 顯著低于火力楠林，但其pH 和均顯著高于紅錐林和米老排林；在底層，馬尾松林的pH 顯著高于火力楠林，而其顯著高于紅錐林和米老排林（P＜0.05）。土壤SOC、、TP、AP 及C/N 在相同土層不同林分間均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表2 4 個(gè)研究林分的土壤理化性質(zhì)（均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤，n=3）Table 2 Physical and chemical properties of soil in four plantations (mean ± SE, n=3)

2.2 馬尾松林與鄉(xiāng)土闊葉林土壤細(xì)菌群落多樣性的差異

方差分析表明，在土壤表層，馬尾松林的Chao1、PD 指數(shù)顯著低于米老排林和火力楠林（P＜0.05），而與紅錐林差異不顯著（P＞0.05）（圖1A、D），其中，相較于馬尾松林，米老排林的Chao1、PD 指數(shù)分別提高了20.5%和20.7%，火力楠林則提高了23.8%和20.6%；馬尾松林與3 鄉(xiāng)土闊葉林的Shannon 和Simpson 指數(shù)均無(wú)顯著差異（圖1B、C）。在中層和底層，馬尾松林與3 個(gè)鄉(xiāng)土闊葉林的分類和系統(tǒng)發(fā)育多樣性指數(shù)均無(wú)顯著差異（P＞0.05）（圖1）。

圖1 4 個(gè)人工林土壤細(xì)菌群落的分類與系統(tǒng)發(fā)育多樣性（均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤，n=3）Fig.1 Taxonomic and phylogenetic diversity of soil bacterial communities in four plantations (mean ± SE, n=3)

土壤理化性質(zhì)與土壤細(xì)菌群落多樣性指數(shù)的Pearson 相關(guān)性分析表明（圖2），Chao1 和PD 在表層分別與SWC 顯著正相關(guān)；在中層分別與TN 顯著正相關(guān)且與C/N 顯著負(fù)相關(guān)；在底層均與9 個(gè)理化因子無(wú)顯著相關(guān)性。Shannon 和Simpson 在表層與呈顯著負(fù)相關(guān)，且Simpson 還與C/N 顯著正相關(guān)；在中層分別與C/N 呈顯著負(fù)相關(guān)；在底層，Simpson 與pH 顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），而Shannon 與9 個(gè)理化因子均無(wú)顯著性相關(guān)。

圖2 全部研究林分土壤理化性質(zhì)與細(xì)菌群落分類及系統(tǒng)發(fā)育多樣性的相關(guān)性熱圖Fig.2 Correlation heatmap of the soil physicochemical properties and bacterial community diversity(taxonomic and phylogenetic) in all plantations

2.3 馬尾松針葉林與鄉(xiāng)土闊葉林土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化

2.3.1 細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu) 在土壤表層，主坐標(biāo)分析（PCoA）細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)總解釋度為54.4%（圖3），PERMANOVA 分析顯示馬尾松林分別與紅錐林（Fpseudo=3.1，P=0.017）、米老排林（Fpseudo=2.9，P=0.025）、火力楠林（Fpseudo=2.0，P=0.039）有顯著差異。dbRDA 結(jié)果表征（圖4），前兩軸累計(jì)解釋了58.2% 的樣品細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)與土壤理化性質(zhì)因子的關(guān)系；馬尾松林土壤樣品位于RDA2 的負(fù)方，而紅錐林、米老排林和火力楠林土壤樣品幾乎位于RDA2 的正方；Monte Carlo 檢驗(yàn)進(jìn)一步表明，土壤TP、SWC、TN 是制約馬尾松林與紅錐林、米老排林、火力楠林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)差異的環(huán)境因素（P＜0.05）。

圖3 馬尾松林與3 個(gè)鄉(xiāng)土闊葉林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)的主坐標(biāo)分析（PCoA）Fig.3 Principal Coordinate Analysis (PCoA) of soil bacterial community taxonomic structure between Pinus massoniana plantation and three broadleaved plantations

圖4 土壤理化性質(zhì)對(duì)4 個(gè)人工林細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)影響的冗余分析（RDA）Fig.4 Redundancy analysis (RDA) on effects of soil physical and chemical properties on bacterial community taxonomic structure of four plantations

在中層，PCoA1 和PCoA2 的解釋度分別為32.1%和18.7%（圖3），且PERMANOVA 分析表明馬尾松林僅與紅錐林有顯著差異（Fpseudo=2.3，P=0.012）。dbRDA分析表明（圖4），dbRDA1解釋度為36.3%，dbRDA2 解釋度為21.3%；馬尾松林土壤樣品處于RDA1 的負(fù)側(cè)，而紅錐林土壤樣品處于RDA1 的正側(cè)；Monte Carlo 檢驗(yàn)揭示土壤C/N 是制約馬尾松林與紅錐林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)差異的環(huán)境因素（P＜0.05）。

在底層，PCoA 分析的前兩軸累計(jì)解釋度為48.2%（圖3），PERMANOVA 發(fā)現(xiàn)馬尾松林與3 個(gè)闊葉林均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。dbRDA 前兩軸的總解釋度為51.3%（圖4），Monte Carlo檢驗(yàn)表明土壤和SWC 是影響不同土壤樣品細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)差異的主要因素（P＜0.05）。

另外，相同土層相同林分的兩兩土壤樣品之間的βRC均為-1，意指環(huán)境過(guò)濾在4 個(gè)人工林不同土層的細(xì)菌群落構(gòu)建中均起主導(dǎo)作用。

2.3.2 細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu) 4 個(gè)林分在各土層的細(xì)菌群落凈親緣關(guān)系指數(shù)NRI（圖5A）和最近親緣關(guān)系指數(shù)NTI（圖5B）均大于1.96，表現(xiàn)為系統(tǒng)發(fā)育聚集，說(shuō)明確定性過(guò)程在土壤細(xì)菌群落構(gòu)建中起重要作用，環(huán)境過(guò)濾導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)育聚類。

圖5 4 個(gè)人工林在不同土壤深度的細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)指數(shù)（均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤，n=3）Fig.5 Phylogenetic structure index of bacterial communities in the four plantations at different soil depths (mean ± SE, n=3)

2.4 馬尾松林改建成鄉(xiāng)土闊葉林的土壤細(xì)菌群落分類與系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)換率

2.4.1 細(xì)菌群落分類轉(zhuǎn)換率 馬尾松林轉(zhuǎn)換為3 個(gè)闊葉林的土壤細(xì)菌群落分類轉(zhuǎn)換率的差異因土層不同（圖6A）。在0～40 cm 土層，馬尾松林轉(zhuǎn)換為紅錐林的轉(zhuǎn)換率顯著高于轉(zhuǎn)換為米老排林和火力楠林；在40～60 cm，馬尾松林轉(zhuǎn)換為紅錐林和米老排林的轉(zhuǎn)換率均顯著高于轉(zhuǎn)換為火力楠林（P＜0.05）。

圖6 馬尾松林轉(zhuǎn)換為3 闊葉林的土壤細(xì)菌群落分類和系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)換率Fig.6 Taxonomic and phylogenetic turnover rates of soil bacterial communities from PMP to three broadleaved plantations

2.4.2 細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)換率 土壤細(xì)菌群落平均系統(tǒng)發(fā)育相異指數(shù)βMPD（圖6B）和最近系統(tǒng)發(fā)育相異指數(shù)βMNTD（圖6C）的方差分析表明，在土壤表層，馬尾松林轉(zhuǎn)換為紅錐林的βMPD顯著大于轉(zhuǎn)換為火力楠林（P＜0.05），而馬尾松林分別轉(zhuǎn)換為3 個(gè)闊葉林的βMNTD無(wú)顯著差異（P＞0.05）；在中層，馬尾松林轉(zhuǎn)換為紅錐林的βMPD和βMNTD都顯著大于轉(zhuǎn)換米老排林和火力楠林（P＜0.05）；在底層，馬尾松林轉(zhuǎn)換為3 個(gè)闊葉林的βMPD、βMNTD均無(wú)顯著差異。

3 討論

3.1 針葉林與闊葉林土壤細(xì)菌群落多樣性

土壤細(xì)菌群落分類多樣性是表征細(xì)菌在生態(tài)系統(tǒng)中功能的重要指標(biāo)[27]，分類多樣性越高，則越有利于土壤的可持續(xù)利用和抵抗力[28]。有研究指出，樹(shù)種變化是影響土壤細(xì)菌群分類多樣性的原因[29-30]。由于針葉與闊葉樹(shù)種的凋落物和根系對(duì)土壤傳輸?shù)酿B(yǎng)分不同，改變了土壤理化性質(zhì)，從而影響土壤細(xì)菌群落分類多樣性。本研究發(fā)現(xiàn)，米老排林和火力楠林相比于馬尾松林，土壤表層的細(xì)菌群落Chao1 指數(shù)有顯著提高（圖1A），而中層和底層土壤細(xì)菌群落的分類多樣性（Chao1、Shannon 和Simpson 指數(shù)）沒(méi)有明顯差異，說(shuō)明樹(shù)種轉(zhuǎn)換導(dǎo)致土壤細(xì)菌群落分類多樣性的變化也會(huì)因土壤深度而異。米老排林和火力楠林表層土壤細(xì)菌群落Chao1 指數(shù)高于馬尾松林，其原因在于其表層土壤SWC 顯著高于馬尾松林（表2），而表層土壤細(xì)菌群落Chao1 指數(shù)與土壤SWC 顯著正相關(guān)（圖2A）。細(xì)菌在相對(duì)較高的水勢(shì)環(huán)境下活性更高[31]，SWC 高的土壤能夠?yàn)橥寥兰?xì)菌的生長(zhǎng)提供了一個(gè)穩(wěn)定而潮濕的環(huán)境促進(jìn)其生長(zhǎng)繁殖。

系統(tǒng)發(fā)育多樣性可以表示物種的差異性和生態(tài)位[32]，系統(tǒng)發(fā)育多樣性越高的生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定，且群落中的細(xì)菌相互作用越弱[33]。細(xì)菌以非常小的尺度（very small scale）棲息在土壤生態(tài)位中，其系統(tǒng)發(fā)育多樣性通常與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)[34]。本研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)發(fā)育多樣性與分類多樣性呈相同的分布規(guī)律，即相較于馬尾松林，米老排林和火力楠林表層土壤細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育多樣性有顯著增加（圖1D），而中層和底層無(wú)明顯變化。Taketani等[35]研究指出，土壤SWC 對(duì)細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育多樣性具有至關(guān)重要的作用，土壤SWC 降低會(huì)直接引起系統(tǒng)發(fā)育多樣性減少。本研究也發(fā)現(xiàn)4 個(gè)林分土壤表層SWC與PD極顯著正相關(guān)（P＜0.01，圖2A），因此，于馬尾松林而言，米老排林和火力楠林表層土壤SWC 的顯著增加是導(dǎo)致細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育多樣性顯著提高的主要緣由。盡管土壤pH 值被普遍認(rèn)為是影響土壤細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育多樣性的重要因素[36]，但由于本研究中紅錐林、米老排林、火力楠林和馬尾松林表層土壤的pH 值無(wú)顯著差異（3.88～4.15），因而未發(fā)現(xiàn)土壤pH 值對(duì)土壤細(xì)菌群落系統(tǒng)發(fā)育多樣性產(chǎn)生明顯影響。

3.2 針葉林與闊葉林土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

針葉林與闊葉林的土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)不同[30]，這是多種環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果。Gunina等[37]研究表明，造林樹(shù)種不同導(dǎo)致其土壤理化性質(zhì)差異，最終影響其土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)。土壤TN[38-39]、TP[40]和C/N[41]是調(diào)節(jié)森林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)的重要因素。本研究的RDA 分析結(jié)果較好的反映了理化因子與土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)的關(guān)系表層土壤SWC 增加、TN 增加和TP 減少是驅(qū)動(dòng)馬尾松林分別與3 個(gè)闊葉林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)具有顯著差異的重要因素；而中層土壤C/N 增加是導(dǎo)致馬尾松林與紅錐林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)差異顯著的主要因子；但在底層馬尾松林與3 個(gè)闊葉林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)都沒(méi)有顯著差異（圖3、圖4）?？梢?jiàn)，馬尾松林與3 個(gè)鄉(xiāng)土闊葉林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)的差異因土層而異，這是因?yàn)槿斯ち值蚵湮锢鄯e在土壤表層，且針葉林與闊葉林的凋落物分解率不同[42]，表層土壤理化性質(zhì)差異較大，但隨著土層加深，針葉林與闊葉林的理化性質(zhì)差異縮小，使得細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)逐漸趨同。

微生物群落構(gòu)建過(guò)程一直是群落生態(tài)學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)[43]，然而由于多種生態(tài)過(guò)程的作用使因果關(guān)系的確定復(fù)雜化。βRC可以作為定量估計(jì)隨機(jī)與確定性過(guò)程在微生物群落構(gòu)建中貢獻(xiàn)的指數(shù)[44]，系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)的變化也已被證明可以用于評(píng)估微生物群落構(gòu)建過(guò)程中環(huán)境過(guò)濾、競(jìng)爭(zhēng)排斥和隨機(jī)過(guò)程的重要性[45]。本研究的βRC、NRI 和NTI 指數(shù)表明，馬尾松林與3 個(gè)闊葉林不同土層的土壤細(xì)菌群落構(gòu)建均受環(huán)境過(guò)濾主導(dǎo)，這表明針葉與闊葉樹(shù)種的更替不會(huì)造成土壤細(xì)菌群落構(gòu)建機(jī)制的改變。這與華北亞高山林線區(qū)域土壤[11]、不同林齡的杉木人工林土壤（0 ～10 cm）[13]及不同時(shí)間歷史的闊葉糖楓(Acer saccharumMarshall)天然林土壤有機(jī)質(zhì)層[46]細(xì)菌的研究結(jié)果一致，認(rèn)為是環(huán)境過(guò)濾調(diào)控細(xì)菌群落構(gòu)建。此外，在土壤表層和中層，馬尾松林轉(zhuǎn)換為紅錐林的物種組成和系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換率高于轉(zhuǎn)換為米老排林和火力楠林（圖6），本文推測(cè)未來(lái)將馬尾松林改造成紅錐林后的土壤細(xì)菌種類更替比轉(zhuǎn)換成米老排林和火力楠林更頻繁，紅錐林的土壤細(xì)菌群落穩(wěn)定性較差，細(xì)菌間的相互作用更強(qiáng)烈[33]。

4 結(jié)論

本文推測(cè)南亞熱帶地區(qū)的馬尾松林改建成闊葉林后，米老排林和火力楠林土壤表層細(xì)菌群落的分類與系統(tǒng)發(fā)育多樣性顯著提高了20.5%～23.8%，土壤SWC 是影響的主導(dǎo)因子；3 個(gè)闊葉林土壤細(xì)菌群落分類結(jié)構(gòu)都在表層產(chǎn)生了顯著的變化，而在中層只有紅錐林有明顯改變，主要受土壤SWC、TP、TN 和C/N 影響；不同土層的細(xì)菌群落構(gòu)建主導(dǎo)因素沒(méi)有發(fā)生改變，均是環(huán)境過(guò)濾；在土壤表層和中層，馬尾松林轉(zhuǎn)變?yōu)槊桌吓帕旨盎鹆﹂种g的分類和系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)換率都低于轉(zhuǎn)變?yōu)榧t錐林，米老排林和火力楠林的土壤細(xì)菌群落比紅錐林更穩(wěn)定?；谕寥兰?xì)菌群落分類與系統(tǒng)發(fā)育的多樣性及轉(zhuǎn)換率角度，該地區(qū)將馬尾松林改建成米老排林或火力楠林比紅錐林更能提高土壤細(xì)菌群落的穩(wěn)定性。未來(lái)可開(kāi)展針葉林轉(zhuǎn)換鄉(xiāng)土闊葉林后土壤細(xì)菌群落功能變化的研究，有助于深入理解林分轉(zhuǎn)換介導(dǎo)土壤生態(tài)功能改變的調(diào)控機(jī)制。