榆林沙区典型林地不同植被类型对土壤微生物群落结构的影响

王岳; 丁国栋; 刘梦婕; 高广磊; 于明含; 李旭

doi:10.19336/j.cnki.trtb.2021120502

榆林沙区典型林地不同植被类型对土壤微生物群落结构的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021120502

王岳^{1, 2,},
丁国栋^3, ,,
刘梦婕⁴,
高广磊³,
于明含³,
李旭³

1.
内蒙古财经大学资源与环境经济学院，内蒙古呼和浩特 010070
2.
祖国北疆资源利用与环境保护协调发展院士专家工作站，内蒙古呼和浩特 010070
3.
北京林业大学水土保持学院，北京 100083
4.
北京林业大学经济管理学院，北京 100083

基金项目: 祖国北疆资源利用与环境保护协调发展院士专家工作站开放课题（2021NCDYSZJGZZ-019），内蒙古自然科学基金项目（NO.2020BS03001）和国家自然基金项目（No. 42061069）资助

详细信息

作者简介:
王岳：王　岳（1989−），男，内蒙古呼和浩特人，博士，讲师，主要从事沙地土壤特征研究。E-mail: wyue@imufe.edu.cn

通讯作者:
E-mail: dingguodong@bjfu.edu.cn

中图分类号: S182
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出版历程
- 收稿日期: 2021-12-22
- 录用日期: 2022-03-20
- 修回日期: 2022-03-15
- 刊出日期: 2022-06-17

Influence of Different Vegetation Types on Soil Microbial Characteristics of Typical Forest Land in Yulin Sandy Area

1.
School of Resources and Environmental Economics, Inner Mongolia University of Finance and Economics, Hohhot 010070, China
2.
Resource utilization and environmental protection coordinated development academician expert workstation in the north of China, Inner Mongolia University of Finance and Economics, Inner Mongolia, Hohhot 010070, China
3.
School of Economics and Management. Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
4.
School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China

摘要

摘要: 目的掌握榆林沙区典型林地土壤微生物特征，明确地上植被对土壤微生物群落结构的影响。方法采集榆林沙区四种林分类型土壤，分析其土壤微生物群落结构。结果测序共产生有效操作分类单元（OTU）15,509个，各林分间OTU及各类多样性指数没有显著性差异。优势菌种及其丰度土层间变化较大，但林分间优势细菌种一致，丰度排名前五的分别是变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和绿弯菌门（Chloroflexi）；樟子松、油松林下土壤中，酸杆菌门所占比例最大、分别达到22.32%和29.02%，而在沙柳和小叶锦鸡儿林下土壤中，变形菌门又成为优势菌，比例占到27.64%和28.51%。变形菌门和放线菌门在灌木林土壤中所占比例要高于乔木。结论虽然各优势种丰度在林分间略有差别，但差异不显著（P < 0.05）。说明在一定区域内微生物群落结构复杂程度是受土壤本底的影响，不同季节或者土壤温度、湿度的变化对微生物群落结构的影响在一段时间后消除，群落结构归于稳定。
- 榆林沙区 /
- 土壤微生物 /
- 群落结构
Abstract: Objective Soil microorganisms play a very important role in reflecting the influence of above-ground vegetation on soil, so the community structure of microorganism is needed to be clarified in soil. Method the microbial community structures were analyzed in soils of 4 stands in Yulin Sand Area. Result The results showed that Sequencing yielded a total of 15,509 effective operational taxonomic units (OTU) and apparent differences were not observed from the OTUs among stands or the diversity indicators of each unit. Dominant strain species presented large fluctuations in different soil layers, while converged among different stands. Their abundances varied considerably in different soil layers and the top-five dominant species included Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, Firmicutes, and Chloroflexi. In the forest soils of P.sylvestris and P.tabulaeformis, Acidobacteria’s proportion maximized at 22.32% and 29.02% separately. In the forest soils of S.psammophila and C.microphylla, Proteobacteria became dominant and accounted for 27.64% and 28.51%, respectively. Proteobacteria and Actinobacteria owned higher proportions in shrub forest soils than that in arboreal forest soils. Conclusion Despite of the slight abundance differences of dominant species among different stands, the differences were not significant (P < 0.05).The insignificant difference between forest stands showed that the microbial community structure in a certain area was more affected by the soil background. The influence of different seasons or changes in soil temperature and humidity on the microbial community structure will be eliminated after a period of time, and the community structure will be stable.
- Yulin Sand Area /
- Soil microorganisms /
- Community structure

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图 1 毛乌素沙地及榆林沙区相对位置（赵媛媛等，2017）

Figure 1. Location of Yulin and Mu Us sandland

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图 2 稀释曲线和香农-维纳曲线

SL：沙柳，XJ：小叶锦鸡儿，ZZS：樟子松，YS：油松；1：0 ~ 10 cm，2：10 ~ 20 cm，3：20 ~ 40 cm；

Figure 2. Rarefaction and Shannon-Wiener curves of samples

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图 3 物种累计曲线

Figure 3. Species cumulative curve

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图 4 Chao1指数和谱系多样性指数

SL：沙柳，XJ：小叶锦鸡儿，ZZS：樟子松，YS：油松；1:0 ~ 10 cm，2:10 ~ 20 cm，3: 20 ~ 40 cm；

Figure 4. Chao1 index and phylogenetic diversity of samples and different vegetations

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图 5 加权UniFrac距离的聚类热图

SL：沙柳 XJ：小叶锦鸡儿 ZZS：樟子松 YS：油松；1: 0 ~ 10 cm，2: 10 ~ 20 cm，3: 20 ~ 40 cm

Figure 5. Weighted UniFrac distance heatmap

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图 6 门水平下细菌分布

SL：沙柳 XJ：小叶锦鸡儿 ZZS：樟子松 YS：油松；A：樟子松 B: 小叶锦鸡儿 C：沙柳 D：油松

Figure 6. Bacterial distribution based on phylum-level taxonomy

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7 门水平细菌丰度饼图

注：SL：沙柳，XJ：小叶锦鸡儿，ZZS：樟子松，YS：油松；1：0 ~ 10 cm，2：10 ~ 20 cm，3：20 ~ 40 cm；

7. Pie of soil bacterial abundance based on Phylum-level

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表 1 实验样地植株参数调查

Table 1. Parameters of experimental plots

林分类型 Vegetation type	样地编号 Plot No	面积 Area	坡向 Aspect	坡度(℃) Slope	林分密度(N hm⁻²) Density	郁闭度(%) Coverage	平均株高(m) Height	平均胸径(cm) Diameter
樟子松	ZZS1	20 × 20 m	西北	6	975	71	14.40 ± 3.36	16.33 ± 5.05
	ZZS2	20 × 20 m	北	9	1050	70	13.94 ± 1.71	10.80 ± 2.86
	ZZS2	20 × 20 m	北	7	1025	76	14.28 ± 1.33	12.51 ± 2.37

油松	YS1	20 × 20 m	北	3	850	82	6.60 ± 0.81	12.32 ± 3.11
	YS2	20 × 20 m	东北	4	950	69	6.20 ± 0.57	13.91 ± 1.52
	YS3	20 × 20 m	北	3	1025	73	5.94 ± 0.63	11.74 ± 2.20

小叶锦鸡儿	XJ1	10 × 10 m	北	2		61	1.77 ± 0.21
	XJ2	10 × 10 m	北	1		50	1.49 ± 0.18
	XJ3	10 × 10 m	北	2		55	1.91 ± 0.27

沙柳	SL1	10 × 10 m	北	1		88	2.55 ± 0.45
	SL2	10 × 10 m	北	1		73	2.71 ± 0.39
	SL3	10 × 10 m	北	3		75	2.26 ± 0.31

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表 2 样品操作分类单元（OTU）统计

Table 2. OTU statistics of sample

样品号 Samples No	最终标记 Sequence	操作分类单元 OTUs
沙柳 0 ~ 10 cm	35,638	5,663
沙柳 10 ~ 20 cm	34,153	4,315
沙柳 20 ~ 40 cm	42,241	3,928
小叶锦鸡儿 0 ~ 10 cm	26,986	4,888
小叶锦鸡儿 10 ~ 20 cm	31,517	4,332
小叶锦鸡儿 20 ~ 40 cm	32,073	2,791
油松 0 ~ 10 cm	40,802	5,557
油松 10 ~ 20 cm	31,606	4,290
油松 20 ~ 40 cm	29,581	3,269
樟子松 0 ~ 10 cm	42,957	6,491
樟子松 10 ~ 20 cm	32,182	4,056
樟子松 20 ~ 40 cm	34,398	4,561

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表 3 样品Alpha多样性

Table 3. Alpha-diversity of sample

土样 Sample	Chao1 多样性指数 Chao1 diversity	覆盖率 Good’s coverage	观察物种 Species	香农－维纳指数 Shannon-Wiener
沙柳 0 ~ 10 cm	8493.142	0.907	4971	10.297
樟子松 0 ~ 10 cm	8265.922	0.905	5186	10.282
小叶锦鸡儿 0 ~ 10 cm	7896.818	0.910	4888	10.190
油松 0 ~ 10 cm	7643.797	0.916	4596	10.215
樟子松 20 ~ 40 cm	7401.609	0.921	4008	9.294
小叶锦鸡儿 10 ~ 20 cm	6912.480	0.925	4008	9.213
樟子松 10 ~ 20 cm	6841.950	0.928	3704	9.067
油松 10 ~ 20 cm	6486.636	0.931	3979	9.696
沙柳 10 ~ 20 cm	5960.680	0.936	3902	9.718
沙柳 20 ~ 40 cm	4616.289	0.951	3263	8.228
油松 20 ~ 40 cm	4562.760	0.952	3142	8.763
小叶锦鸡儿 20 ~ 40 cm	3582.637	0.963	2612	7.666

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表 4 不同林分微生物Alpha多样性指数

Table 4. Sample Alpha-diversity of different vegetations

林分 Vegetation type	Chao1多样性指数 Chao1 diversity	覆盖率 Good’s coverage	香农维纳指数 Shannon-Wiener	操作分类单元 OTUs
樟子松 P. sylvestris	7503.160 ± 414.189 a	0.918 ± 0.007 a	9.48 ± 0.37 a	5036 ± 742 a
小叶锦鸡儿 C. microphylla	6130.645 ± 1305.308 a	0.933 ± 0.016 a	8.68 ± 0.73 a	4004 ± 627 a
沙柳 S. cheilophila.	6356.704 ± 1136.533 a	0.931 ± 0.013 a	9.12 ± 0.61 a	4635 ± 526 a
油松 P. tabulaeformis,	6231.064 ± 898.552 a	0.933 ± 0.010 a	9.25 ± 0.42 a	4372 ± 662 a
注：同列不同字母间差异显著

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表 5 加权后样本间UniFrac距离矩阵

Table 5. Weighted unifrac distance matrix

	XJ1	ZZS1	YS2	YS3	SL3	XJ3	YS1	SL1	ZZS2	ZZS3	SL2	XJ2
XJ1	0.000
ZZS1	0.381	0.000
YS2	0.272	0.282	0.000
YS3	0.317	0.339	0.140	0.000
SL3	0.349	0.368	0.195	0.126	0.000
XJ3	0.352	0.404	0.229	0.153	0.086	0.000
YS1	0.139	0.412	0.281	0.333	0.371	0.370	0.000
SL1	0.239	0.233	0.205	0.273	0.297	0.339	0.283	0.000
ZZS2	0.380	0.282	0.248	0.275	0.319	0.354	0.408	0.233	0.000
ZZS3	0.272	0.313	0.133	0.142	0.206	0.230	0.298	0.236	0.224	0.000
SL2	0.366	0.238	0.221	0.257	0.279	0.325	0.403	0.186	0.166	0.238	0.000
XJ2	0.284	0.293	0.122	0.123	0.164	0.193	0.316	0.209	0.251	0.115	0.221	0.000
注：SL：沙柳，XJ：小叶锦鸡儿，ZZS：樟子松，YS：油松；1：0 ~ 10 cm，2：10 ~ 20 cm，3：20 ~ 40 cm；

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表 6 基于门水平不同林分土壤微生物之间的Metastats分析

Table 6. Metastats analysis of soil bacterial abundance based on Phylum-level

林分 Vegetation type	菌种 Bacterial	平均相对丰度 abundance		P值 P value
林分 Vegetation type	菌种 Bacterial	组1 Group 1	组2 Group 2	P值 P value
小叶锦鸡儿（组1）—樟子松（组2）	变形菌门	0.259 ± 0.045	0.202 ± 0.033	0.346
	放线菌门	0.229 ± 0.063	0.174 ± 0.028	0.459
	酸杆菌门	0.147 ± 0.019	0.229 ± 0.046	0.141
	厚壁菌门	0.185 ± 0.091	0.140 ± 0.086	0.760
	绿弯菌门	0.065 ± 0.026	0.121 ± 0.021	0.132

沙柳（组1）—樟子松（组2）	变形菌门	0.275 ± 0.049	0.202 ± 0.033	0.259
	放线菌门	0.242 ± 0.056	0.174 ± 0.028	0.331
	酸杆菌门	0.140 ± 0.025	0.229 ± 0.046	0.121
	厚壁菌门	0.117 ± 0.063	0.140 ± 0.086	0.848
	绿弯菌门	0.083 ± 0.029	0.121 ± 0.021	0.335

沙柳（组1）—小叶锦鸡儿（组2）	变形菌门	0.275 ± 0.049	0.259 ± 0.045	0.779
	放线菌门	0.242 ± 0.056	0.229 ± 0.063	0.849
	酸杆菌门	0.140 ± 0.025	0.147 ± 0.019	0.796
	厚壁菌门	0.117 ± 0.063	0.185 ± 0.091	0.550
	绿弯菌门	0.083 ± 0.029	0.065 ± 0.026	0.673

油松（组1）—樟子松（组2）	变形菌门	0.143 ± 0.020	0.202 ± 0.033	0.209
	放线菌门	0.225 ± 0.048	0.174 ± 0.028	0.398
	酸杆菌门	0.276 ± 0.084	0.229 ± 0.046	0.657
	厚壁菌门	0.066 ± 0.043	0.140 ± 0.086	0.502
	绿弯菌门	0.152 ± 0.036	0.121 ± 0.021	0.517

油松（组1）—小叶锦鸡儿（组2）	变形菌门	0.143 ± 0.020	0.259 ± 0.045	0.059
	放线菌门	0.225 ± 0.048	0.229 ± 0.063	0.952
	酸杆菌门	0.276 ± 0.084	0.147 ± 0.019	0.186
	厚壁菌门	0.066 ± 0.043	0.185 ± 0.091	0.267
	绿弯菌门	0.152 ± 0.036	0.065 ± 0.026	0.100

油松（组1）—沙柳（组2）	变形菌门	0.143 ± 0.020	0.275 ± 0.049	0.050
	放线菌门	0.225 ± 0.048	0.242 ± 0.056	0.853
	酸杆菌门	0.276 ± 0.084	0.140 ± 0.025	0.187
	厚壁菌门	0.066 ± 0.043	0.117 ± 0.063	0.563
	绿弯菌门	0.152 ± 0.036	0.083 ± 0.029	0.204

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